العزل الحراري وعزل الرطوبة Dr. Nihad Almughany

1. العزل الحراري وعزل الرطوبة Dr. Nihad Almughany University of Palestine Dept. of Architecture @ Urban PlanningEnvironmental Design Studioعزل الحرارة والرطوبة في المبانيDr NihadAlmughany

2. 1 - الجزء الأول: مبادئ أساسية في العزل الحراري – لمحة تاريخية • استعمل الانسان منذ بدء الخليقة المواد والوسائل المختلفة لتوفير الظروف الملائمة لحياته في السكن والاقامة في معزل عن تأثير الأجواء الحارة أو الباردة المحيطة به. فقد كانت أسقف القش المستعملة في أكواخ القبائل الاستوائية والتجمعات البدائية وكذلك اللّبن المصنوع من الطين المجفف والمخلوط بالقش أنماطا قديمة من المواد المستعملة في عزل البيوت والأكواخ حراريا. • كما عرف في الصخور والحجارة السميكة مواداً تمتاز بصعوبة تسخينها الأمر الذي دعى الإنسان الأول لاستعمال الكهوف الحجرية والصخرية ليجد فيها مأوى يتقي فيه شدة الحر. وكذلك لجأ سكان حوض البحر المتوسط إلى بناء بيوتهم من حجارة سميكة تضفي عليها أجواء باردة ومريحة طيلة ساعات النهار في فصل الصيف. • وقد عرف الانسان أيضا منذ القدم وبالفطرة ما نعرفه بـ " الانتشارية الحرارية " بمفهومنا العصري حينما أدرك بأن الصخور والحجارة التي يضعها حاجزا أمام النار التي يوقدها تبقى ساخنة لمدة طويلة من الوقت بعد انطفاء النار تمنحه الراحة وتشع دفئا حول المكان. • أما بالنسبة للألوان فقد أدرك الناس منذ القدم أن ألوان السطوح البيضاء والزاهية تقلل من تأثير أشعة الشمس على الجدران الخارجية للمباني مما جعل السكان في الأردن وفلسطين وغيرها من بلدان المنطقة العربية يستعملون الحجر الأبيض في تشييد أبنيتهم. Dr Nihad Almughany

3. مبادئ أساسية في العزل الحراري – لمحة تاريخية • كما قام سكان المناطق المجاورة الأخرى إلى طلاء بيوتهم من الخارج باللون الأبيض، كما هو الحال في اليونان واسبانيا وشمال افريقيا وغيرها. • وقد لجأ الناس في كثير من بقاع الأرض منذ قرون وإلى عهد قريب إلى استعمال المواد الطبيعية العازلة للحرارة كالأخشاب والنباتات ومشتقاتها. • أما صناعة المواد العازلة للحرارة فقد ظهرت في أوائل القرن العشرين حين بدأت عمليات عزل المباني والمنشآت حراريا تنفذ بطريقة منظمة ومدروسة بهدف الحد من فقدان الحرارة أو كسبها إلى جانب تحقيق الراحة السكنية داخل المباني Dr Nihad Almughany

4. مبادئ أساسية في العزل الحراري – لمحة تاريخية • وقد كان الصوف الصخري والصوف المعدني المصنوع من خبث البراكين من أوائل المواد العازلة للحرارة المنتجة صناعيا، حيث أخذت صناعة هذه المواد تتزايد تدريجيا في النصف الأول من القرن العشرين . • أما صناعة الصوف الزجاجي، فقد بدأت بالظهور منذ عام 1930 وتطورت بعد ذلك على مراحل متعددة. • وفيما يتعلق بالمواد اللدائنية (البلاستيكية) العازلة للحرارة فقد بوشر بانتاجها تجاريا في أواسط الأربعينات ابتداء بصناعة البوليسترين. ثم تبع ذلك انتاج البوليوريثين الرغوي في نهاية الخمسينات، ومن ثم البوليسترين الممدد المشكل بالقولبة ومادة الفورمالديهايد العازلة للحرارة. أما الفينول الرغوي فقد بدأت صناعته في أوروبا منذ الخمسينات، ثم امتد إلى كندا عام 1972 Dr Nihad Almughany

