مقاله تحلیلی: مصالح نوین (پژوهش جدید مرکز تحقیقات NAHB در مورد مقاومت گرمایشی دیوار)

در تلاش برای تعیین دقیق‌تر عملکرد حرارتی انواع گزینه‌های سیستم دیوار تحت شرایط دنیای حقیقی، مرکز تحقیقات انجمن ملی خانه سازان (NAHB)، یک سری از آزمایش‌ها را روی پانل دیوارهای مسکونی در طول سال ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ انجام داد. هدف مقایسه شایع‌ترین دیوارهای مبنا (به عنوان مثال عایق ورقه‌ای فایبرگلاس بین ناودانی‌های چوبی ۴*۲ با تیغه داخلی دیوار کاذب) با چند دیوار حاوی محصولات ساختمانی پلاستیکی (از جمله مواد عایق فوم) بود. مقدار R نشان دهنده مقاومت در برابر جریان گرما است که در آن اعداد بالاتر نشان دهنده افزایش مقاومت به جریان گرما می‌باشد. (به عبارت دیگر، هرچه مقدار R بیشتر باشد، قدرت عایق بیشتر است.) اگر چه مقدار R به طور مرسوم در آیین نامه‌های ساختمان برای چندین دهه برای کمی سازی ضوابط حداقل عایق برای ساخت و ساز یک دیوار استاندارد مورد استفاده قرار گرفته، اما این ضریب اندازه گیری کاملی از راندمان کلی انرژی سیستم دیوار ارائه نمی‌دهد. اثراتی مانند انتقال حرارت از اعضای قابی، مقاومت در برابر نفوذ هوا و باد و اثر دودکش‌ها روی پوسته ساختمان تحت شرایط عملیاتی عادی و واقعی در مقدار R در نظر گرفته نمی‌شود. این مطالعه در زمینه ارزیابی عملکرد کلی سیستم دیوار منحصر به فرد است. این مطالعه به گونه‌ای طراحی شده بود تا مشخصه‌های عواقب ساخت و ساز و گزینه‌های مصالح عایق سازی دیوارها را به دقت تعیین نماید.

 قبل از مطالعه عایق توسط انجمن ملی سازندگان خانه (NAHB)، نمونه دیوار در یک انبار برای یک سال نگهداری می‌شدند. این امر برای حساب هر گونه تغییر در مقدار R به‌ واسطه نمونه‌های اسپری شده با فوم پلی اورتان (SPF) کمک می‌کرد – چون هرگونه تحلیل در مصالح در چند ماه اول رخ می‌داد.

برای شبیه سازی آب و هوا و شرایط دنیای واقعی مختلف با دقت بیشتر، هر سیستم دیوار تحت دو شرایط مورد آزمایش قرار گرفت:

• در شرایط «حالت استاتیک» بدون فشار جوی اضافی باد در یک دمای مشخص
• در شرایطی با «بارگذاری باد» با سرعت ۲۴ کیلومتر / ساعت (۱۵ مایل در ساعت) در سه دمای مختلف در فضای باز.

آزمایش‌ها نشان داد که تحت شرایط بدون باد، رفتار تمام سیستم‌های دیوار مشابه است (در بازه دقت آماری دستگاه آزمایش). البته، همه دیوارها تحت شرایط دارای باد عملکردشان به خوبی دیوارهای بدون باد نبود. با این حال، زمانی که بارگذاری باد واقعی اعمال شد، عملکرد سیستم‌های دیوار با پلاستیک و عایق‌کاری محصولات پلاستیک فوم ۱۴ و ۲۹ درصد بهتر از دیوار مبنا (baseline wall) بود، افزایش عملکرد نسبی با افزایش درجه حرارت خارجی نیز مشاهده شد. این نشان می‌دهد که نفوذ هوا نقش مهمی در عملکرد حرارتی سیستم دیوار در شرایط دنیای واقعی دارد.

مطالعه حاضر با هدف تعیین اثر خالص درجه حرارت و فشار بادهای مختلف در انواع دیوارهای مسکونی و مقایسه آن‌ها را با رایج‌ترین روش‌های ساخت و ساز دیوار stick and batt است. این آزمایش نشان می‌دهد که یک دیوار خانه مونتاژ شده در حالتی که واقعاً در حال کاربری است چگونه عملکردی از خود نشان می‌دهد.

