مقاله تحلیلی: شکست حرارتی در سازه – قسمت دوم

جان‌پناه‌های بتنی معمولی مانند یک پل حرارتی عمل می‌کنند و درنتیجه موجب اتلاف انرژی گرمایی می‌شوند. این جان‌پناه‌ها به‌واسطه باد سردی که بر بام می‌وزد، مانند پره‌های یک پنکه عمل می‌کنند و باعث هدر رفت گرما می‌شوند. یکی از راه‌حل‌ها این است که از شکست حرارتی بین جان‌پناه و فضای داخلی گرم استفاده شود.

جان‌پناه‌ها از لبه‌های بام در برابر نیروهای آپلیفت ناشی از وزش باد محافظت می‌کنند. بااین‌حال حل یک مشکل، مشکل دیگری را به وجود می‌آورد: یک پل حرارتی در پیرامون ساختمان که به سیستم عایق‌بندی نفوذ می‌کند و موجب انتقال حرارت از فضای داخلی به خارج می‌شود. جان‌پناه‌های عایق‌بندی نشده علاوه بر اتلاف انرژی، به دلیل توزیع غیریکنواخت دما موجب سرد شدن فضای داخلی گرم در مجاورت پوسته ساختمان می‌شود.

یکی از راهکارهای مرسوم برای کاهش پل حرارتی در جان‌پناه‌ها این است که سطح خارجی عایق‌بندی شود.

روش جدیدتر برای کاهش پل حرارتی، شکست حرارتی جان‌پناه از فضای داخلی گرم به‌واسطه المان‌های شکست حرارت بین جان‌پناه و فضای داخلی است. این المان‌ها بدون تحت تأثیر قرار دادن یکپارچگی سازه موجب بهینه‌سازی عملکرد حرارتی می‌شوند.

پوشاندن سطوح خارجی جان‌پناه‌ها

برای جلوگیری از ایجاد پل حرارتی، معماران قبلاً محیط خارجی دیوار و سپس جان‌پناه را با یک‌لایه عایق می‌پوشاندند تا به این صورت تبدیل به بخشی از محیط گرم ساختمان شوند. این روش علاوه بر هزینه زیاد و اثرگذاری کم، در طولانی‌مدت با ریسک‌های مختلفی همراه است.

جان‌پناه پوشانده شده عملکردی مشابه سقف مسطح عایق‌بندی شده دارد و ازاین‌رو ممکن است مشکلات مشابهی به وجود آید. ازآنجاکه سقف‌ها و جان‌پناه‌ها مستعد آسیب هستند، نیاز به تعمیر و نگه‌داری دارند به‌خصوص اگر میله‌های محافظ سقف وارد لایه عایق شده باشند. ضد آب‌کردن جان‌پناه‌های عایق‌بندی شده به‌ندرت عملکرد مؤثری دارد و باعث محافظت طولانی‌مدت در برابر رطوبت می‌شود. مشکل دیگر نشت آب هست که ممکن است مستلزم هزینه‌های قابل‌توجه برای تعمیر و نگه‌داری باشد.

طراحان در Payette این موضوع را در مقاله‌ای که سال 2015 منتشر شد، بررسی کردند: یک سؤال جالب‌توجه این بود که آیا بهتر است اطراف جان‌پناه عایق‌بندی شود یا اتصالاتی برای متصل کردن عایق و جان‌پناه طراحی شود. ازآنجاکه متغیرهای زیادی در جزئیات جان‌پناه‌ها دخیل هستند، آن‌ها کار خود را با آنالیز حساسیت ارتفاع جان‌پناه نرمال شده برای یک نوع از ساخت شروع کردند. در این تحقیق جزئیات استخراج‌شده به این صورت نرمالیزه شد: 24 اینچ (61 سانتی‌متر) ارتفاع از سطح داخلی دیوار و 48 اینچ (122 سانتی‌متر) طول از سطح داخلی سقف.

طبیعتاً هرچقدر ارتفاع جان‌پناه بیشتر باشد، احتمال اتلاف انرژی بیشتر خواهد شد. آن‌ها دریافتند که عایق‌بندی در زیر جان‌پناه (شکست حرارتی از سقف) عامل ارتفاع را بی‌اثر و عایق‌بندی موقری فراهم می‌کند.