5. مبدأ انتقال الحرارة في المواد • تنتقل الحرارة في المواد تبعا لقوانين فيزيائية معروفة بتأثير فرق درجات الحرارة وبذلك من الجزء الأعلى حرارة إلى الأدنى حرارة وذلك حسب نفس القانون الطبيعي الذي يتم على أساسه سريان الماء من مستوى مرتفع إلى آخر منخفض. ويستمر التدفق الحراري من الجزء (أو السطح) الحار إلى البارد إلى أن يحدث توازن حراري بينهما. • يتم الانتقال الحراري في المواد بشكل عام وفي العناصر والمواد الإنشائية بشكل خاص بثلاثة طرق مختلفة: • 1- انتقال الحرارة بالتوصيل (Conduction) • 2- انتقال الحرارة بالحمل (Convection) • 3- انتقال الحرارة بالاشعاع ( (Radiation Dr Nihad Almughany

6. مبدأ انتقال الحرارة في المواد • 1- انتقال الحرارة بالتوصيل (Conduction): • تنتقل الحرارة خلال أجزاء المادة بواسطة جزيئاتها بدون أن يحدث تغيير أو انتقال لموضع الجزيئات من مكانها حيث يتم سريان الحرارة بالتوصيل بين هذه الجزيئات كما هو الحال على سبيل المثال في المواد الصلبة المتجانسة التركيب. • يعبر عادة في التطبيقات العملية عن مدى مقدرة المادة على عزل الحرارة بقيمة المقاومة الحرارية لها (Thermal Resistance) التي يرمز لها بالحرف (R) والتي تعني مقاومة التوصيل الحراري لطبقة بسمك معين من المادة الانشائية. • (m2.C/W)................ R = d/k • حيث تعني (d) سمك المادة بوحدة القياس (متر) و (k) الموصلية الحرارية ووحدة قياسها ( W/m.C) (واط/م. س). Dr Nihad Almughany

7. مبدأ انتقال الحرارة في المواد • 2- انتقال الحرارة بالحمل (Convection): • يتم انتقال الحرارة بالحمل في الغازات والسوائل المتحركة حيث تحمل جزيئات هذه الغازات والسوائل الحرارة خلال حركتها من المكان الحار إلى المكان البارد. فتوزيع الحرارة مثلا في أرجاء غرفة مدفّأة في الشتاء يتم بواسطة حركة الهواء المحيط بمصدر الحرارة حيث ترتفع جزيئات الهواء الملامسة للمدفأة إلى الأعلى بسبب تمددها وخفة وزنها ليحل محلها هواء بارد يجري تسخينه ثانية متحركا إلى أعلى ناقلا معه الحرارة خلال جزيئاته. • كذلك يتم انتقال جزء من الحرارة بهذه الطريقة من الهواء الداخلي للغرفة الدافئة إلى الجدران الباردة المحيطة كما يتم فقدان جزء من الحرارة بالحمل بواسطة الهواء المنتقل خلال فتحات وشقوق الأبنية إلى الجو الخارجي البارد. Dr Nihad Almughany

8. مبدأ انتقال الحرارة في المواد • 3- انتقال الحرارة بالاشعاع ((Radiation • الاشعاع الحراري له من الناحية الفيزيائية نفس خواص الاشعاع الضوئي وهو شكل من أشكال الأشعة الكهرومغناطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء. وبخلاف الأشكال الأخرى من انتقال الحرارة لا تحتاج الحرارة المنتقلة بالاشعاع بالضرورة إلى وسط مادي تنتقل فيه حيث يمكن أن يحدث الانتقال في الفراغ (Vacuum). • تتحول الطاقة الكامنة في الأشعة حين اصطدامها بجسم ما إلى حرارة كما يحدث في الاشعاع الحراري الصادر عن الشمس والساقط على جدران وأسقف الأبنية خلال ساعات النهار مما يؤدي إلى تسخينها. • كما أن جزءا لا يستهان به من الحرارة يتم فقدانه من السطوح الخارجية للمبنى المدفأ إلى الجو الخارجي بواسطة الاشعاع. ويكون هذا الاشعاع على أشده في ليالي الشتاء الخالية من الغيوم حين يتم تبادل الاشعاع الحراري بين سطوح المبنى الخارجية وجو الغلاف الخارجي للأرض البارد جدا. هذه الحالة من تبادل الاشعاع الحراري تعرف بـ " التبريد الاشعاعي " (Radiation Cooling) حيث يؤدي هذا التبادل الحراري عادة إلى انخفاض درجة حرارة الجدران الخارجية للمبنى بمقدار يتراوح بين (5) إلى (10) س أقل من درجة حرارة الهواء الخارجي المحيط بالمبنى. Dr Nihad Almughany

