Θερμομόνωση | Όλες οι σημαντικές έννοιες και εφαρμογές του

Θέμα συζήτησης: Θερμική μόνωση

  • Ορισμός θερμικής μόνωσης
  • Θερμικός μονωτής
  • Μεταφορά θερμότητας και θερμότητας
  • Τρόποι μεταφοράς θερμομόνωσης
  • Γιατί θερμομόνωση; Οι σκοποί και οι απαιτήσεις του
  • Πλεονεκτήματα της θερμομόνωσης
  • Υλικά που χρησιμοποιούνται για θερμομόνωση
  • Τύποι θερμικής μόνωσης
  • Θερμομόνωση στον πυρηνικό τομέα
  • Θερμικές ιδιότητες μόνωσης

Ορισμός θερμικής μόνωσης

Όταν δύο αντικείμενα βρίσκονται σε θερμική επαφή μεταξύ τους ή υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, η διαδικασία εξάντλησης της μεταφοράς θερμότητας μεταξύ των οντοτήτων είναι γνωστή ως θερμομόνωση. Είναι ακριβώς το αντίθετο από αυτό που μπορεί να οριστεί ως θερμική αγωγιμότητα. Ουσιαστικά, ένα αντικείμενο με πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα καλά μονωμένο υλικό. 

Θερμικός μονωτής

Ενώ η θερμομόνωση είναι η διαδικασία εξάντλησης της μεταφοράς θερμότητας, οι θερμικοί μονωτές είναι υλικά που χρησιμοποιούν τη διαδικασία μόνωσης. Αποτρέπει τη μεταφορά θερμικής ενέργειας από το ένα αντικείμενο στο άλλο. Αυτό μπορεί να προβληθεί λεπτομερώς από την άποψη της θερμοδυναμικής, κατανοώντας παράλληλα τις αρχές της θερμικής ενέργειας και πολλά άλλα.

θερμότητα Μόνωση

Είναι μια μορφή ενέργειας που εξαρτάται από έναν άλλο παράγοντα που ονομάζεται θερμοκρασία. Η μεταφορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο οδηγεί σε διαφορά θερμοκρασίας. Η θερμότητα ρέει συνήθως από ένα θερμότερο σε ένα ψυχρότερο σώμα. Παίζει σημαντικό ρόλο στις αρχές της θερμοδυναμικής. Εάν ένα σώμα είναι κρύο, αυτό σημαίνει ότι απομακρύνεται η θερμότητα και όχι προσθήκη ψυχρότητας, γεγονός που δημιουργεί ένα διασκεδαστικό γεγονός για αυτήν τη μορφή ενέργειας.

Η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί με τρία διαφορετικά μέσα.

  1. Μεταβίβαση
  2. Σύμβαση
  3. Ακτινοβολία

Η αγωγιμότητα είναι η διαδικασία μεταφοράς ενέργειας μεταξύ δύο αντικειμένων όπου το μέσο ανταλλαγής γίνεται μέσω άμεσης επαφής. Ταυτόχρονα, η μεταφορά είναι η μεταφορά ενέργειας μέσω της κίνησης της ύλης, χρησιμοποιώντας τον αέρα ως μέσο. Η ακτινοβολία είναι η διαδικασία μεταφοράς που συμβαίνει χωρίς κανένα μέσο αλλά με τη βοήθεια ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Οι τρεις εξισώσεις που αφορούν τις τρεις μορφές μεταφοράς θερμότητας έχουν ως εξής,

Αγωγιμότητα: Q = [k · A · (Thot - Tcold)] / d

Μεταφορά: Q = hc · A · (Ts - Tf)

Ακτινοβολία: P = e · σ · A · (Tr4 - Tc4) (Χρήση του νόμου Stefan-Boltzmann)

Παραδείγματα τρόπων μεταφοράς που μπορούν να βρεθούν στην καθημερινή μας ζωή υπό αγωγή μπορεί να είναι τόσο απλά όσο τα επιταχυνόμενα δονούμενα μόρια στο χέρι όταν έρχονται σε επαφή με μια ζεστή κούπα καφέ. Αυτό σημαίνει ότι το χέρι έχει θερμανθεί όπου πραγματοποιήθηκε η μεταφορά ενέργειας μέσω άμεσης επαφής. 

