دیوارهای پیرامونی، بزرگترین بخش از پوسته خارجی ساختمان را تشکیل میدهند و به همین دلیل، بیشترین پتانسیل تبادل حرارتی و اتلاف انرژی میان فضای کنترلشده داخل و محیط خارج را دارا هستند. بر اساس ضوابط ملی، طراحی و اجرای پوسته خارجی ساختمان باید به گونهای باشد که اتلاف حرارت به کمترین میزان ممکن رسیده و شرایط آسایش حرارتی ساکنان فراهم گردد.
بلوک والاکس برای درک عمیق الزامات حرارتی دیوارها، مفاهیم فیزیکی، روشهای محاسباتی، دستهبندیهای عایقکاری و راهکارهای نوین صنعتی را به صورت همزمان مورد بررسی قرار می دهد.
تعاریف و اصول فیزیکی الزامات حرارتی دیوارها
در فیزیک ساختمان و محاسبات حرارتی دیوارها، سه شاخص کلیدی تعیینکننده تراز حرارتی جدار هستند که هر طراح و مهندسی باید به طور دقیق با آنها آشنا باشد:
- ضریب هدایت حرارتی: این ضریب نشاندهنده میزان توان حرارتی است که در حالت پایدار از یک متر مربع عنصر همگن به ضخامت یک متر با اختلاف دمای یک کلوین عبور میکند. واحد آن وات بر متر کلوین (W/m.K) است. هرچه این ضریب برای مصالح به کار رفته در دیوار کمتر باشد، نشاندهنده مقاومت بیشتر آن ماده در برابر انتقال حرارت است.
- مقاومت حرارتی (R): مقاومت حرارتی نشاندهنده قابلیت عایق بودن یک یا چند لایه از دیوار است. فرمول ریاضی محاسباتی آن به صورت نسبت ضخامت لایه به ضریب هدایت حرارتی آن تعریف میشود:
در این رابطه، L ضخامت لایه بر حسب متر و (lambda) ضریب هدایت حرارتی مصالح است. اگر دیوار از لایههای مختلفی تشکیل شده باشد، مقاومت حرارتی کل دیوار برابر با مجموع مقاومت حرارتی تکتک لایهها (سفتکاری، عایق، نازککاری) به همراه مقاومت حرارتی لایههای هوای مجاور سطوح داخلی و خارجی خواهد بود. واحد مقاومت حرارتی، متر مربع کلوین بر وات (m^2.K/W) است.
- ضریب انتقال حرارت سطحی (U): این ضریب نشاندهنده نسبت توان حرارتی عبور کرده از یک متر مربع جدار به اختلاف دمای محیطهای دو طرف آن است و واحد آن وات بر متر مربع کلوین (W/m^2.K) است. ضریب انتقال حرارت سطحی در واقع عکس مقاومت حرارتی کل جدار است:
بر اساس الزامات قانونی، مقاومت حرارتی محاسبهشده برای هر دیوار پیرامونی باید مساوی یا بیشتر از مقاومت حرارتی مرجع تعیینشده در آییننامه باشد تا دیوار مورد تایید قرار گیرد.
دستهبندی روشهای عایقکاری حرارتی دیوارها
مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان، روشهای مختلفی را برای عایقکاری حرارتی دیوارهای پیرامونی به رسمیت میشناسد. انتخاب هر یک از این روشها مستقیماً بر میزان مقاومت حرارتی مورد نیاز دیوار تأثیر میگذارد:
عایق حرارتی خارجی (External Thermal Insulation):
در این روش، لایه عایق حرارتی در سمت خارج دیوار اصلی نصب میشود (مانند سیستمهای مرکب ETICS). این روش بهترین عملکرد را در حذف پلهای حرارتی سازهای (مانند ستونها و تیرها) دارد و جرم حرارتی دیوار را در سمت داخل حفظ میکند، اما اجرای آن نیازمند اکیپهای تخصصی و هزینه بیشتر است.