9. أشكال انتقال الحرارة بين المواد بالتوصيل عمود معدني Conduction بالحمل بالإشعاع Fireplace Heater Convection Radiation مبدأ انتقال الحرارة في المواد Dr Nihad Almughany

10. الهدف من العزل الحراري • يهدف العزل الحراري في البناء إلى التقليل من انتقال الحرارة خلال أجزاء البناء وعناصره الخارجية سواء كان ذلك من داخل المبنى إلى خارجه كما هو الحال في فصل الشتاء (فقدان حراري) ...... أو من الخارج إلى الداخل كما هو الحال في فصل الصيف (كسب حراري). Dr Nihad Almughany

11. انتقال الحرارة • تتعلق كمية الحرارة المنتقلة خلال العناصر الانشائية الخارجية للمبنى وقدرتها على عزل الحرارة بالعوامل التالية: • الانتقالية الحرارية (Thermal Transmittance) أو ما يعرف بـ (U-Value) لكافة عناصر البناء التي تحد المبنى بالهواء الخارجي كالجدران والأسقف والأبواب والنوافذ. • نوع المواد المكونة لجدران وسقف المبنى وتركيب طبقاتها وتوزيعها وسماكتها وقدرة هذه الطبقات على عزل الحرارة واختزانها. • نوع الشبابيك الخارجية المستعملة ومساحتها واتجاهها الجغرافي ومدى أحكامها لتسرب الهواء وقدرتها على توصيل الحرارة (زجاج مفرد أو مزدوج) والوسائل المتخذة للتخفيض من الاشعاع الشمسي أو تأثير الرياح كالستائر والأباجورات والمظلاّت. • نوع التهوية المستعملة في الداخل (تهوية طبيعية أو ميكانيكية). • الموقع الطبوغرافي للمبنى ودرجة تعرضه للعوامل الجوية. Dr Nihad Almughany

12. فوائد العزل الحراري • توفير في استهلاك الطاقة اللازمة لأغراض التدفئة والتبريد. • تأمين أجواء صحية ومريحة للسكن طيلة فصول السنة. • حماية الأبنية من أخطار الرطوبة ومن تأثيرات الجو الخارجية والأضرار الناجمة عنها. • تخفيض التكلفة اللازمة للصيانة الدورية للمباني والناتجة عن تأثيرات الحرارة الخارجية والرطوبة. • تخفيض التكلفة الأساسية لأجهزة ومعدات التدفئة والتبريد وتلك اللازمة لصيانتها. • مما سبق يتضح أن العزل الحراري في البناء ليس فقط استثمارا اقتصاديا حقيقيا يؤدي إلى توفير الطاقة وتخفيض استهلاك الأجهزة وتكاليف الصيانة بل هو في نفس الوقت اجراء انشائي مهم يحقق متطلبات ضرورية للسكن الصحي المريح ويحمي البناء من التأثيرات الضارة، الأمر الذي يؤدي إلى رفع القيمة السكنية للمبنى ويزيد من عمر البناء. Dr Nihad Almughany

13. Dr Nihad Almughany

14. مجال الراحة الحرارية داخل البيت وعلاقته بدرجة حرارة الجــدران المحيطة والهواء الداخلي وبيـان أنثر العزل الحراري للجدران (التقليدية) على مستوى الراحة خـلال فترة التدفئة Dr Nihad Almughany

15. حساب القيم المهمة في العزل الحراري • المقاومة الحرارية للعناصر الانشائية: • تحسب المقاومة الحرارية لأي عنصر انشائي مكون من مادة واحدة وعلى شكل طبقة واحد بقسمة سماكة العنصر (d) بوحدة الأمتار على موصليته الحرارية (k) بوحدة (W/m . C) كالتالي: • R = d/k .... (m2. C/W) • أما في حالة العناصر الانشائية متعددة الطبقات فيمكن حساب المقاومة الحرارية للعنصر الانشائي بجمع المقاومات الحرارية لطبقاته كالتالي: • = R1 + R2 + …… + RnR • = d1/k1 + d2/k2 + …… + dn/kn …. (m2. C/W) • الانتقالية الحرارية للعناصر الانشائية (U-Value) • الانتقالية الحرارية لأي عنصر انشائي هي معكوس المقاومة الحرارية الكلية (Ra) المحسوبة أعلاه والمعبر عنها بالعلاقة التالية: • = 1/Ra = 1/(Ri + R + Ro)U Dr Nihad Almughany