Ένα τυπικό παράδειγμα μεταφοράς θα ήταν η ψύξη, όπου τα είδη διατροφής που διατηρούνται στο ψυγείο ουσιαστικά θα κρυώσουν μέσω της μεταφοράς αέρα και άλλων ψυκτικών. 

Η ακτινοβολία είναι ο τρόπος μεταφοράς μέσω κενού, όπως η θερμότητα από τον ήλιο που φτάνει στη γη.

Γιατί θερμομόνωση; Οι σκοποί και οι απαιτήσεις του

Ο στόχος της θερμομόνωσης είναι να μετριάσει τη θερμοκρασία σε κάτι τόσο μικρό όσο ένα μεμονωμένο σπίτι σε τόσο περίπλοκο όσο ένας πυρηνικός αντιδραστήρας. Η θερμική μόνωση είναι για την ενίσχυση των κατασκευαστικών στοιχείων έναντι ζημιών που προκαλούνται από υγρασία ή θερμική επίδραση στο εξάρτημα. Η φθορά στο αντικείμενο ή στο τμήμα μπορεί να μειωθεί κατά τη διάρκεια του χειμώνα με θερμομόνωση, η οποία εξυπηρετεί το σκοπό της εξοικονόμησης ενέργειας. Ταυτόχρονα, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, η υπερθέρμανση μειώνεται σημαντικά. 

Πλεονεκτήματα της θερμομόνωσης

Η θερμομόνωση δημιουργεί ένα βέλτιστο περιβάλλον που διατηρεί το περιβάλλον ζεστό το χειμώνα και κρύο το καλοκαίρι, επιτρέποντας μια άνετη ζωή και λειτουργία. Λόγω της ζήτησης για ένα άνετο περιβάλλον ζωής, η θερμομόνωση αυξάνει σημαντικά το κόστος εξοικονόμησης ενέργειας και συντήρησης. Βοηθά επίσης στην αποτροπή της εναπόθεσης υγρασίας στους εσωτερικούς τοίχους ενός δωματίου ή ενός δοχείου που μπορεί να προκληθεί λόγω της επίδρασης της θερμοκρασίας και της υγρασίας.

Θερμική μόνωση υλικά

  1. Fiberglass
  2. Αφρό πολυουρεθάνης
  3. Κυτταρίνη
  4. Πολυστυρένιο
  5. Ορυκτό μαλλί

Θερμομόνωση Fiberglass: 

Αυτό είναι η πιο συνηθισμένη και συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος θερμομόνωσης στα σύγχρονα σπίτια. Προέρχεται από λεπτόπλεκτο πυρίτιο, ανακυκλωμένα θραύσματα γυαλιού και σωματίδια άμμου που περιέχουν γυάλινη σκόνη. 

Το υαλοβάμβακα ή το υαλοβάμβακα χρησιμοποιείται γενικά ως ακουστικό μονωτικό υλικό, ένα εσωτερικό υλικό που εφαρμόζεται κάτω από τις στέγες ή τα ξύλινα πατώματα. Δεδομένου ότι το fiberglass χάνει τη μόνωση αξίας τους όταν έρχεται σε επαφή με υγρασία ή υγρασία, εμφανίζονται κυρίως μέσα σε σπίτια και όχι έξω.