عایق حرارتی داخلی (Internal Thermal Insulation):
در این روش، لایه عایق در سمت داخل و در زیر لایه نازککاری قرار میگیرد. این روش برای پروژههای بازسازی یا ساختمانهای با استفاده منقطع بسیار مناسب است زیرا فضای داخل به سرعت گرم یا خنک میشود، اما عیب اصلی آن عدم پوشش ستونها و باقی ماندن پلهای حرارتی است.
عایق حرارتی میانی یا دو جدار (Cavity Wall Insulation):
در این روش، عایق حرارتی در میان دو لایه دیوار سفتکاری (مانند دیوار دوجداره آجری یا سفالی) قرار میگیرد. این روش لایه عایق را از آسیبهای فیزیکی و محیطی حفظ میکند اما اجرای آن در محل اتصال به اسکلت بتنی با پیچیدگیهای اجرایی همراه است.
عایق حرارتی همگن (Distributed Thermal Insulation):
در این روش، کل ضخامت دیوار از مصالحی ساخته میشود که خود دارای مقاومت حرارتی بالایی هستند و نقش عایق را ایفا میکنند. بلوکهای سبک بتنی مدرن یا بلوکهای کامپوزیت عایقدار پیشساخته در این دستهبندی قرار میگیرند. این روش به دلیل اجرای تکمرحلهای (دیوارچینی همزمان با عایقکاری)، کارایی بالا و سرعت فوقالعاده در کارگاهها محبوبیت زیادی دارد.
جدول مقایسه حداقل مقاومت حرارتی دیوار (m^2.K/W) برای ساختمانهای گروه ۲ رده انرژی الزامی EC)
در جدول زیر، حداقل مقاومت حرارتی مورد نیاز برای انواع روشهای عایقکاری دیوار پیرامونی بر اساس محل قرارگیری جدار (مجاور فضای خارج یا مجاور فضای کنترلنشده) ارائه شده است:
| نوع عایقکاری انتخابشده برای دیوار | حداقل مقاومت حرارتی دیوار مجاور فضای خارج | حداقل مقاومت حرارتی دیوار مجاور فضای کنترلنشده |
| عایق حرارتی خارجی | ۱.۴ | ۰.۸ |
| عایق حرارتی داخلی | ۱.۵ | ۰.۸ |
| عایق حرارتی میانی (دوجداره) | ۱.۵ | ۰.۸ |
| عایق حرارتی همگن (یکپارچه) | ۱.۴ | ۰.۸ |
نکته: فضای کنترلنشده به فضایی اطلاق میشود که از تمامی جهات محصور بوده اما فاقد سیستمهای سرمایشی و گرمایشی دائمی است، مانند راهپلهها، داکتها و آسانسورها.
بیشتر بخوانید: عایق حرارتی روکار دیوار
تأثیر اقلیم و گروهبندی ساختمانها بر الزامات حرارتی دیوار
الزامات حرارتی دیوارهای پیرامونی برای تمامی ساختمانها یکسان نیست. مقررات ملی ساختمان بر اساس چهار عامل اصلی، پروژهها را گروهبندی میکند تا ضوابط متناسب با شرایط هر پروژه اعمال شود:
- نوع کاربری ساختمان: اهمیت کاربری و میزان تداوم استفاده از فضا (مسکونی، اداری، درمانی یا صنعتی).
- نیاز سالانه انرژی محل استقرار: شهرهای کشور بر اساس دادههای هواشناسی به سه رده کمنیاز، نیاز متوسط و نیاز زیاد به انرژی گرمایشی و سرمایشی تقسیم میشوند. به عنوان مثال، در اقلیمهای سرد و مرطوب شمالی حد مجاز ضریب انتقال حرارت سطحی (U) برای دیوار بسیار سختگیرانهتر و حدود (0.75W/m^2.K) تعیین شده است.
- سطح زیربنای مفید ساختمان: پروژهها به دو متراژ زیر ۱۰۰۰ متر مربع و بالای ۱۰۰۰ متر مربع دستهبندی میشوند.
- جمعیت و رده شهر محل استقرار.