16. كيفية انتقال الحرارة خلال العوازل الحرارية الخلوية المواد العازلة للحرارة Dr Nihad Almughany

17. إنتقال الحرارة خلال العوازل الحرارية الليفية Dr Nihad Almughany

18. تصنيف المواد العازلة للحرارة • تصنيف حسب طبيعة تركيب الفراغات في المادة العازلة للحرارة. • تصنيف حسب منشأ المواد العازلة للحرارة. • تصنيف حسب الشكل النهائي للمواد العازلة للحرارة. • تصنيف حسب التركيب الكيماوي للمواد العازلة للحرارة. Dr Nihad Almughany

19. تصنيف المواد العازلة للحرارة حسب طبيعة تركيب الفراغات فيها: Dr Nihad Almughany

20. التصنيف حسب منشأ المواد : • يمكن تصنيف المواد العازلة للحرارة حسب منشأ المواد الأصلية التي يتكون منها العازل الحراري. ويتبّع هذا التصنيف تقسيم المواد العازلة للحرارة إلى مواد طبيعية ومواد اصطناعية. ويمكن تقسيم كل من المواد الطبيعية والاصطناعية أيضا إلى مواد عضوية عازلة للحرارة ومواد غير عضوية عازلة للحرارة. Dr Nihad Almughany

21. التصنيف حسب الشكل النهائي للعازل : • تتطلب تقنية العزل الحراري استعمال مواد عازلة للحرارة بأشكال مختلفة وذلك حسب طبيعة ونوع التطبيق في الواقع العملي. ونظرا لتنوع المجالات التي يمكن استعمال العزل الحراري فيها وطريقة تطبيق العازل فقد اتجهت صناعة المواد العازلة للحرارة إلى انتاج عوازل حرارية بأشكال متعددة تساعد في تنفيذ العزل الحراري في شتى المجالات بسهولة تتحقق معها شروط الأداء المطلوب. وتأخذ العوازل الحرارية أحد الأشكال النهائية التالية: • ألواح جاسئة: • تنتج هذه الألواح بحيث تكون صلبة (غير قابلة للثني) وبأبعاد وقياسات ويمكن قصها أو نشرها إلى وحدات أصغر تتلاءم مع نوع التطبيق وتستعمل عادة في البناء لعزل السطوح المستوية كالجدران والأسقف. • ألواح شبه جاسئه: • تنتج هذه الألواح أيضا بأشكال مضلعة منتظمة إلا أنها تكون ذات خاصية مرنة تمكّن من ضغطها أو ثنيها إلى درجة معينة وذلك حسب نوع التطبيق. • ألواح مرنه: • تصنع هذه الألواح بحيث تكون ذات مرونة عالية تزيد عن تلك التي للألواح شبه الجاسئة، وتكون قابلة للانضغاط بسهولة. • مغلفات الأنابيب: • تصنع هذه الأنواع من العازلات الحرارية على هيئة قطع مسبقة التشكيل لعزل الأنابيب والسطوح الاسطوانية وتنتج هذه المغلفات بأشكال جاسئة أو شبه جاسئة أو مرنة. • فرشات وبطانيات ولفائف: • تكون هذه الأنواع قابلة للطي والثني حيث تتصف بالليونة أو المرونة. • ويمكن تكسية سطوحها بشرائح من الألمنيوم أو الورق المعالج بالقار كما يمكن تغطية أحد السطحين أو كلاهما بشبك معدني مرن. Dr Nihad Almughany