 در این تحقیق یک المان شکست حرارتی که برای دال‌های بتنی طراحی‌شده بود مورد آزمایش قرار گرفت. آن‌ها این المان را در جهت عمودی نصب کردند که باعث کاهش 27 درصدی جریان گرما شد.

جان‌پناه‌های مدرن

امروزه المان‌های شکست حرارتی مختلفی در بازار موجود هستند که به‌طور خاص برای جان‌پناه‌ها طراحی ‌شده‌اند. این المان‌ها به لحاظ حرارتی باعث جداسازی جان‌پناه از فضای داخلی گرم می‌شوند و درعین‌حال یکپارچگی ساختاری اتصالات را نیز حفظ می‌کنند.

یک شکست حرارتی معمولی متشکل از یک‌لایه عایق بهبودیافته و میلگردهای فولادی ضدزنگ است که انتقال حرارت بین جان‌پناه و دال بتنی سقف را به حداقل می‌رساند. یک بلوک عایق ساخته‌شده از پلی استایرن بهبودیافته با گرافیت، تقریباً 98 درصد هدایت گرمایی کمتری به نسبت بتن دارد و همچنین میلگردهای فولادی ضدزنگ تقریباً 70 درصد هدایت گرمایی کمتری به میلگردهای فولادی کربن دار دارند که موجب کاهش اتلاف گرما تا 90 درصد می‌شوند.

میلگردهای عمودی مقاومت لازم در برابر کشش، فشار و لنگر خمشی را جان‌پناه تأمین می‌کنند. به این صورت اثر متقابل لنگرهای خمشی اعمال‌شده و کشش/ فشار در نظر گرفته می‌شود. میلگردهای ضربدری هم به‌واسطه مقاومت کششی، مقاومت برشی میلگردها را در هر دو جهت تأمین می‌کنند.

علاوه بر جان‌پناه‌ها، پل حرارتی ممکن است در بالکن‌ها هم وقتی‌که به‌عنوان یک بخش گسترش‌یافته از دال داخلی کف ساخته شوند، رخ می‌دهد. وقتی هوا سرد است بالکن انرژی گرمایی را از دال داخلی بتنی گرم جذب و به فضای بیرونی منتقل می‌کند و موجب سرد شدن دال داخلی می‌شود.

المان‌های شکست حرارتی طراحی‌شده برای بالکن‌ها از بلوک‌های عایق که عرض تقریبی مشابه دیوار ساختمان دارند، تشکیل‌ شده‌اند. برای تأمین مقاومت و سختی لازم در محل اتصال، ابتدا میلگردهای فولادی ضدزنگ در وجه داخلی دال بتنی قرار داده می‌شوند و سپس بتن‌ریزی بالکن از سمت خارجی انجام می‌شود به این صورت عملکردی مشابه خرپا خواهیم داشت.

برای عایق‌بندی لبه‌های دال هم المان‌های شکست حرارتی مشابهی وجود دارد.

هزینه‌ها و مزایا

باوجوداینکه شکست حرارتی مستلزم سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری است اما مزایای آن در کوتاه‌مدت و بلندمدت این هزینه‌ها را جبران می‌کنند.

این روش در مقایسه با روش عایق‌بندی معمول جان‌پناه نیاز به تعمیر و نگه‌داری ندارد، قالب‌بندی آن ساده‌تر است و هزینه‌های ساخت کمتری دارد.

به‌علاوه در این روش هزینه‌های ناشی از نفوذ آب در لایه عایق حذف می‌شود.

اضافه کردن المان‌های شکست حرارتی در مقایسه یا اتصالات عایق‌بندی نشده موجب کاهش چشمگیر هدایت گرمایی در اتصالات تحت شرایط بارگذاری استاندارد می‌شود. ازاین‌رو مصرف انرژی در ساختمان 50 تا 90 درصد کاهش می‌یابد.

کاهش انرژی لازم برای گرمایش ساختمان موجب کاهش اندازه/ ظرفیت سیستم گرمایش و در پی آن حفظ سرمایه و بهره‌برداری بی‌وقفه می‌شود.

عایق‌بندی حرارتی بالکن‌ها و لبه‌های دال آسایت و راحتی ساکنین را افزایش می‌دهد و برای سازندگان به‌واسطه افزایش گرما ارزش‌آفرینی می‌کند.

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.