با تلفیق این عوامل، ساختمانها در چهار گروه صرفهجویی انرژی (از گروه ۱ با الزام بسیار زیاد تا گروه ۴ با بدون نیاز به صرفهجویی ویژه) قرار میگیرند. این گروهبندی مستقیماً تعیینکننده مقاومت حرارتی مرجع جدارهاست. به طور مثال، ساختمانی مسکونی در شهری کوهستانی و سردسیر (گروه ۱) نیازمند دیوارهایی با مقاومت حرارتی به مراتب بالاتر از ساختمانی مشابه در منطقه معتدل مرطوب است.
بیشتر بخوانید: عایق کاری حرارتی برای ساختمانهای گروه یک
نقش اینرسی حرارتی در طراحی دیوارهای عایق
اینرسی حرارتی به قابلیت پوسته خارجی ساختمان در ذخیرهسازی انرژی حرارتی و بازپسدهی آن با تأخیر زمان اطلاق میشود. این شاخص فیزیکی مستقیماً با جرم سطحی مؤثر جدار مرتبط است.
نحوه عایقکاری دیوار بر عملکرد اینرسی حرارتی ساختمان تأثیر کلیدی دارد:
دیوار با اینرسی حرارتی زیاد (مناسب برای کاربری مداوم)
اگر عایق حرارتی در سمت خارج دیوار نصب شود، جرم سنگین بتنی یا آجری دیوار در سمت گرم داخل قرار میگیرد. این دیوار مانند یک باتری حرارتی عمل کرده، نوسانات شدید دمای داخل را مهار میکند و دما را پایدار نگه میدارد. این حالت برای خانههای مسکونی، هتلها و بیمارستانها که استفاده مداوم دارند، ایدهآل است.
دیوار با اینرسی حرارتی کم (مناسب برای کاربری منقطع)
اگر دیوار با عایق داخلی طراحی شود، جرم دیوار پشت لایه عایق قرار گرفته و عملاً در تبادل حرارت داخل شرکت نمیکند. این حالت برای فضاهایی مانند ساختمانهای اداری، مدارس یا سالنهای سخنرانی که به صورت منقطع استفاده میشوند و باید به محض ورود افراد سریعاً گرم یا خنک شوند، مناسب است.
بیشتر بخوانید: عایق کاری پوسته خارجی ساختمان
مهار و مدیریت پلهای حرارتی در جدار دیوارها
پل حرارتی به هر نقطهای در پوسته خارجی ساختمان گفته میشود که مقاومت حرارتی آن به دلیل ناپیوستگی عایق یا تغییر مصالح، کمتر از سایر بخشها باشد. نقاطی مانند تقاطع تیرها و ستونهای بتنی با دیوار، دور قاب پنجرهها و نعل درگاهها از شایعترین پلهای حرارتی در دیوارها هستند.
وجود پلهای حرارتی میتواند اتلاف حرارتی ساختمان را تا ۴۰ درصد افزایش دهد. علاوه بر هدررفت انرژی، پلهای حرارتی در فصول سرد باعث کاهش شدید دمای موضعی سطح داخلی دیوار میشوند. این کاهش دما، بستر مناسبی برای پدیده میعان (تشکیل قطرات شبنم) ایجاد کرده که در نهایت منجر به شوره زدن دیوار، تخریب گچکاری و رشد کپک و قارچهای بیماریزا میگردد.
برای مهار پلهای حرارتی، طراحان ملزم به رعایت پیوستگی کامل لایه عایق حرارتی در سراسر پوسته خارجی هستند. در محاسبات مهندسی روش کارکردی، اثر اتلاف انرژی این نقاط باید با ضرایب خطی انتقال حرارت به دقت شبیهسازی و در تراز حرارتی نهایی ساختمان دخالت داده شود.
هوابندی و کنترل نشت هوای ناخواسته
بخش مهمی از الزامات حرارتی دیوارها، مهار نشت هوای ناخواسته از درزها و شکافهاست. حتی اگر دیوار از بهترین عایق حرارتی برخوردار باشد، نفوذ هوای سرد خارج از طریق ترکها یا فواصل اطراف قاب بازشوها میتواند کارایی عایق را به شدت کاهش دهد.
