10 طرق بسيطة لعزل الأسطح حرارياً

هل صادفتك يوماً الحالة التي تفقد فيها غرفتك حرارتها الدافئة خلال دقائق بمجرد إطفاء جهاز التدفئة؟ غالباً ما يكون العزل غير الكافي للمنزل من أهم الأسباب في حدوث هذه الظاهرة سواء في الصيف أو الشتاء، وقد يؤدي ضعف العزل إلى زيادة فاتورة الطاقة والتكاليف بشكل كبير، كل هذا يدعونا لزيادة حصانة المنزل والأسطح لكي تكون قادرة على حفظ الحرارة وعزلها بشكل فعّال.

طرق انتقال الحرارة

من المهم معرفة كيفية انتقال الحرارة لتحديد أسباب ضياعها وكيفية تفادي هذا الضياع، ومن أهم القواعد التي علينا معرفتها فيما يخص ذلك ما يلي:

تنتقل الحرارة بالطرق التالية:

بالتوصيل: وهو المصدر الأكثر شيوعاً لفقدان الحرارة، ويتم عن طريق التماس بين المواد.
الحمل الحراري: وتنتقل به الحرارة عن طريق الهواء.
الإشعاع: وفيه يتم انتقال الطاقة الحرارية عن طريق الضوء كالأشعة تحت الحمراء أو أشكال الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى، وتتم عبر الأوساط الشفافة.

يمكن أن تنتقل الحرارة بواحدة أو مزيج من الطرق الثلاث السابقة.

تنتقل الحرارة من المناطق الدافئة إلى المناطق الباردة والأقل دفئاً لتحقيق التوازن الحراري.
كلما كان الاختلاف في درجات الحرارة بين وسطين أكثر تبايناً، زادت سرعة تدفق الحرارة إلى المنطقة الباردة.
تقاس قدرة الأسطح على العزل بمعامل العزل الحراري (R)، وكلما زادت قيمة (R) كان العزل أفضل.

صفات المواد العازلة حرارياً

يمكن تلخيص أهم الصفات التي يجب أن تمتلكها المواد العازلة حرارياً للأسطح بما يلي:

مقاومة للماء والمذيبات والمواد الكيميائية.
متينة ولا تفقد كفاءتها في العزل بسرعة.
إمكانية استخدام مجموعة متنوعة من المواد اللاصقة لتركيبها.
سهلة التركيب وخفيفة الوزن.
غياب الحاجة إلى معاملة خاصة، إذ يمكن استخدام الأدوات العادية لتثبيتها.
اقتصادية في كلفتها.
عديمة الروائح ولا تمتصها مع الزمن.
تأثرها بالفطريات أو العفن معدوم ولا تجتذب الحشرات.
غير قابلة للاشتعال وغير قابلة للانفجار.

المواد المستخدمة في عزل الأسطح حرارياً

من أهم المواد المستخدمة في العزل الحراري نذكر ما يلي:

1. رغوة البولي يوريثان

تعد رغوة البولي يوريثان من أفضل المواد العازلة بسبب امتلاكها الصفات التالية:

عازلة حرارية جيدة.
نفاذيتها قليلة لبخار الماء.
قوتها الميكانيكية عالية نسبياً وكثافتها منخفضة في الوقت ذاته.
احتواء رغوة البولي يوريثان على نسبة 90% من الفقاعات المملوءة بالغاز الخامل ثلاثي كلورو فلورو ميثان الذي يقوم بالعزل الحراري، وحالياً يتم استبداله بغاز ثنائي أوكسيد الكربون وغيره من الغازات للحفاظ على البيئة.
استخدامها عادةً في غرف التبريد ومخازن الثلج والمخازن.
متنوعة في طرق استخدامها، إذ يمكن رشها مباشرة على سطح صلب أو صبها في قوالب أو حقنها في التجاويف.

2. البوليسترين الممدد

من خلال عملية البلمرة يمكن تحويل الستايرين إلى كريات بيضاء من بلاستيك البوليسترين، الذي نستخدمه في علب الفواكه وغيرها، ويمكن بعد ذلك تمديد هذه الحبيبات عن طريق إضافة مذيب وإضافة غاز تحت الضغط لها، ما يشكل رغوة تُعرف باسم البوليسترين الممدد أو الموسع العازل الذي يمتلك الصفات التالية:

عازل جيد وغير مكلف.
إمكانية تصنيع الألواح الصلبة من البوليسترين الممدد بكثافات مختلفة وسماكات وأحجام مختلفة.
قابل للاشتعال.
تحلله تدريجياً عند تعرضه لأشعة الشمس المباشرة.
تفاعله مع المذيبات المستخدمة في تركيب البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية.

3. البيرلايت الموسع

وهو نوع من الصخور البركانية التي تحتوي نحو 2-5% من الماء المرتبط، وتعد مادة خاملة كيميائياً مكونة بشكل أساسي من السيليكا والألمنيوم، بالإضافة لبعض الشوائب مثل أحادي أوكسيد الكربون وأوكسيد المغنيزيوم وغيرهما من الشوائب التي يمكن أن تمتص الرطوبة بسهولة.