Οι τιμές μόνωσης του υλικού δίδονται από,

  • Πυκνότητα = 25 kg / m³
  • Χωρητικότητα αποθήκευσης θερμότητας = 800 J / kgK
  • Κατηγορία πυρκαγιάς => A2, S1, d0 (κατάσβεση από μόνη της και με χαμηλή ικανότητα φλόγας)
  • λ = 0.032 έως 0.040 W / mL-K
  • Αντοχή στη διάχυση: 1

Κυτταρίνη:

Αυτός ο τύπος μεθόδου θερμομόνωσης θεωρείται μία από τις πιο φιλικές προς το περιβάλλον διαδικασίες στη σύγχρονη εποχή. Η κυτταρίνη περιλαμβάνει 70-80% ανακυκλωμένο τζιν, χαρτί ή χαρτόνι με τη μορφή χαλαρού αφρού που έχει υποστεί βαριά επεξεργασία (όγκος 15%) με (NHXNUMX) ₂SO₄, βορικό οξύ ή βόρακα. Θεωρείται η καλύτερη μορφή θερμικής μόνωσης ενάντια σε πυραντοπικές λύσεις που ουσιαστικά χρησιμοποιούνται για να μετριάσουν την απώλεια θερμότητας και να αποκτήσουν μετάδοση θορύβου. 

Ιδιότητες κυτταρίνης, 

  • Θερμική αγωγιμότητα = 40 mW / m · K 
  • Τιμή R = R-2.6 έως R-3.8 ανά 100 mm 
  • Πυκνότητα = 57 kg / m3

Ορυκτό μαλλί:

Το γυάλινο μαλλί ή το ορυκτό μαλλί χρησιμοποιείται ευρέως για τις λειτουργικές του ιδιότητες, την εύκολη αγορά και τον απλό χειρισμό. Το ορυκτό μαλλί περιλαμβάνει νήματα που έχουν κατασκευαστεί από λιωμένο ή ανακυκλωμένο γυαλί ή πέτρα (πετροβάμβακα). Το πετροβάμβακα είναι κατασκευασμένο από βασάλτη, όπου τα νήματα συνδυάζονται με μοναδικό τρόπο για να σχηματιστεί μια μάλλινη δομή για μόνωση. Στη συνέχεια, το μαλλί συμπιέζεται σε μεταλλικά ρόπαλα ή σανίδες που μπορούν να αγοραστούν από την αγορά για σκοπούς μόνωσης. 

Το ορυκτό μαλλί χρησιμοποιείται γενικά για τη μόνωση των τοιχωμάτων κοιλοτήτων, των εξωτερικών τοίχων, των διαχωριστικών τοίχων και των αποθηκευμένων δαπέδων. Εφαρμόζονται επίσης εκτενώς σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως μηχανήματα, κλιματιστικά κ.λπ. 

Ιδιότητες: 

  • λ = 0.03 W / mK έως 0.04 W / mK
  • Πυκνότητα = 30-200 kg / m³
  • R = 0.035 W / mK
Ορυκτό μαλλί
Πιστωτικά Εικόνα: Αχίμ ΧέρινγκRockwool 4lbs ανά ft3 fibrex5CC-BY 3.0

Πολυστυρένιο:

Αυτό είναι επίσης γνωστό ως φελιζόλ, είναι ένας αδιάβροχος θερμοπλαστικός αφρός που μονώνει τη θερμοκρασία και τον ήχο πολύ αποτελεσματικά. Έρχονται σε δύο τύπους: EPS (εκτεταμένο) και XEPS (εξωθημένο), που διαφέρουν ως προς το κόστος και την απόδοση. Διαθέτουν μια πολύ λεία επιφάνεια μόνωσης που δεν βρίσκεται σε κανέναν άλλο τύπο, συνήθως δημιουργημένη σε κομμένα τεμάχια, καθιστώντας την ιδανική για μόνωση. Ο αφρός είναι μερικές φορές εύφλεκτος και απαιτεί επικάλυψη Hexabromocyclododecane (HBCD), μια πυρίμαχη χημική ουσία. 