برای هوابندی اصولی دیوارهای خارجی:
- استفاده از نوارهای درزبند پلیمری انعطافپذیر در دور تا دور بازشوها.
- پر کردن فواصل بین قاب فلزی پنجرهها و ساختار دیوار با فومهای تزریقی پلییورتان تخصصی به جای استفاده از ملاتهای سنتی شکننده.
- درزگیری و چسبندگی کامل اتصالات حرارتی در محل تقاطع دیوار با سقف و کف.
دوام و تعمیر و نگه داری دیوارها با عایق
در استفاده از نوع اجرای عایق بندی در دیوارها باید به این نکته توجه داشت که عایق بر اثر تنشهای دمایی و رطوبت و ضربه در بلند مدت مستهلک شده و در نتیجه نیاز به تعمیر و نگه داری دارند در کشورهای پیش رو شرکتهایی تاسیس شده اند که عملکرد حرارتی جدار را در بلند مدت بررسی میکنند و در صورت ایجاد درز بین عایق ها و نفوض رطوبت به درون عایق و یا خراب شدن عایق بر اثر تابش آفتاب و …. اقدام به تعمیر و باز سازی دیوار می کنند . در این میان برای دیوارهای با عایق همگن نظیر والاکس و هبلکس طول عمر عایق آنها برابر با طول عمر ساختمان خواهد بود و در صورت اجرای صحیح در بلند مدت نیاز به ترمیم پیدا نخواهند کرد.
بلوکهای عایق والاکس (Wallax XPS Plus)؛ سرآمد عایقکاری همگن
یکی از مدرنترین و کارآمدترین راهکارها برای برآورده کردن تمامی الزامات حرارتی دیوارها بدون نیاز به اجرای لایههای موازی و چندگانه کارگاهی، استفاده از بلوک عایق حرارت والاکس XPS Plus است. این بلوک یک سیستم کامپوزیتی واحد است که عایقکاری حرارتی همگن را به بهترین شکل محقق میسازد.
ساختار و ویژگیهای فنی برجسته والاکس:
- هسته عایق صلب: در قلب این بلوک، فوم اکسترود شده XPS قرار دارد که ضریب هدایت حرارتی آن طبق تاییدیه مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی فوقالعاده پایین و برابر با ۰.۰۲۹۹ W/m.K است. ضریب هدایت لایههای بتن طرفین نیز تنها ۰.۲ وات بر متر کلوین است.
- یکپارچگی صنعتی: فوم XPS در زمان مایع بودن ملات بتن سبک به صورت کاملاً مکانیزه در مرکز بلوک قرار داده میشود تا ساختاری کاملاً همگن و عاری از جریانهای همرفتی هوا پدید آید.
- تکنولوژی دوخت دوجداره (Stitching): برای جلوگیری از جدا شدن پوستههای بتنی از فوم در هنگام زلزله یا حریق، دو جدار بتنی با مش فایبرگلاس مقاوم به همراه ۵ عدد اتصال بتنی صلب (شامل سه حفره دایرهای به قطر ۳ سانتیمتر و یک مستطیل مرکزی) به یکدیگر دوخته شدهاند که پایداری خارج از صفحه دیوار را مطابق پیوست ۶ آییننامه ۲۸۰۰ زلزله به طور کامل تضمین میکند.
- مسلح با الیاف PP: استفاده از الیاف پلیپروپیلن در بافت ملات بتنی بلوک، مقاومت خمشی آن را به شدت افزایش داده و جمعشدگی ناشی از خشک شدن (Shrinkage) را به کمتر از ۰.۰۶۵ درصد میرساند که مانع از بروز هرگونه ترک در نازککاری میشود.