پروتکل به گونه‌ای طراحی شد تا تست عملکرد برای تمامی انواع دیوار یکسان باشد؛ علاوه بر این، فرآیند آزمایش طوری طراحی شده بود تا تکرارپذیر باشد. هیچ دو دیواری به دلیل تاب چوب، تخته با رشته‌های جهت دار (OSB)، تغییرات ضخامت و محل میخ‌ها؛ از مصالح دقیقه یکنواخت ساخته نشده بودند.

به این ترتیب، تلاش ویژه‌ای شده تا در ابتدا مونتاژ دیوار معمولی با استفاده از محاسبات مبتنی بر مصالح با ضریب R تعیین شده در برابر عملکردهای مورد انتظار ارزیابی گردد. عملکرد مونتاژ خاص، به نقطه شروعی (معیار) برای هر آزمون تبدیل شد، حتی در مواردی مانند شرایط حجم‌های نفوذ هوا و محل ابزارآلات مربوط به اتصال نیز بازسازی شدند. شرایط، نمادی از هر دو شرایط معمولی و شرایط شدید دنیای واقعی در آب و هواهایی مختلف است.

پنج نوع دیوار برای تست‌های حرارتی گردآوری شد. محصولات ساختمانی پلاستیکی مانند پوشش ساختمان، عایق فوم که در محل اسپری می‌شود، عایق فوم پلاستیکی سخت و پانل‌های عایق بندی سازه‌ای (SIP ها) از جنس فوم پلاستیکی با ساخت و ساز معیار دیوار مبنا مقایسه شدند (جدول ۱). توجه: ضریب R اسپری فوم پلی اورتان (SPF) ممکن است پس از نصب تنزل یابد. به طور کلی، بیشترین تنزل در مصالح در چند ماه اول پس از نصب آن‌ها رخ می‌دهد. برای لحاظ نمودن این تغییر، پانل‌های SPF تست شده توسط NAHB حدود یک سال پیش از انجام مطالعه در یک انبار نصب شده بودند.

لوله کشی آب گرم‌کن در داخل و خارج از نمونه پانل دیوار اجرا می‌شود. در این مطالعه، هر سیستم دیوار با محصولات ساختمانی پلاستیکی عملکردی بهتر از نمونه معیار خود از خود نشان داده است. این امر نشان می‌دهد که ضریب R مرسوم، شاخصی دقیق از چگونگی مقاومت یک دیوار در برابر از دست دادن و به دست آوردن انرژی نیست.

یکی از محصولات دیواری آزمایش شده در این مطالعه پانل‌های عایق بندی سازه‌ای (SIP) بود که معمولاً شامل پلی استایرن (EPS) و یا پلی ایزوسیانورات منبسط شده (polyiso) به عنوان فوم عایق سخت است که بین دو لایه پوسته سازه‌ای تخته با رشته‌های جهت دار قرار می‌گیرد. نتیجه یک سیستم ساختمانی است که قوی، قابل پیش بینی، کارآمد از منظر انرژی و مقرون به صرفه است.

بر اساس مطالعات مرکز تحقیقات NAHB، دیوار مبنا آزمایش شده نمادی از مرسوم‌ترین روش ساخت و ساز دیوار مورد استفاده در ساخت و ساز خانه‌های امروزی بود. علاوه بر این، بهترین شیوه‌های نصب و راه اندازی و مشخصات تولیدی بررسی شدند. از طریق آزمایش‌های جایگزین برای ارزیابی اعتبار کلی عملکرد انتصابی دیوار و مصالح، محصولات عایق حرارتی مجزا از منظر مشخصات حرارتی بررسی شدند.

از آنجا که هر دیوار دارای عایق پلاستیکی عملکرد بهتری از دیوار معیار خود داشت، مرکز تحقیقات NAHB به این نتیجه رسید که مقادیر عملکردی محاسبه شده بر اساس اندازه گیری مقدار R مرسوم و محاسبات، شاخصی دقیق از چگونگی مقاومت یک دیوار در برابر از دست دادن و به دست آوردن انرژی نیست.

خلاصه

این آزمایش به وضوح مزایای استفاده از پلاستیک و مصالح ساخت و ساز عایق شده با فوم پلاستیکی را با بهبود چشمگیر عملکرد سیستم‌های دیوارهای مسکونی تحت شرایط واقعی، شرایط با بارگذاری باد در دماهای مختلف، در مقایسه با ساخت و ساز دیوار مبنا به شرح زیر، نشان داده است.