ويتمتع البيرلايت الموسع بالصفات التالية:

يتم توسيع البيرلايت عن طريق التسخين السريع بدرجة حرارة 800-1200 درجة مئوية.
يؤدي تبخر الماء المرتبط إلى تمدد جزيئات البيرلايت وتكوين بلورات حبيبية الشكل.
يكون فعّالاً فقط في حالته الجافة أو حالته الحبيبية الممددة، على الرغم من كفاءته العازلة الجيدة.
تنخفض فاعليته كمواد عازلة مع مرور الوقت.
يمكن أن يسبب التعرض لغبار البيرلايت حدوث تسمم مزمن، لذا يجب الحذر عند تركيبه.

4. الألياف الزجاجية

تستخدم ألواح الألياف الزجاجية كمواد عازلة حرارية شائعة، وتوفر المزايا التالية:

مضادة للاشتعال، ومقاومة للحرارة.
مقاومة جيدة لمعظم المواد الكيميائية.
مقاومة للنمو الميكروبي.
متوفرة في مجموعة متنوعة من المنتجات مثل البطانيات والحصائر والحشوات والألواح.
ضعيفة هيكلياً ولا تمتلك مقاومة جيدة للضغط.
لها نفاذية للرطوبة.

5. الفلين

يعد من أقدم وسائل العزل المستخدمة، إذ كان يستخدم في تبطين البرادات، لكن بسبب ندرة أشجار الفلين ازدادت كلفته ما دعا لاستخدام مواد عازلة أخرى، ومن أهم صفاته ما يلي:

يتوفر على شكل ألواح أو حبيبات.
يعمل في درجات الحرارة لا تتجاوز 65 درجة مئوية.
يعد مقاوماً مقبولاً للضغط والحرائق.
يميل لامتصاص الرطوبة وتشكل العفن.

6. الصوف المعدني

ويمكن أن يكون بشكله الصخري المكون من معادن طبيعية مثل البازلت أو الدياباس، أو يصنع من خبث الأفران الحرارية العالية أي النفايات التي تتشكل على سطح المعدن المنصهر، ويمتلك الصفات التالية:

يتكون من مواد معاد تدويرها بنسبة 75%.
لا يتطلب موادّ كيميائية إضافية لجعله مقاوماً للحرائق.
يتوفر بشكل شائع كبطانات أو خليط سائب يمكن تعبئته.

7. مشتقات السليلوز

تتكون غالباً من المنتجات الورقية المعاد تدويرها مثل ورق الصحف أو بناطيل الجينز أو من القطن وصوف الخروف والقش، وتضاف إليها بلورات معدنية ممزوجة بكبريتات الأمونيوم لضمان مقاومة الحريق والحشرات، ويتميز بما يلي:

يعد من المواد العازلة الشائعة للمنازل.
يمكن أن يستخدم كحشوة سائبة لتجاويف المباني مثل الجدران والأسقف.
يمكن رشه على الأسطح وتركه يجف أو تركيبه كألواح خلف النوافذ.

8. بولي أيزوسيانورات (Polyisocyanurate)

هو نوع من البلاستيك المقسى بالحرارة، يشكل رغوة تحتوي على فقاعات مملوءة بغاز عازل، ويمتلك الصفات التالية:

يتوفر بعدة أشكال: الرغوة السائلة والمرشوشة واللوح الصلب.
تعد الرغوة التي يتم رشها أقل كلفة من الألواح الصلبة للبولي أيزوسيانورات.
تصوغ الرغوة السائلة نفسها على جميع الأسطح.
تنخفض قيمة عزله مع الزمن إذ يتم تسريب بعض الغاز العازل الموجود بفقاعاته ويستبدل بالهواء، وتُعرف هذه الظاهرة بالانجراف الحراري أو شيخوخة العوازل، وتحدث خلال العامين الأولين بعد تصنيع مادة العزل.

9. الرغوة الإسمنتية

هي رغوة أساسها الإسمنت وتستخدم كعازل رغوي، وتحتوي على سيليكات المغنيزيوم ويكون قوامها مشابهاً لكريم الحلاقة، ومن أهم صفاتها:

تكلفة الرغوة الإسمنتية نفس تكلفة رغوة البولي يوريثان.
غير سامة.
غير قابلة للاشتعال.
إمكانية حقنها في الجدران.
مصنوعة من المعادن المستخرجة من مياه البحر.

10. الأغلفة الرقيقة العاكسة

وهي الأغلفة العاكسة مثل صفائح الألمنيوم وألواح الجبس وألواح الصلب والتي تكون أكثر انعكاسية للأشعة، وتتمتع هذه المواد بمقاومة عالية للحرارة، ويتم تثبيتها خارج المنازل والمباني والسيارات لمنع دخول الحرارة إليها، ومنها أغلفة تظليل نوافذ السيارات التي يتم لصقها لحفظ الحرارة.

ختاماً، يمكن أن تؤثر مواد العزل المذكورة بشكل جيد على اقتصاد الدول عند اعتمادها في معايير البناء والإسكان، هذا ما يذكره بحث الدكتور صالح اليامي وزملائه المنشور في دورية ماتريال (Material) عام 2022، إذ وجد أن ألواح البولي يوريثان تكون أكثر فعالية في العزل بالمدن الموجودة في المناطق شديدة الحرارة مثل الدمام والرياض، بينما وجد أن البيرلايت الموسع كان الأنسب في مدينة أبها.