جدول مقاومت حرارتی و ابعاد بلوکهای والاکس XPS Plus
بلوکهای والاکس در سه ضخامت مهندسیشده تولید میشوند تا پاسخگوی انواع نیازهای اقلیمی کشور باشند:
| ضخامت بلوک والاکس | مقاومت حرارتی نهایی (m^2.K/W) | ردهبندی عملکردی و انطباق با مبحث ۱۹ |
| بلوک ۱۰ سانتیمتر | ۱.۲ | مناسب برای برآورده کردن الزامات حرارتی عمومی در مناطق معتدل |
| بلوک ۱۲ سانتیمتر | ۲.۰ | کارایی بسیار بالا؛ تأمینکننده عالی رده انرژی برای دیوارهای پیرامونی ساختمانهای گروه ۲ |
| بلوک ۱۷ سانتیمتر | ۳.۱۸۴ | فوقعایق (Super-Insulated)؛ مخصوص ساختمانهای گروه ۱ واقع در اقلیمهای بسیار سرد یا گرم |
نقش چسب والاکس در مهار پلهای حرارتی بندها
در دیوارهای ساخته شده با بلوکهای سبک سنتی، استفاده از ملات ماسه سیمان معمولی با ضخامتهای بالا (۱.۵ تا ۲ سانتیمتر) خود یک پل حرارتی بزرگ در سراسر شبکهبندی دیوار ایجاد میکند و گرما را به راحتی منتقل مینماید.
بلوکهای والاکس با استفاده از چسب مخصوص والاکس (خمیر درزگیر حرارتی) نصب میشوند. این چسب ویژگیهای منحصربهفردی را به سیستم دیوار اضافه میکند:
- ضخامت تنها ۱ میلیمتر: ضخامت بسیار کم لایه اتصال، سطح مقطع انتقال حرارت در بندهای افقی و عمودی دیوار را به کمترین میزان ممکن کاهش میدهد.
- حذف پلهای حرارتی بندها: این لایه نازک چسب، پیوستگی حرارتی هسته عایق بلوکها را حفظ کرده و اتلاف انرژی از طریق بندها را مهار میکند.
- بهبود مقاومت کل جدار: آزمایشها نشان میدهند که اجرای دیوار با چسب لایه نازک والاکس، مقاومت حرارتی نهایی کل دیوار را نسبت به ملاتهای سنتی به طرز چشمگیری ارتقا میدهد.
حداقل مقاومت حرارتی دیوار در اقلیمهای سرد چقدر است؟
در فیزیک ساختمان و طبق ضوابط «مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان»، حداقل مقاومت حرارتی مورد نیاز برای دیوارهای پیرامونی در اقلیمهای سرد (که در آییننامه تحت عنوان شهرهای «دسته ۱ با نیاز به سرمایش یا گرمایش زیاد» مانند تبریز، زنجان و ارومیه یا «مناطق با نیاز سالانه انرژی زیاد» طبقهبندی میشوند)، به یک عدد واحد محدود نمیشود.
میزان حداقل مقاومت حرارتی مورد نیاز (R-Value) برای دیوارها به صورت مستقیم به سه عامل مهندسی بستگی دارد:
- گروهبندی ساختمان از نظر میزان صرفهجویی در مصرف انرژی گروههای ۱، ۲ یا ۳
- موقعیت قرارگیری دیوار (مجاور فضای خارج یا مجاور فضای کنترلنشده)
- روش عایقکاری دیوار (عایقکاری خارجی، داخلی، میانی یا همگن)
در ادامه، حداقل مقاومت حرارتی دیوارهای پیرامونی (m^2.K/W) بر اساس جداول پیوست مبحث ۱۹ برای هر سه گروه ساختمانی به تفصیل آورده شده است:
۱. ساختمانهای گروه ۱ (ملزم به صرفهجویی بسیار زیاد)
این گروه شامل ساختمانهای با اهمیت بسیار زیاد یا پروژههای واقع در اقلیمهای بسیار سرد با نیاز انرژی بالا است. حداقل مقاومت حرارتی دیوارهای این گروه به شرح زیر است:
| موقعیت دیوار | عایق حرارتی خارجی (ETICS) | عایق حرارتی داخلی | عایق حرارتی میانی (دوجداره) | عایق حرارتی همگن |
| دیوار مجاور فضای خارج | ۲.۱ | ۲.۳ | ۲.۳ | ۲.۱ |
| دیوار مجاور فضای کنترلنشده | ۱.۰ | ۱.۰ | ۱.۰ | ۱.۰ |
۲. ساختمانهای گروه ۲ (ملزم به صرفهجویی متوسط)
بسیاری از آپارتمانهای مسکونی متعارف شهری در این گروه قرار میگیرند. حداقل مقاومت حرارتی برای دیوارهای این گروه عبارت است از:
| موقعیت دیوار | عایق حرارتی خارجی (ETICS) | عایق حرارتی داخلی | عایق حرارتی میانی (دوجداره) | عایق حرارتی همگن |
| دیوار مجاور فضای خارج | ۱.۴ | ۱.۵ | ۱.۵ | ۰.۹ |
| دیوار مجاور فضای کنترلنشده | ۰.۸ | ۰.۸ | ۰.۸ | ۰.۸ |
نکته: در صورتی که رده انرژی الزامی (EC) برای کل جداره ملاک باشد، حداقل مقاومت حرارتی مورد نیاز جدار همگن به ۱.۴ افزایش مییابد .
۳. ساختمانهای گروه ۳ (ملزم به صرفهجویی کم)
این رده برای ساختمانهای کوچکتر یا با الزامات سبکتر انرژی در نظر گرفته شده است .حداقل مقاومت حرارتی دیوارهای این گروه شامل موارد زیر است:
| موقعیت دیوار | عایق حرارتی خارجی (ETICS) | عایق حرارتی داخلی | عایق حرارتی میانی (دوجداره) | عایق حرارتی همگن |
| دیوار مجاور فضای خارج | ۱.۱ | ۱.۲ | ۱.۲ | ۰.۸ |
| دیوار مجاور فضای کنترلنشده | ۰.۷ | ۰.۷ | ۰.۷ | ۰.۷ |
پیشنهادات مهندسین والاکس
در برخی مناطق مرطوب و سردسیر، مقررات ملی علاوه بر مقاومت حرارتی، بر ضریب انتقال حرارت سطحی (U-value) نیز تاکید دارد؛ به عنوان مثال حد مجاز U برای دیوار خارجی حدود 0.75 W/m^2.K تعیین شده است که معادل مقاومت حرارتی تقریبی ۱.۳۳ میباشد .
پاسخگویی با محصولات نوین
در صورتی که در اقلیمهای سرد نیاز به اجرای همگن دیوار داشته باشید، استفاده از بلوکهای عایق پیشساخته بهترین راهکار است.
بلوکهای ۱۲ سانتیمتری والاکس XPS Plus با مقاومت حرارتی ۲.۰ به راحتی الزامات گروه ۲ را پوشش میدهند. همچنین برای پروژههای گروه ۱ در سردترین مناطق کشور، بلوکهای ۱۷ سانتیمتری والاکس با مقاومت حرارتی فوقالعاده ۳.۱۸۴ طراحی شدهاند که فراتر از حداقلهای آییننامه عمل کرده و بالاترین تراز انرژی را برای سازه به ارمغان میآورند .
جمعبندی مهندسی
الزامات حرارتی دیوار بر اساس مبحث ۱۹، یکپارچگی، مهار پلهای حرارتی، دستیابی به مقاومت حرارتی استاندارد و هوابندی اصولی پوسته خارجی را هدف قرار داده است. در حالی که روشهای سنتی عایقکاری (مانند عایق داخلی یا خارجی کارگاهی) به دلیل چندمرحلهای بودن، ریسک آسیب فیزیکی و هزینههای دستمزد موازی با چالشهای زیادی روبرو هستند، بلوکهای پیشساخته عایقدار والاکس XPS Plus با ادغام همگن بتن مسلح و فوم صلب در کارخانه، راهکاری یکپارچه، سریع و کاملاً اقتصادی را برای عبور مقتدرانه از استانداردهای انرژی کشور فراهم آوردهاند.
