تعریف عایق حرارتی در صنایع

تعریف عایق حرارتی در صنایع:
در این مقاله، به دنبال بررسی روش هایی هستیم که انتقال حرارت از سطوح مختلف را کاهش دهد. عایق حرارتی به ماده یا ترکیبی از ماده های مختلف گفته می شود که به منظور ایجاد مقاومت در مسیر انتقال حرارت، به کار می رود.

اصول عمکلرد عایق حرارتی، کاربردهای آن، اَبَرعایق ها و برخی روابط محاسباتی، مطالبی هستند که در ادامه پوشش داده خواهد شد. شکل زیر این موضوع را به خوبی نشان می دهد.

احتمالاً در زندگی روزمره به برخی از انواع عایق حرارتی برخورد کرده اید. بیشتر این عایق ها، از جنس ماده های ناهمگونی هستند که هدایت حرارتی بسیار پایینی دارند و در درون آنها، کیسه های هوا وجود دارد.

وجود کیسه های هوا، دور از انتظار نیست. چرا که هوا یکی از پایین ترین ضرایب هدایت حرارتی را داشته و همیشه نیز در دسترس است. فومِ پلی استایرن (Styrofoam) که عموماً برای بسته بندی تلویزیون، کامپیوتر و لوازم برقی به کار می رود، در نقش عایق هم عملکرد مناسبی دارد.

نیروی محرکه ای که منجر به انتقال حرارت می شود، اختلاف دما است. هرچه اختلاف دما بیشتر باشد، نرخ انتقال حرارت نیز بزرگ تر خواهد بود. اگر بتوانیم موانعی (Barriers) در سر راه جریان انتقال گرما قرار دهیم، ممکن است موفق شویم انتقال حرارت بین دو محیط با دماهای مختلف را کُندتر کنیم.

ایفای نقش این موانع، به عهده عایق حرارتی است و این عایق ها در طراحی و ساخت تمام تجهیزاتی که صرفه جویی انرژی در آنها اهمیت دارد، بسیار تأثیرگذار هستند.

در سال 1991 میلادی، مطالعه ای در دانشگاه درکسل (Drexel University) پیرامون مصرف انرژی در صنایع ایالات متحده صورت گرفت.

این مطالعه نشان داد که استفاده از عایق حرارتی قادر است تا حدود 2 میلیارد بشکه نفت را در سال ذخیره کند. سود این صرفه جویی در حدود 60 میلیارد دلار در سال تخمین زده شد. عددی که می تواند با ارتقای تکنولوژی و بهبود روش های عایق کاری، از این هم فراتر برود.

حرارت و گرما در کوره با سوزاندن یک سوخت مانند زغال سنگ، نفت یا گاز طبیعی یا در هیتر و با عبور جریان الکتریکی از میان یک هیتر مقاومتی (Resistance Heater)، تولید می شود. استفاده از الکتریسیته، به دلیل بالا بودن قیمت واحد آن، به صرفه نیست و به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

گرمای تولید شده، توسط محیط داخل کوره و دیواره های آن جذب می شود تا دمای آن نسبت به دمای محیط افزایش یابد. این اختلاف دما باعث می شود نیروی محرکه ای بین محیط داغ و محیط اطراف آن ایجاد شود. در نتیجه، انتقال حرارت اتفاق می افتد. با کمک عایق حرارتی می توان از اتلاف این گرما جلوگیری و در هزینه و مصرف سوخت صرفه جویی کرد.

به عبارت دیگر می توان این طور برداشت کرد که هزینه خرید و نصب عایق حرارتی با صرفه جویی در مصرف و کم شدن هزینه سوخت، جبران می شود. به طوری که تمام هزینه اولیه، ممکن است در فاصله کمتر از یک سال، از طریق کاهش هزینه ها برگردد.

از سوی دیگر، استفاده از عایق حرارتی به محیط زیست نیز کمک کرده و با آلودگی هوا و اثرات گل خانه ای مقابله می کند. زیرا حجم سوخت مصرفی کاهش یافته و میزان گازهای سوزانده شده در اتمسفر به حداقل می رسد.

بهینه سازی مصرف انرژی، تنها محدود به سطوح داغ نمی شود. با استفاده از عایق حرارتی برای سطوح سرد نیز می توان انرژی و سرمایه را حفظ کرد. سطوح سرد، به سطوحی گفته می شود که دمای آنها از دمای محیط کمتر باشد. خطوط آب سرد، مخزن ماده مبرد، اتومبیل های یخچال دار و داکت های تهویه هوا، نمونه هایی از سطوح سرد هستند. مولد سرما، تبرید (Refrigeration) است.

تبرید نیاز به انرژی ورودی دارد که این انرژی معمولاً به شکل الکتریسیته است. در این حالت، انتقال حرارت از محیط به سطوح سرد انجام می شود. اگر یک قوطی نوشابه را درون پتو بپیچیم، مدت زمان بیشتری خنک خواهد ماند! اگر دیواره های یخچال، به درستی عایق بندی شده باشد، انرژی مصرفی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. عایق کاری خانه می تواند حجم سرمایش کولر را کاهش داده و مصرف برق را کمتر کند.

عایق حرارتی یک مفهوم ذاتی است که همه ما با آن آشنا هستیم. نوزاد وقتی در پتوی مخصوصش پیچیده شده باشد، احساس بهتری دارد. کودک وقتی در هوای سرد از خانه بیرون می رود، نیاز به کاپشن دارد.

فردی که از استخر بیرون آمده، بلافاصله خود را در حوله می پیچد. اگر در تاریخ به عقب برگردیم، انسان اولیه با پوشیدن پوست حیوانات، خود را گرم نگه می داشت و خانه خود را از جنس چوب یا بلوک های گِلی می ساخت. تا مدت های زیادی از چوب پنبه در ساختن سقف خانه ها استفاده می شد. با پیشرفت تبرید مکانیکی در قرن نوزدهم میلادی، اهمیت استفاده از عایق حرارتی بیش از پیش روشن شد. در فاصله بین سال های 1910 تا 1920، تحقیقات گسترده ای در دانشگاه ها و آزمایشگاه ها بدین منظور صورت گرفت.

بحران انرژی در دهه 1970، تأثیر گسترده ای در آگاهی عمومی نسبت به محدود بودن منابع انرژی و لزوم حفاظت از آنها داشت. امروزه، عایق حرارتی بیش از آنچه تصور شود، مورد استفاده قرار می گیرد. ضخامت دیواره های یخچال، به دلیل داشتن لایه هایی ساندویچی است که نقش عایق را دارند. همچنین در بسیاری از کاربردها، لوله های آب گرم نسبت به لوله های آب سرد، قطر بیشتری دارند.