22. مونه عازلة للحرارة (مونه جاهزة): • وهي مزيج جاهز من مواد جافة على شكل حبيبات وشظايا رقائقية والياف أو مساحيق تتحول بعد خلطها بالماء في الوقع إلى مونه مرنه بالقوام تتحول بعد جفافها إلى طبقة متماسكة عازلة للحرارة. وهناك أنواع من هذه المونه تشكل بعد جفافها سطوح واقية صلبة. • مواد سائبة (مالئة للفراغات): • وهي مواد عازلة للحرارة على شكل حبيبات أو ألياف سائبةاو مساحيق أو أية أشكال مشابهة. ويمكن تطبيقها لملئ الفراغات والتجاويف بطريق السكب أو الضخ أو الملئ باليد. • أشكال أخرى: • هناك أنواع أخرى من المواد العازلة للحرارة تصنع بشكل من الأشكال التالية: • - مواد حشو للفواصل • - معاجين عازلة للحرارة • - لباد • - أشرطة وفتائل • - رغوة مطبقة بالرش • - طلاءات منفوشة • تستعمل مثل هذه المواد في تطبيقات العزل الحراري في الأماكن والمجالات التي يصعب استعمال المواد العازلة الأخرى فيها، أو تكون مكملة لنظام عزل معين يتطلب استعمال أكثر من مادة عازلة للحرارة فيه. Dr Nihad Almughany

23. التصنيف حسب التركيب الكيماوي للمواد : • تقسم المواد العازلة للحرارة حسب هذا التصنيف إلى مجموعتين رئيسيتين كالتالي: • مواد عضوية عازلة للحرارة • مواد غير عضوية عازلة للحرارة Dr Nihad Almughany

24. Dr Nihad Almughany

25. خصائص للمواد العازلة : • يمكن تحديد بعض خصائص المواد العازلة في النقاط التالية : • الكثافة (Density) • ثبات الأبعاد (Dimensional Stability) • الانكماش والتمدد (Shrinkage and Expansion) • المرونة واسترجاع الأبعاد (Flexibility and Recovery) • مقاومة التراصّ والهبوط (Resistance to Compaction and Setting ) • الالتصاق (Adhesion ) • امتصاص الماء (Water Absorption) • امتصاص الرطوبة (Hygroscopy) (Water Adsorption) • الجذب الشعري (Capillarity) • نفاذية بخار الماء (Water Vapor Permeability) • مقاومة الثني (أو الانحناء) (Flexural Strength) • مقاومة التآكل والاهتراء (Abrasion Resistance) • مقاومة المذيبات (Resistance to Solvents) • مقاومة نمو الفطريات والبكتيريا (Resistance to Fungal & Bacterial Growth) • مقاومة عوامل التجوية (Weathering Resistance) Dr Nihad Almughany

26. تغطية سطوح المواد العاكسة للحرارة بشرائح الألومنيوم لزيادة كفاءتها في العزل الحراري Dr Nihad Almughany

27. التجاويف الهوائية في العناصر الانشائية • تعتبر التجاويف الهوائية التي يجري تصميمها على شكل طبقة هوائية داخل العناصر الانشائية والجدران المزدوجة من الوسائل المتبعة في عزل الأبنية حراريا. وتكون هذه التجاويف عادة محكمة الاغلاق لتقليص حركة الهواء في داخلها وعزله عن الهواء الخارجي وذلك للحصول على أقصى كفاءة عزل حراري ممكنة لطبقة الهواء المحصورة داخل هذه التجاويف. • السماكة المثلى لطبقة الهواء المحصور تقع في حدود (4) إلى (5) سم حيث لا تؤدي زيادة هذه السماكة إلى أية زيادة في قيمة العزل الحراري المطلوب. • ومن جهة أخرى فإنه من الممكن أيضا رفع كفاءة العزل الحراري لطبقة الهواء في العناصر الانشائية بشكل فعال وبطريقة اقتصادية غير مكلفة وذلك بتغليف أحد السطوح على جانبي التجويف أو كلاهما بشرائح عاكسة للحرارة كشرائح الألومنيوم أو أغشية الفينيل اللامعة . وقد أثبتت التجارب بأن مثل هذا الاجراء يمكن أن يرفع من كفاءة العزل الحراري للتجاويف الهوائية إلى ما يقرب من ثلاثة أضعاف ما هي علية، حيث تعمل الشرائح العاكسة إلى ايقاف جزء كبير من الحرارة الاشعاعية المنتقلة خلال التجويف. Dr Nihad Almughany

28. المقاومة الحرارية لطبقات الهواء التي تشكل تجاويف في العناصر الانشائية وعلاقتها بسمك التجاويف واتجاه إنتقال الحرارة فيها ومقارنتها بالمقاومة الحرارية لعازل حراري عادي Dr Nihad Almughany

29. تأثير نوع المواد المحيطة بطبقة عمودية من الهواء في العناصر الإنشائية على المقاومة الحرارية لطبقة الهواء بسماكات مختلفة Dr Nihad Almughany

30. الرطوبة الداخلية في المباني • تعتبر عملية تكاثف بخار الماء وتكون الرطوبة من أهم المشاكل التي تتعرض لها المباني، حيث تؤثر الرطوبة سلباً على الخواص الفيزيائية للعناصر الإنشائية. • لذا فمن الضروري تحديد إمكانيات تكاثف بخار الماء على سطوح العناصر الإنشائية وفي جوفها ومراعاة ذلك خلال عملية التصميم واتخاذ الاحتياطات اللازمة لمنع حدوث التكاثف. ويمكن استعمال حواجز بخار الماء (water vapor barrier) لحماية مواد العزل الحراري من وصول بخار الماء إليها وتكاثفه عليها. Dr Nihad Almughany

31. الرطوبة الداخلية في المباني • تكاثف بخار الماء على السطوح الباردة • تتعرض السطوح الداخلية للمباني غير المعزولة حرارياً لخطر تكاثف الرطوبة عليها في فصل الشتاء. ويعود سبب ذلك إلى معدلات الفقد الحراري العالية للعناصر غير المعزولة مما يبقي درجة حرارة السطوح دون درجة الندى مقابل درجة حرارة هواء المبنى المدفأ . • يؤدي عزل المبنى حرارياً الى تلافي خطر التكاثف على السطوح الداخلية للعناصر الإنشائية (الأقل فقداناً للحرارة)، مما يبقي درجة حرارة هذه السطوح أقرب الى درجة حرارة هواء الغرفة الدافئ. • 4 أهمية تهوية المباني • تعتبر التهوية، سواء أكانت طبيعية أم ميكانيكية، وسيلة جيدة لتقليل تكاثف بخار الماء في المباني، إذ أن الهواء الداخلي المشبع ببخار الماء يتسرب بالتهوية إلى الخارج ويحل محله هواء خارجي محتواه قليل من البخار مما يقلل من ضغط بخار الماء وبالتالي يقلل من إمكانية تكاثف هذا البخار. Dr Nihad Almughany

32. tsi1 tsi2 ti ti ti tsi tsi to to to الخزانة الخزانة الجدار الجدار • وضع خزانة ملابس بمحاذاة السطح الداخلي لجدار خارجي أو تركيب الخزانة داخل الجدار يؤديان إلى تخفيض درجة حرارة سطح الجدار من (tsi1) إلى (tsi2) مما قد يتسبب في حدوث تكاثف سطحي وتكوّن العفن خلف الخزانة. Dr Nihad Almughany

33. قصارة داخلية حجر يناء طوب الداخل خرسانة عازل حراري الخارج بلاط ملاط أرضية خرسانية طبقة عازلة للماء خرسانة نظافة رصفه ركام خشن (أ) انتقال الحرارة عبر مناطق التقاء الجدران الخارجية مع الأرضيات 500 مم (ب) تفاصيل تنفيذ العازل الحراري عند مناطق التقاء الجدران الخارجية بالأرضيات Dr Nihad Almughany

34. عازل حراري ( أ ) طوب جدران قصارة داخلية طوب أسقف 140مم طوب أسقف 180 مم ³500 mm شبك قصارة خفيف تحت العازل الحراري ( ب ) Dr Nihad Almughany

35. طبقة حماية علوية سطح بارد معرّض للتكاثف عازل مائي السقف الإنشائي تهوية ³ 50 mm فراع هوائي عازل حراري حاجز بخار ماء ( أ ) سقف بارد سقف معلق طبقة حماية علويّة عازل مائي عازل حراري حاجز بخار ماء السقف الإنشائي قصارة داخليّة سقف معلّق (اختياري) ( ب ) سقف دافئ إجراءات ضرورية لمنع حدوث التكاثف في الأسقف: Dr Nihad Almughany