Τα σημαντικά πλεονεκτήματά του είναι ότι διαθέτει υπέροχες ιδιότητες απορρόφησης κραδασμών, ελαφρύ στη φύση, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και απορροφά πολύ λίγη υγρασία, κυρίως 98% αέρα και 100% ανακυκλώσιμο. 

Ιδιότητες: 

  • R = 4-5.5
  • Πυκνότητα = 0.05 g / cm3
  • λ = 0.033 W / (m · K)
  • Δείκτης διάθλασης = 1.6
Πολυστυρένιο
Πιστωτικά Εικόνα:ΦυρεξιανήΠολυστυρένιοCC BY-SA 3.0

Αφρό πολυουρεθάνης:

Είναι η πιο άφθονη και εξαιρετική μορφή θερμικής μόνωσης που χρησιμοποιεί μη χλωροφθοράνθρακα (CFC) ως παράγοντα εμφύσησης για τη μείωση της βλάβης του στρώματος του όζοντος. Είναι αφροί χαμηλής πυκνότητας που αποτελούνται από αέριο χαμηλής αγωγιμότητας στα κελύφη τους που μπορούν να ψεκαστούν στις μονωμένες περιοχές. 

Είναι ελαφριά στη σχετικότητα και ζυγίζουν σχεδόν 2 lb / ft3. Είναι επίσης ανθεκτικά στη φωτιά και χρησιμοποιούνται σε επιφάνειες όπως τούβλα, σκυρόδεμα κ.λπ., με άμεση στερέωση. Χρησιμοποιείται επίσης στην περίπτωση ημιτελούς τοιχοποιίας κόβοντας τον αφρό στο επιθυμητό σχήμα και μέγεθος. Ο αφρός στη συνέχεια καλύπτεται με εποικοδομητική κόλλα, πιέζοντάς τον επί της επιφανείας τοιχοποιίας και σφραγίστε τις αρθρώσεις μεταξύ των φύλλων με τον διογκωμένο αφρό. 

Ιδιότητες:

  • λ = 0.022 W / mK έως 0.028 W / mK
  • Πυκνότητα = 30 kg / m3 σε 100 kg / m3
  • R = 6.3 / ίντσα πάχους

Τύποι θερμικής μόνωσης

Κουβέρτα: Μόνωση Batt and Roll

Το πιο γνωστό και ευρέως προσβάσιμο είδος μόνωσης είναι η μόνωση Blanket, η οποία διατίθεται σε Batts ή Rolls. Περιλαμβάνει εύκαμπτες ίνες, υαλοβάμβακα. Τα Batts and Rolls είναι επίσης φινιρισμένα από ορυκτό μαλλί, πλαστικό και φυσικές ίνες, όπως βαμβάκι και πρόβατα. Η μόνωση Blanket είναι πιθανότατα να χρησιμοποιηθεί σε ημιτελείς τοίχους, δάπεδα και οροφές και αυτές οι μόνωση θα μπορούσαν εύκολα να τοποθετηθούν ανάμεσα σε στηρίγματα, δοκούς και δοκάρια. Αυτός ο τύπος μόνωσης χρησιμοποιείται ιδιαίτερα, καθώς είναι κατάλληλος για τυπική απόσταση στηρίγματος και δοκού που είναι συγκριτικά απαλλαγμένη από διαφορετικά εμπόδια. Αυτός ο τύπος είναι επίσης σχετικά ακριβός σε σύγκριση με τους άλλους.