شرایط بدون باد و درجه حرارت متوسط (حالت استاتیک)

زمانی که دمای داخل ۲۱ درجه (۷۰ F) و خارج ۴- درجه (۲۵ F) بود و هیچ بادی وجود نداشت، تمام سیستم‌های دیوار رفتاری شبیه عملکرد محاسباتی مورد انتظار معیار خود دارند. در مقایسه با یک عایق مرسوم، سیستم‌های دیوار با محصولات

ساختمانی پلاستیکی، کاهش جریان گرمایی برابر با سه درصد داشتند (که از نظر آماری کاهش معنی دار نبود).

شرایط دارای باد و درجه حرارت بسیار سرد (دنیای واقعی)

در شرایط وزش باد با سرعت ۲۴ کیلومتر بر ساعت (۱۵ مایل در ساعت)، دمای داخلی ۷۰ فارنهایت و دمای خارجی ۲۶- درجه سلسیوس (۱۵- F)، پانل دیواری با عایق پلاستیک و فوم و عایق پلاستیک، جریان گرما را به ‌صورت میانگین تا ۱۸ درصد بیشتر از نمونه مبنا کاهش داد.

شرایط باد و درجه حرارت متوسط (دنیای واقعی)

در شرایط وزش باد با سرعت ۱۵ مایل در ساعت، دمای داخلی ۷۰ فارنهایت و دمای خارجی ۴۶ درجه سلسیوس (۱۱۵ F)، سیستم دیوار با محصولات ساختمانی پلاستیکی در کل جریان گرما را به طور متوسط تا ۲۵ درصد بهتر از نمونه مبنا کاهش داد. یک نمونه از پانل‌ها تا ۲۹ درصد عملکرد بهتری در این دسته داشت.

شرایط باد و درجه حرارت بسیار گرم (دنیای واقعی)

در شرایط وزش باد با سرعت ۱۵ مایل در ساعت، دمای داخلی ۷۰ فارنهایت و دمای خارجی ۴۶ درجه سلسیوس (۱۱۵ F)، سیستم دیوار با محصولات ساختمانی پلاستیکی در کل جریان گرما را به طور متوسط تا ۲۵ درصد بهتر از نمونه مبنا کاهش داد. یک نمونه از پانل‌ها تا ۲۹ درصد عملکرد بهتری در این دسته داشت.

نتیجه

یک یافته مهم این است که از منظر کاهش جریان گرما در شرایط «بدون باد»، تمام دیوارهای حاوی عایق پلاستیکی و یا عایق فوم پلاستیکی رفتاری مشابه رفتار دیوار مبنا داشتند. با این وجود جالب توجه است که هنگامی که در تحقیقات شرایط باد واقعی اعمال شد، تمام سیستم‌های دیوار با مصالح ساختمانی پلاستیکی به ‌طور مشابه عملکردی بهتر از نمونه مبنا داشتند. همچنین نشان داده شد که با تغییر دما، تمام سیستم‌های دیوار با محصولات ساختمانی پلاستیکی به طور مشابه عملکرد بهتری نسبت به دیوار مبنا داشتند.

یک نتیجه مهم این پژوهش نشان می‌دهد که برای داشتن یک دیوار با عملکرد حرارتی یکسان مانند دیوار در شرایط باد واقعی با ضریب R ۱۳ که با محصولات پلاستیکی که در بالا لیست شده‌اند، باید یک دیوار «استاندارد» مرسوم (برای مثال stick and batt) با ضریب R برابر با ۱۵ ساخته شود. همان‌طور که قبلاً ذکر شد، هرچه مقدار R بیشتر باشد، قدرت عایق بیشتر است. با این حال به گفته مرکز تحقیقات NAHB، بدون در نظر گرفتن مسائل نفوذ هوا، برای رسیدن به عملکردی شبیه به محصولات ساختمانی پلاستیکی در این مطالعه، باید حدود ۸۵ درصد بیشتر مصالح عایق batt در همان حفره ۸۸.۹ میلی متر (۳.۵ اینچ) قرار گیرد.

مطالعه NAHB نشان می‌دهد که برای رسیدن به عملکردی مشابه، حدود ۸۵ درصد مصالح عایق batt بیشتری نسبت به عایق پلاستیکی باید در همان حفره ۸۸.۹ میلی متر (۳.۵ اینچ) قرار گیرد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.