Θερμομόνωση σκυροδέματος

Η μόνωση από σκυρόδεμα ενσωματώνεται με διάφορους τρόπους, όπως η προσθήκη αφρού ή αέρα στο μείγμα σκυροδέματος για τη λήψη των επιθυμητών τιμών R. Η μόνωση από σκυρόδεμα χρησιμοποιείται ευρέως για ημιτελή τοιχώματα, συμπεριλαμβανομένων τοίχων θεμελίωσης, και χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή και την ανακαίνιση. Η εγκατάσταση απαιτεί εξειδικευμένες δεξιότητες όπως στοίβαγμα, μόνωση τσιμεντόλιθων χωρίς χρήση κονιάματος και επιφανειακή συγκόλληση. Οι πυρήνες είναι μονωμένοι για να επιτύχουν τις επιθυμητές τιμές του R, οι οποίες μας βοηθούν να μετριάσουμε τις θερμοκρασίες επίσης.

Μονωτικός αφρός σκυροδέματος 

Το υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτού του είδους είναι σανίδες αφρού ή μπλοκ αφρού. Αυτός ο τύπος μόνωσης χρησιμοποιείται ιδιαίτερα για την ολοκλήρωση ημιτελών τοίχων, καθώς και τοίχων θεμελίωσης για νέες κατασκευές. Ενσωματώνονται επίσης ως μέρος του συγκροτήματος του κτιρίου. Αυτή η κατηγορία μόνωσης χρησιμοποιείται ιδιαίτερα για την κατασκευή. Δεδομένου ότι είναι ενσωματωμένα στους τοίχους του σπιτιού, αυξάνει τη θερμική αντίσταση.

Άκαμπτη μόνωση ινών ή ινών

Τα υαλοβάμβακα και το ορυκτό μαλλί χρησιμοποιούνται για την εξομοίωση της μόνωσης των ινών. Η άκαμπτη ινώδης μόνωση χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε περιοχές που αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες και συχνά χρησιμοποιείται για αγωγούς σε χώρους χωρίς συνθήκες. Η μόνωση ινών δημιουργείται από τους εργολάβους της HVAC, συνήθως κατασκευάζει τη μόνωση και τις τοποθετεί σε αεραγωγούς. Αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως για τον λόγο της ικανότητάς του να αντέχει σε υψηλή θερμοκρασία.

Δομικά μονωμένα πάνελ (SIP)

Πρόκειται κυρίως για μόνωση πυρήνα αφρού ή υγρού αφρού και μόνωση από άχυρο πυρήνα. Ενσωματώνονται σε ημιτελείς τοίχους, οροφές, δάπεδα και την αρχική κατασκευή στεγών. Υλοποιούνται από εργάτες οικοδομών που ταιριάζουν SIP μαζί για να σχηματίσουν τοίχους και στέγες. Τα προνόμια της χρήσης αυτού του τύπου μόνωσης παρέχουν συνεπή και υψηλότερη μόνωση σε σύγκριση με την παραδοσιακή μόνωση. Τα SIP απαιτούν περιορισμένο χρόνο για την εφαρμογή.

Θερμομόνωση στον πυρηνικό τομέα

Η γενική ιδέα ενός πυρηνικού σταθμού είναι ότι χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με πυρηνική σχάση. 

Οι πυρήνες των πυρηνικών αντιδραστήρων εξυπηρετούν έναν συγκεκριμένο σκοπό στην απελευθέρωση ενέργειας τεράστιες ποσότητες θερμότητας και παραγωγής εργασίας. Ο περιορισμός του πυρηνικού αντιδραστήρα σε ένα δοχείο είναι ένας μεγάλος χώρος που ενσωματώνει το πυρηνικό σύστημα παροχής ατμού (NSSS).

 Το NSSS διαθέτει αντιδραστήρα, βαλβίδες, σωλήνες, αντλίες και άλλα διάφορα εξαρτήματα και εξοπλισμό. Το NSSS παράγει ένα πολύ σημαντικό καθαρό θετικό θερμικό φορτίο. Η μόνωση σε θερμό σωλήνα και εξοπλισμό μέσα στον αντιδραστήρα έχει έναν στόχο: τον έλεγχο των φορτίων ψύξης συγκράτησης. Η ψύξη περιορισμού πραγματοποιείται για την απομάκρυνση της θερμότητας που συνδέεται απευθείας με ένα υδατικό σύστημα (ποτάμι, λίμνες κ.λπ.) ή ψύξη συμπίεσης ατμών όπως κλιματισμός. Οι τεχνικές προδιαγραφές των πυρηνικών σταθμών θα ανησυχούν εάν η πηγή θερμότητας απελευθερώσει θερμότητα περισσότερο από τον ρυθμό ψύξης στο πρότυπο.

Θερμικές ιδιότητες μόνωσης

Υπάρχουν συγκεκριμένες πρωτογενείς εκτιμήσεις που πρέπει να επιλεγούν κατά τη διαδικασία επιλογής της μόνωσης. Αυτές οι ιδιότητες ποικίλλουν ανάλογα με το επιλεγμένο υλικό, που κυμαίνεται από μαλλί έως θερμομόνωση πυρηνικού αντιδραστήρα. Η διαφορά στις θερμικές ιδιότητες των τύπων μόνωσης κάνει τη διαφορά στην ποσότητα απόδοσης, απόδοσης και βιωσιμότητας. 

Οι διάφορες ιδιότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι: 

Εκπομπή (Ε):

Ένα υλικό γραμμένο ως ε ορίζεται ως ο λόγος ενέργειας που εκπέμπεται από το υλικό προς την ενέργεια που εκπέμπεται από ένα μαύρο σώμα σε παρόμοια θερμοκρασία. Σε απλούς όρους, είναι χρήσιμο στην εκπομπή ενέργειας ως θερμική ακτινοβολία όπως η υπέρυθρη ενέργεια.

Θερμική αγωγιμότητα (C):

Μπορεί να χαρακτηριστεί από τη διαφορά θερμοκρασίας μονάδας μεταξύ δύο σωμάτων που συμπεραίνει το ρυθμό χρόνου ροής θερμότητας σε σταθερή κατάσταση μέσω μιας περιοχής μονάδας του δεδομένου υλικού. 

Όρια θερμοκρασίας:

τα ανώτερα και χαμηλότερα επίπεδα θερμοκρασίας πρέπει να ικανοποιούνται από τα υλικά που επιλέγονται για μόνωση. 

Θερμική αντίσταση (τιμή R): η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο επιφανειών προκαλεί ένα ρυθμό ροής θερμότητας μονάδας μέσω της περιοχής μονάδας των αντικειμένων (Km2/ Δ). 

Θερμική μετάδοση (U):

μέσω ενός συγκροτήματος, η συνολική αγωγιμότητα της ροής θερμότητας επινοείται ως θερμική διαπερατότητα. 

Θερμική αγωγιμότητα (τιμή k): 

Πού, L = πάχος του υλικού, (m)

T = θερμοκρασία, (K)

q = ρυθμός ροής θερμότητας, (W / m2)

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη θερμοδυναμική Κάντε κλικ ΕΔΩ!


Σχετικά με τον Shakthivel Bhaskar

Το όνομά μου είναι ο Shakthivel Bhaskar, κάποιος που ένιωθε έντονος για τη μηχανική των πραγμάτων που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή ζωή από τότε που μου δόθηκαν συναρπαστικά παιχνίδια όταν ήμουν μικρό παιδί. Αυτό το πάθος βοηθά την αγάπη μου για τη μηχανολογία, η οποία με οδήγησε να ολοκληρώσω το μεταπτυχιακό μου στον εν λόγω τομέα. Έχω εργαστεί σε δύο έργα που διοργανώνονται από το SAE, την Ινδία και το FS, UK. Η διαφυγή μου από την πραγματικότητα θα ήταν το εναλλακτικό πάθος μου, το ποδόσφαιρο που με βοηθά να επικεντρωθώ στη δουλειά μου όταν περνάω λίγο χρόνο σε αυτό.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/shakthivel-bhaskar-589690170/).

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks