عایق کاری حرارتی

 عایق کاری حرارتی

اهیمت صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه های سنگین انرژی بر کسی پوشیده نیست. به طور متوسط بیش از ۵۰% درآمد هر جامعه ای صرف تولید و یا خرید انرژی در آن جامعه شده و به طور متوسط ۴۰% کل انرژی مصرفی ,صرف سیستم های گرمایش و حرارتی می شود. عایق کاری و فرهنگ آن , در کشورهای توسعه یافته  یک اصل در طراحی و یک الزام در ساخت و ساز محسوب می شود,در هالی که اهمیت این اصل در کشور ایران جدی گرفته نشده است . لیکن در سال های اخیر , با توجه به هزینه های روز افزون انرژی در ایران و جهان به خصوص پس از برداشته شدن یارانه های انرژی , این مهم در بخش صنعتی و ساختمانی رشد چشمگیری داشته و فرهنگ عایق کاری حرارتی در کنار عایق های صوتی و ضد آتش , آینده ای امیدوار کننده در این زمینه را نید می دهد

عایق های حرارتی

عایق حرارتی عبارتند از موادی که از نرخ انتقال حرارت بین سیستم های فیزیکی مختلف می کاهند و به عبارت ساده تر از اتلاف انرژی گرمایی یک سیستم تا حد امکان جلوگیری می کنند.

همواره گرما از سیستم هایی که دمای بالاتری دارند به سیستم های با دمای کمتر ,جریان می یابد و این پدیده اجتناب ناپذیر است. اما می توان نرخ این جریان را به شدت کاهش داد و این هدف اصلی عایق های حرارتی است. عایق های حرارتی مختلف برای جلوگیری از مکانیزم های انتقال حرارت وجود دارند.

عایق کاری حرارتی ,اتلاف انرژی حرارتی را در بناها , سازه ها و ساختمان ها و همچنین صنایع و تجهیزات به حداقل رسانده و پیرو آن , منجر به صرفه جویی در هزینه های انرژی می شود. معمولا مدت زمان بازگشت سرمایه گذاری در عایق کاری , کم تر از یک سال است.

همچنین, از طریق بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه های انرژی از طریق عایق کاری ,ظرفیت سیستم گرمایش و سرمایش مورد نیاز را نیز می توان کاهش داد و به این ترتیب از حجم سرمایه گذاری در سیستم های تهویه و گرمایش نیز کاسته می شود.

از دیگر مزایای عایق کاری می توان به کنترل دمایی بهتر , جلوگیری از یخ زدگی و شکست تجهیزات و بسته به نوع عایق , ایحاد مقاومت در مقابل صوت و آتش سوزی , اشاره کرد.

معمول است که در عایق کاری ساختمان ها و بناها, ضریب مقاومت گرمایی (R-value) عایق ها اهمیت دارد و بهینه بودن عایق با این پارامتر سنجیده می شود در حالی که در عایق کاری تجهیزاتی چون اجاق ها, کوره ها, فرها و یا راکتورها, ضریب انتقال حرارت (k) و همچنین گرمای ویژه (C) پارامترهای مورد سنجش عایق ها محسوب می شوند هرچند که ضریب انتقال حرارت (k) معکوس ضریب مقاومت حرارتی (R) می باشد.

عایق های حرارتی را می توان بر اساس شکل محصول نهایی,جنس ماده اولیه تشکیل دهنده عایق ,ساختار مولکولی عایق و محدوده دمای کارکردی دسته بندی نمود.

مزایای عایق کاری

۱- صرفه جویی در مصرف انرژی

۲- کنترل دمای سطح برای حافظت و ایمنی

۳- کنترل دمای فرآیند و پروسه

۴- جلوگیری از میعان و یا تبرید برروی سطوح سرد

۵- کاهش خطرات و آسیب به تجهیزات و مقابله با آتش سوزی، خوردگی و ضربه

۶- کاهش نویز

۷- کاهش مصرف منابع طبیعی

مقدمه ای بر انتقال حرارت

انرژی حرارتی: یک سیستم ترمودینامیکی می تواند انرژی های متنوعی را در خود داشته باشد. انرژی حرارتی بخشی از انرژی داخلی کل یک سیستم ترمودینامیکی است که با دمای سیستم خود را نشان می دهد. وقتی انرژی حرارتی، به هر روش یا مکانیزم ممکن، منتقل می شود اصطلاحا به آن انتقال حرارت می گویند. انتقال حرارت عبارت است از تبادل انرژی حرارتی درون یک سیستم و یا میان سیستم های فیزیکی مختلف که با هم اختلاف دما دارند.

حرارت از طریق سه مکانیزم مختلف انتقال می یابد: هدایت (Conduction) – همرفت (Convection) – تابش (Radiation)

(برای توضیحات بیشتر به بخش انتقال حرارت مهندسی مراجعه فرمایید)

هر سه مکانیزم انتقال حرارت ممکن است همزمان در یک سیستم اتفاق بیافتند. لازم به ذکر است که روش چهارمی نیز برای انتقال حرارت وجود دارد که عبارت است از انتقال جرم. مثلا اگر یک جسم گرم از جایی به جای دیگری منتقل شود، طبیعتا انرژی حرارتی آن نیز به همراهش منتقل می شود. این مکانیزم انتقال حرارت در مباحث عایق و عایق کاری، کابردی نداشته و به آن نیز پرداخته نمی شود. همچنین در مکانیزم های تبدیل انرژی نیز ممکن است انرژی حرارتی بدست آید ولی در علوم ترمودینامیک، به طور جداگانه بررسی شده و در انتقال حرارت دنبال نمی شود.

علت انتقال حرارت درون یک سیستم یا بین سیستم های مختلف، اختلاف دما و یا به عبارتی اختلاف در سطح انرژی حرارتی است. همواره حرارت از سطح انرژی بالاتر (دمای بالاتر) به سطح انرژی پایین تر (دمای پایین تر) جریان می یابد تا به تعادل حرارتی برسند (قانون دوم ترمودینامیک).

---

تعاریف

عایق (Insulation):

عایق عبارت است از ماده ای که نرخ انتقال جریان ماده یا انرژی را بین دو فضا کاهش داده یا آن را کاملا مسدود میکند. مثلا عایق های حرارتی نرخ انتقال حرارت (انرژی گرمایی) را به میزان چشمگیری کاهش می دهند و یا عایق های الکتریکی از جاری شدن جریان برق جلوگیری می کنند. عمده ترین عایق ها، عایق های حرارتی، صوتی، ضد آتش، الکتریکی و رطوبتی هستند.

هدایت (Conduction)

عبارت است از انتقال حرارت از طریق تماس اجرام مختلف که با هم اختلاف دمایی دارند. هدایت بین هر دو سطحی که اختلاف دمایی داشته و به صورت فیزیکی با هم در تماس باشند، اتفاق می افتد. نرخ انتقال حرارت به صورت هدایت، بستگی به جنس مواد و ضریب انتقال حرارت آنها و اختلاف دمای بین دو سطح دارد.

همرفت یا جابه جایی (Convection)

همرفت عبارت است از انتقال حرارت از طریق یک سیال مانند هوای پیرامون اجسام گرم و همچنین مایعات. هوا به عنوان اصلی ترین منبع انتقال حرارت به طریق همرفت شناخته می شود. در همرفت همواره هوای گرم به سمت هوای سرد جریان می یابد.

تابش (Radiation)

نور یکی از انواع انرژی است که اصطلاحا از طریق تابش، انتقال می یابد. در صورتی که نور به جسمی تابیده شود، آن جسم گرم می شود بدین معنی که انرژی نور در جسم تبدیل به حرارت می شود. همچنین، جسمی که نور می تاباند، گرما از دست می دهد. پس می توان نتیجه گرفت که تابش یکی از راه های انتقال حرارت است. بارزترین مثال رسیدن گرمای خورشید به زمین است، چراکه چون بین زمین و خورشید اتمسفری وجود ندارد (و تقریبا خلا است)، تنها راه انتقال حرارت از خورشید به زمین تابش بوده و هدایت و همرفت امکان پذیر نیستند.

لازم به ذکر است که تمامی اجسام تابش می کنند. وقتی نور به یک جسم تابیده می شود، کسری از آن جذب شده و کسری از آن انعکاس می یابد. کسر جذب شده مجددا توسط ماده، تحت فرکانس مشخصی بسته به جنس و رنگ سطح آن، تابش می یابد. در واقع علت اصلی که چشم می تواند اجسام را ببیند، تابش اجسام در یک فرکانس مشخص (رنگ) است. مقدار تابش اجسام، ارتباط مستقیم با درجه حرارت آنها دارد. مثلا بعضی مواد اگر بسیار داغ شوند، قبل ذوب، به رنگ کاملا قرمز در می آیند که نشان از تابش زیاد آنها دارد.

مواد عایق ضد تابش معمولا کسر جذب شده را به حداقل رسانده و کسر انعکاس را افزایش می دهند و به این ترتیب ماده انرژی از دست نمی دهد. به این دلیل است که عایق های ضد تابش اکثر به صورت فویل های صیقلی ساخته میشوند.

ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه (Heat Capacity & Specific Heat)

ظرفیت گرمایی خاصیتی فیزیکی از ماده بوده و عبارت است از مقدار گرمایی که لازم است به ماده داده شود تا دمای آن یک واحد دما (مثلا یک درجه سانتی گراد یا یک درجه فارنهایت) افزایش پیدا کند. ظرفیت گرمایی را با C نشان می دهند و واحد آن در سیستم متریک J/⁰K (ژول بر درجه کلوین) می باشد.

همچنین، گرمای ویژه عبارت است از مقدار گرمایی که لازم است به واحد جرم ماده داده شود تا دمای آن یک واحد دما (مثلا یک درجه سانتی گراد یا یک درجه فارنهایت) افزایش پیدا کند. گرمای ویژه را معمولا با C_m نشان داده و واحد آن J/m⁰K (ژول بر جرم درجه کلوین) است. ظرفیت گرمایی جرم مشخصی از یک ماده برابر است با مقدار جرم ماده ضرب در گرمای ویژه آن.

در بیشتر سیستم های ترمودینامیکی، ظریفت گرمایی سیستم ثابت نیست و به پارامترهای مختلفی از جمله فشار و دمای سیستم بستگی دارد. برای اطلاعات بیشتر در این مورد رجوع شود به:

http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity

ضریب هدایت گرمایی – ضریب انتقال حرارت (Thermal Conductivity)

ضریب هدایت گرمایی (k) خاصیتی از ماده بوده و عبارت است مقدار انرژی گرمایی که ماده می تواند در واحد سطح، در واحد ضخامت و در واحد زمان و در دمای مشخصی، از خود عبور دهد. هرچه ضریب هدایت گرمایی کمتر باشد، نشان می دهد که ماده قابلیت انتقال انرژی گرمایی کمتری داشته و بیشتر برای عایق مناسب است. واحد ضریب انتقال حرارت در سیستم متریک W/m⁰K (وات بر متر درجه کلوین) و در سیستم اینچی Btu/hft⁰F (واحد گرمای بریتیش بر ساعت فوت درجه فارنهایت) می باشد.   BTU تقریبا ۱٫۰۵۵ ژول است. ضریب انتقال حرارت را با k نشان می دهند.

ضریب انتقال حرارت عایق های مختلف، بستگی به اختلاف درجه حرارت بین سطوح عایق، چگالی و عمر عایق دارد. معمولا هرچه درجه حرارت بالاتر رود، ضریب انتقال حرارت عایق ها نیز افزایش یافته و عملکرد عایق افزایش می یابد. همچنین، با کاهش چگالی و افزایش عمر، ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد.

مقاومت حرارتی (Resistance Value)

ضریب مقاومت حرارتی که آن را با R نشان می دهند، برعکس ضریب انتقال حرارت است و درواقع مقدار مقاومت ماده در مقابل جریان انرژی گرمایی می باشد. مقدار دقیق R عبارت است از عکس ضریب انتقال حرارت (k) ضرب در ضخامت ماده (d) :

R=d/k

واحد مقاومت حرارتی در سیستم متریک m².⁰K/W (متر دو درجه کلوین بر وات) است. میزان بهینه بودن یک عایق را با مقدار R-value آن عایق می سنجند. هرچه ضریب R یک عایق بالاتر باشد، عایق بهتری بوده و گرما را کمتر از خود عبور می دهد. مثلا ضریب R برای بتون معمولی تقریبا ۰٫۰۸ در هر اینچ ضخامت است ولی پشم شیشه نرمال R-value برابر ۴ در هر اینج ضخامت دارد.

با توجه به رابطه R با k، نمی توان نتیجه گرفت که مثلا دو برابر کردن ضخامت، مقدار اتلاف انرژی را نصف می کند. بلکه نسبت R با ضخامت، نمایی است و با اضافه کردن مقدار عایق با ضخامت کم، اتلاف انرژی به میزان چشم گیری کاهش می یابد ولی بعد از آن، اضافه کردن ضخامت عایق تاثیر با شدت اولیه را نخواهد داشت. حتی در عایق کاری لوله ها، ممکن است با اضافه کردن ضخامت عایق، مقدار اتلاف انرژی بیشتر نیز بشود (به دلیل افزایش سطح و نتیجتا افزایش شار حرارتی – برای توضیحات بیشتر به انتقال حرارت یک بعدی خطی مراجعه فرمایید)

توجه شود که میزان بهینه بودن عایق های ضدتابش با ضریب انعکاس آن بیان می شود و نه با ضریب مقاومت حرارتی چرا که این عایق ها باید کسر نور جذب شده توسط ماده را به حداقل رسانده و کسر انعکاسی را به حداکثر برسانند. ضریب انعکاسی یک ماده عددی است همواره بین صفر و یک. ضریب یک بیان گر ماده منعکس کننده ایده آل است، به طوری که ۱۰۰% حرارت تابیده شده را منعکس می کند. به ضریب تشعشع مراجعه شود.

ضریب نفوذ رطوبت (Perm)

نفوذپذیری یا Permeability یکی از خواص فیزیکی مهم عایق ها بوده و مقدار نفوذ رطوبت یا بخار آب به عایق را نشان می دهد. نفوذ رطوبت به عایق حرارتی از آن جهت اهمیت دارد که رطوبت خود به عنوان پل حرارتی عمل کرده و عملکرد عایق حرارتی را به شدت کاهش می دهد.

 مقدار نفوذپذیری رطوبت به درون هر ماده ای را با واحد perm اندازگیری می کنند. واحد perm عبارت است از مقدار (برحسب واحد جرم) بخار آبی که در واحد زمان تحت واحد فشار از واحد سطح می گذرد.

 perm = g / t.A.p [g.s^-1.m^-2.Pa^-1]

در سیستم متریک، یک permعبارت است از ۱ گرم بخار آب که در روز، در فشار یک میلیمتر جیوه از یک مترمربع عبور میکند.

در سیستم SI، یک perm عبارت است یک نانوگرم بخار آب که در ثانیه، در فشار یک پاسکال از یک مترمربع عبور میکند.

در سیستم US (اینچی) یک perm عبارت است از یک گرین بخار آب (تقریبا معادل ۶۴٫۸ میلی گرم) که در ساعت، در فشار یک اینچ جیوه، از یک فوت مربع عبور می کند.

۱ metric perm = 1.51735 US perm ≈ ۸۶٫۸۱۲۳۳ SI perm

ضریب تشعشع (Emissivity) و ضریب انعکاس (Reflectivity)

ضریب تشعشع یک ماده که با (e) نشان داده می شود، عبارت است از نسبت میزان تابش انرژی حرارتی آن ماده به میزان تابش انرژی حرارتی یک جسم سیاه در یک دمای یکسان. در یک جسم سیاه e=1 درحالی که در مواد معمولی e<1 می باشد. ضریب تشعشع یک کیمیت بی بعد (بدون واحد) است. (جدول ضریب تشعشع مواد مختلف را می توانید در اینجا ملاحظه فرمایید.)

همچنین برای مواد ضریب انعکاس تعریف می شود. ضریب انعکاس متمم ضریب تشعشع است و مقدار انرژی حرارتی است که ماده انعکاس می دهد. به عبارت ریاضی: (ضریب تشعشع -۱) = ضریب انعکاس

هرچه مقدار ضریب انعکاس یک ماده بیشتر باشد (و ضریب تابش کمتری داشته باشد)، آن ماده برای استفاده به عنوان عایق ضدتابش مناسب تر خواهد بود.

جسم سیاه (Black Body)

وقتی نور به یک جسم تابیده می شود، کسری از آن جذب شده و کسری از آن انعکاس می یابد. کسر جذب شده مجددا توسط ماده، تحت فرکانس مشخصی بسته به جنس و رنگ سطح آن، تابش می یابد (به تابش مراجعه شود).

جسم سیاه ماده ایست ایده آل (ماده ای است تعریف شده و وجود خارجی ندارد) که ۱۰۰% انرژی تابشی را جذب میکند و در نتیجه ۱۰۰% نیز تابش خواهد داشت.

پوشش جوی (Weather Barrier)

عبارت اند از موادی که بر سطح خارجی عایق های حرارتی نصب شده و عایق را از اثرات جوی و آب و هوایی مانند تابش مستقیم نور خورشید، باران، برف و غیره، محافظت می کنند.

پوشش بخار (Vapor Retarder)

عبارتند از موادی که برروی عایق نصب شده و از عبور بخار آب رطوبت از درون عایق جلوگیری می کنند.

محافظ های مکانیکی (Mechanical Abuse Covering)

عبارتند از موادی که برروی سطح عایق نصب شده تا از صدمات فیزیکی و مکانیکی جلوگیری شود.

چگالش (Condensation)

چگالش هنگامی رخ می دهد که بخار سرد شده و تغییر فاز دهد و به مایع تبدیل شود.

پوشش های چگالش (Condensate Barrier)

عبارتند از موادی که معمولا به صورت لایه های داخلی در حائل های جوی استفاده شده و از چگالش رطوبت و بخار آب درون حفاظ جوی جلوگیری می نمایند.

عایق کاری صوتی

عایق کاری صوتی

یکی از مشکلات رایج در جوامع و بخش های صنعتی، آلودگی صوتی است. امروزه از عایق کاری صوتی، نه تنها در بخش های صنعتی، بلکه در بخش های اداری و خانگی نیز استفاده می شود، به طوری که در کشورهای توسعه یافته یکی از معیارهای ارزش گذاری بر ملک، علاوه بر عایق کاری حرارتی آن، عایق کاری صوتی آن ملک است. گرچه به این موضوع در کشورهای توسعه یافته به جد پرداخته میشود، اما متاسفانه از این مهم در کشور ایران به خصوص در بخش های اداری و مسکونی غفلت شده است. در دانشنامه عایق ایران سعی بر این است که با معرفی مفاهیم فنی عایق های صوتی، این مهم برای صنعت گران و دست اندرکاران ساخت و ساز شفاف شده و امید است فرهنگ عایق کاری صوتی و اهمیت سلامت فردی در طراحی ها وارد شود.

برای بررسی مکانیک صوت، انتشار آن، جذب، عبور و میرایی آن و عایق کاری صوتی، آشنایی با مفاهیم مقدماتی زیر الزامیست:

صدا چیست

در فیزیک، صدا عبارت است از ارتعاشی مکانیکی یک فضای گازی، مایع و یا جامد ارتجاعی (elastic). صدا نوعی انرژی مکانیکی محسوب می شود و هنگامی بوجود می آید که ذرات حول مرکز تعادل خود نوسان کنند.

صدا (و به طور کلی همه امواج) با پارامترهایی تعریف و توصیف می شوند که مهم ترین آنها عبارتند از:

طول موج (λ)، فرکانس (f)، دامنه نوسان (d) و سرعت موج (c)

 فرکانس(f): پارامتری است در موج یا هر ذره نوسان کننده و عبارت است از تعداد نوسانی که ذره نوسان کننده در هر ثانیه انجام می دهد و برحسب هرتز [Hz] بیان میشود.

طول موج(λ): فاصله ذرات هم فاز است، مثلا فاصله ذراتی که همگی در حداکثر دامنه نوسان قرار دارند. طول موج بر حسب متر [m] بیان می شود.

سرعت پیشروی: سرعت انتشار موج در فضا را سرعت موج (c) می گویند و برحسب متر بر ثانیه [m/s] بیان می شود.

دامنه نوسان(d): حداکثر فاصله جابه جایی ذره نوسان کننده از مرکز نوسان است و با واحد متر [m] بیان می شود.

محدود شنوایی انسان (Audible Frequency Range)

گوش انسان می تواند از فرکانس ۲۰Hz تا ۲۰۰۰۰Hz را بشنود و فرکانس های پایین تر از این محدوده و بالاتر از آن، توسط گوش انسان تشخیص داده نمی شوند. در زیر نمودار محدوده فرکانس و شدت صوت قابل شنیدن توسط گوش انسان ارائه شده است.

باندهای اکتاو (Octave Bands)

برای بررسی، ارزیابی، رتبه بندی و دیگر مسائل تکنیکی عایق های صوتی و پدیده های مربوط به صوت، نه تنها سطح توان صوت مهم است بلکه توزیع فرکانسی آن صدا نیز از اهمیت برخوردار است.

معمولا یک صدا، از چندین فرکانس مختلف تشکیل شده است. همچنین، تحلیل صدا معمولا در دامنه فرکانسی گسترده­ای (مثلا ۲۰Hz-20000Hz) انجام می شود.

برای تحلیل فرکانسی، اول باید دامنه فرکانسی را به بازه های کوچک تر تقسیم بندی کرد. این کار می توان به دو روش انجام داد. در روش اول، طول بازه ها برابر است. مثلا بازه ها به طول ۱۰Hz هستند و دامنه فرکانسی به بازه های مثلا [۰-۱۰Hz], [10-20Hz], … [۱۹۹۹۰-۲۰۰۰۰] تقسیم بندی می شود. در روش دوم نسبت عدد بزرگ به کوچک بازه مساوی است و مثلا همیشه عدد بزرگ بازه (حد بالای بازه) ۲برابر عدد کوچک بازه(حد پایین بازه) است. مثلا بازه به این صورت تقسیم بندی می شود: [۹۰-۱۸۰], [۱۸۰ – ۳۶۰], [۳۶۰-۷۲۰]. اگر نسبت حدبالای بازه به حد پایین بازه ۲ باشد، به چنین بازه هایی باندهای اکتاو می گویند.

تقسیم بازه فرکانسی به روش باندهای اکتاو، از نظر درک شنوایی انسان بسیار بهتر است. رایج ترین باند اکتاو، اکتاو ۱/۳ (یک سوم) است که نسبت حد بالایی به حد پاینیی بازه، جذر مرتبه سوم دو (تقریبا ۲۶/۱) می باشد. اکتاوهای ۱/۱۲ و ۱/۲۴ نیز در تحلیل فرکانسی استفاده می شوند.

 

دسیبل (dB)(Decibel):

دسیبل واحدی است لگاریتمی (با پایه ۱۰) برای نشان دادن نسبت دو مقدار. این نسبت می تواند نسبت دو مقدار فشار، توان، شدت صوت، ولتاژ یا هر پارامتر قابل اندازگیری دیگری باشد. در آکوستیک، سطح فشار صوت (p با واحد پاسکال Pa) و سطح توان صوت (P با واحد توان W) و سطح شدت صوت (I با واحد W/m²) به صورت دسیبل و نسبت به یک مقدار مرجع تعریف می شوند. در حقیقت هر پارامتر قابل اندازگیری را می توان برحسب دسیبل بیان نمود. برای تعریف دقیق تر دسیبل مراجعه فرمایید به:

http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel

 توان صوت (Sound Power)

 از آنجایی که صوت نوعی موج مکانیکی است و هر موج نیز انرژی محسوب می شود، صوت نیز انرژی مکانیکی بوده که به آن انرژی آکوستیک می گویند. مقدار انرژی خروجی در واحد زمان از منبع صوتی را توان صوتی می نامند و واحد آن وات [W] است. سطح توان صوت (Sound Power Level) با دسیبل نسبت به یک سطح مرجع بیان می شود.

Sound Power Level [dB]

L_W = 10 Log (P/P₀)   Reference value P₀ = 10^-12W

مثلا منبع صوتی با شدت توان صوتی ۱W، سطح توان صوتی دارد برابر با:

L_W = 10 * Log (1 / 10^-12) = 120 dB

فشار صوت (Sound Pressure)

فشار صوت یا فشار آکوستیک، عبارت است از مجذور میانگین مربعات اختلاف فشار (با فشار اتمسفر) که بوسیله عبور صوت از یک فضا پدید آمده است و با واحد پاسکال اندازگیری می شود. سطح فشار صوت (Sound Pressure Level – SPL) با دسیبل نسبت به یک سطح مرجع بیان می شود.

Sound Pressure Level [dB]

L_P = 10 log (p/p₀)       Reference value p₀ = 20μPa =20*10^-6 Pa

سطح فشار صوت (Sound Pressure Level – SPL)

وقتی که صوت منتشر می شود، انرژی آن در طول فاصله کم می شود. برای اندازگیری شدت صوت در فاصله های مختلف، از متغیر سطح فشار صوت استفاده می شود. با فرض اینکه صدا به صورت کروی در فضا منتشر شده و سطح مانعی نیز بین منبع انتشار و محل اندازگیری وجود نداشته باشد، رابطه سطح فشار صوت با سطح توان آن به صورت زیر است:

L_P = L_W + 10* Log (1/4πr²) (dB)

مثلا منبع صوتی با شدت صوت ۶۰dB، در فاصله ۲۰ متری شدت صوتی برابر ۲۳dB و در فاصله ۴۰متری شدت صوتی برابر ۱۷dB خواهد داشت:

L_P(20m) = 60dB + 10Log(1/4π۲۰^۲) = ۲۳dB

L_P(40m) = 60dB + 10Log(1/4π۴۰^۲) = ۱۷dB

شدت صوت (Sound Intensity)

شدت صوت به صورت مقدار متوسط انرژی که صوت در واحد سطح در یک راستای مشخص منتقل می کند، تعریف می شود و واحد آن وات بر متر مربع [W/m²] است. سطح شدت صوت با دسیبل نسبت به یک سطح مرجع بیان میشود.

سطح مرجع شدت صوت I₀ به گونه ای تعیین می شود که فشار صوت و شدت صوت در راستای انتشار در یک میدان صوتی، هردو یک مقدار داشته باشند. به همین دلیل بیشتر مواقع به جای فشار صوت از شدت صوت استفاده می شود.

Sound Intensity Level [dB]

L_I = 10 Log (I/I₀)       Reference value I₀ = 10-12 W/m²

جدول زیر شدت صوت تولیدی از منابع صوتی مختلف را برای مقایسه ارائه می کند.

شدت صوت (dB)	توضیح	مثال
۰	آستانه شنوایی	اتاق تست صوتی
۱۰	بسیار ساکت	تنفس معمولی
۲۰	ساکت	نجوا با یک نفر در یک اتاق ساکت
۳۰	ساکت	خانه معمولی – رادیو آرام – مکالمه معمولی
۴۰	معمولی	رادیو – دفتر کار ساکت – موتور خودرو سولو
۵۰	شلوغ	مکالمه در محل کار
۶۰	شلوغ	دفتر کار شلوغ – رادیو بلند
۷۰	سر و صدای بلند	خیابان شلوغ – مشاجره
۸۰	سر و صدای بلند	جاروبرقی – برهم زدن درب
۹۰	بسیار شلوغ و سروصدای بلند	درون اتوبوس شهری – چاپخانه
۱۰۰	بسیار شلوغ و سروصدای بلند	صدای بوق خودرو از فاصله ۶ متری – اره برقی در فاصله ۱ متری

برای بررسی عملکرد عایق کاری صوتی از مدل ها و ضرایب مختلفی استفاده می شود. معروف ترین و پرکاربردترین این ضرایب عبارتند از: ضریب کاهش صوت نرماله شده (Rw) و کلاس انتقال صوت (Sound Transmission Class) که دومی مخصوص استانداردهای آمریکا می باشد. (برای آشنایی بیشتر با این ضرایب به بخش اصول عایق کاری صوتی – معیارهای اندازگیری مراجعه فرمایید.)

سرعت صوت

سرعت موج در هوا مستقل از فرکانس بوده و تنها تابعی از دمای محیط است:

c = 331.4+0.607t

که t درجه حرارت هوا برحسب درجه سانتی گراد است.

در هوای معمولی (حدودا ۲۰^۰C) سرعت صوت تقریبا ثابت بوده و برابر است با تقریبا c ≈ ۳۴۰m/s .

در مواد دیگر و در دمای ۲۰^۰C سرعت صوت متغیر است مثلا در:

شیشه: ۵۵۰۰-۶۰۰۰m/s

آلومینیوم/ فولاد: ۵۱۰۰m/s

چوب: ۳۴۰۰-۴۵۰۰ m/s

سیمان / بتون: ۴۰۰۰m/s

آجر: ۳۶۰۰m/s

یخ: ۳۱۰۰m/s

آب: ۱۵۰۰m/s

پشم های معدنی: ۱۸۰m/s

همواره بین سرعت، فرکانس و طول موج رابطه ای برقرار است: c = f * λ

از آنجایی که سرعت صوت تنها تابعی از دمای هوا (یا فضایی که در آن منتشر میشود) میباشد، در دمای ثابت، سرعت آن ثابت خواهد بود. بنابراین با افزایش فرکانس در سرعت مشخص، طول موج کم می شود و بلعکس. به عبارت دیگر، همواره فرکانس و طول موج نسبت عکس با یکدیگر دارند.

مکانیزم های انتقال صوت

معمولا دو نوع مکانیزم انتقال صوت وجود دارد: ۱- هوابرد (Airborne) و ۲- ضربه (Impact)

در مکانیزم هوابرد، آلودگی صوتی مستقیم از طریق هوا از منبع صوتی، منتقل می شود مانند سروصدای خودروهای درون خیابان، تجهیزات مکانیکی، سیستم های تهویه، سیستم سینمای خانگی همسایه مجاور.

در مکانیزم ضربه، آلودگی صوتی از درون خود اجزاء سازه منتقل می شوند، مانند صدای قدم زدن افراد واحدهای بالاسر، ضربه به دیوار مجاور، بستن درب. به مکانیزم انتقال صوت ضربه، صوت سازه برد (Structure Borne Sound) نیز گفته می شود.

برای انجام عایق کاری صوتی، می بایست تمامی مکانیزم های انتقال صوت مد نظر قرار گیرند.درها، پنجره ها و دریچه­ ها برای جلوگیری از آلودگی صوتی محیطی (Ambient) عایق شده و خود اجزاء ساختمان نیز، دارای لایه های عایق های صوتی باشند. خوشبختانه، بسیاری از موادی که در عایق کاری حرارتی استفاده می شوند و مانند پشم سنگ و پشم شیشه، به عنوان عایق صوتی نیز بکار می روند و نیاز به افزودن لایه های مجزا در اجزاء ساختمان نیست. اگرچه عایق هایی نیز وجود دارند که مخصوص صوت بوده و یا خود دیوارها به گونه ای طراحی می شوند (مانند دیوارهای دوجداره به همراه فنر) که خود عایق صوتی محسوب می شوند.

جذب صدا و کاهش صدا (Sound Absorption & Sound Reduction)

باید توجه شود که عایق صوتی و جاذب صوتی مفاهیم متفاوتی هستند. منظور از عایق صوتی، ماده ای است که انتقال صوت را در فضا کاهش می دهد درحالی که منظور از جاذب صوتی، ماده ای است که از انعکاس صوت از سطوح مختلف جلوگیری می کند.

  

وقتی صدا به یک مانع برخورد می کند، مانند هر موج دیگری، قسمتی از آن انعکاس یافته و قسمت دیگر درون مانع منتشر می گردد. موجی که از درون مانع منتشر می شود، قسمتی از آن جذب می شود به خاصیت میرایی (damping) ماده بستگی دارد و قسمت دیگر از مانع عبور می کند و دوباره در فضا منتشر می شود.

 به عبارت ساده:                   I_I = I_R + I_A + I_tr

I_i: شدت صوت اولیه موج برخورد کننده به دیوار            I_r: شدت صوت موج منعکس شده

I_a: شدت صوت موج میرا شده                                I_tr: شدت صوت موج منتشر شده از درون مانع

معمولا برای ارزیابی یک عایق صوتی، قدرت آن را در کاهش شدت صوت می سنجند. منابع صوتی مختلف، میزان شدت صوت تولیدی متفاوت دارند.

ضریب جذب صوت (Absorption Coefficient)

ضریب جذب صوت، خاصیتی از ماده است که نشان می دهد ماده می تواند چقدر از موج منتشر شده را جذب کند. این ضریب همواره عددی بین صفر و یک است به طوری که عدد یک بیانگر جذب ۱۰۰% و عدد صفر جذب صفر درصد را نشان می دهد. عدد بزرگ تر ضریب جذب صوت همیشه بیان گر بهتر بودن ماده برای عایق کاری آکوستیک نیست و این ضریب بر زمان طنین اثر می گذارد. عدد مناسب ضریب جذب صوت باید متناسب با کاربر سازه و اتاق مورد نظر تعیین شود.

میرایی (Attenuation)

وقتی صوت از درون یک محیط (چه سیال و چه جامد) منتشر می شود انرژی آن تقلیل می یابد. علت این پدیده به دو دلیل است: اول انکسار و پخش شدن موج و دوم جذب. ترکیب اثرات انکسار و جذب پدیده میراشدن موج را بوجود می آورد.

نرخ کاهش (Decay Rate)

عبارت است از نرخ کاهش شدت صوت یا میرایی صدا پس از خاموش شدن منبع صوتی در اتاق. در یک اتاق با دمای ثابت، نرخ کاهش ثابت بوده و متناسب با زمان طنین (Reverberation Time) اندازگیری می شود.

فرکانس بحرانی (Critical Frequency)

در عایق کاری آکوستیک ساختمان ها، فرکانس بحرانی وقتی رخ می دهد که سرعت صوت در هوا برابر با سرعت انتشار امواج در پارتیشن یا پنل شود. در فرکانس بحرانی، مکانیزم اصلی انتشار صوت درون پنل تغییر می کند و ضریب کاهش صوت پنل به طور چشمگیری کم می شود. فرکانس بحرانی به نوع ماده عایق و ضخامت پنل بستگی دارد. (به قسمت کاهش صوت هوابرد مراجعه فرمایید)

زمان طنین یا تناخنش (Reverberation Time)

زمان طنین عبارت است از مدت زمانی که طول می کشد تا شدت صدا، بعد از خاموش شدن کامل منبع صوتی، به مقدار ۶۰dB کاسته شود. (برای اطلاعات بیشتر به آکوستیک اتاق مراجعه فرمایید.)

parsian ۹۴-۰۷-۰۹

آکوستیک  

تامین شرایط مطلوب آسایش ساکنین در ابنیه مختلف غالباً بدون در نظر گرفتن ملاحظات آکوستیکی بنا   میسر نیست.

استفاده از عایقهای حرارتی در پوسته خارجی ساختمان آسایش حرارتی ساکنین را تامین می نماید لیکن عدم توجه به

آلودگی صوتی در  ساختمان علاوه بر ایجاد اختلال در ذهن و  روان  ساکنین، صدمات  جسمی  جبران  ناپذیری را در بلند

مدت برای ساکنین به ارمغان می آورد.

تحقیقات نشان داده است سطح آلودگی صوتی در شهرهای بزرگ با سرعت یک دسی بل (db) در سال رو به تزاید است

و باعنایت به اینکه هر 5دسی بل افزایش صدا معادل با دو برابر شدن شدت آلودگی صوتی است،اهمیت کنترل و کاهش

آلودگی صوتی درمحیط مسکونی بیشتر درک می شود.

تحقیقات پزشکی اثرات مخرب صوت را بر آستانه شنوایی وحساسیت گوش انسان ثابت نموده است وعلاوه بر کری های

دائم وموقت،و هم اکنون متخصصان علوم پزشکی هیچ تردیدی در بروز اختلال در سیستم گوارشی،عروق و قلب انسان

ناشی از مواجهة وی با آلودگی صوتی ندارند.

بر این اساس امروزه در کشورهای پیشرفته سوای مسئله افزایش سطح رفاه شهروندان، مسئله کنترل آلودگی صوتی

را در ساختمانهای تجاری، مسکونی و عمومی به طور کاملاً جدی مورد توجه قرار داده و الزامات سخت گیرانه ای از نقطه

نظر آکوستیک ساختمان تدوین شده و رعایت می گردد. کنترل صدا در ساختمان در کنار عایقکاری حرارتی آن به دو  طریق

میسر است.

روش اول    استفاده از مصالح عایق حرارتی است که از لحاظ جذب صدا کارایی لازم را داشته باشند.

روش دوم   تمهیدات ویژه صوتی در کنار عایقکاری حرارتی است. در این روش علاوه بر عایق حرارتی از مواد جاذب نیز به

صورت توامان استفاده می شود.

روش دوم با توجه به عدم صرفه اقتصادی و دشواریهای اجرایی عمومیت نداشته و ویژه ابنیه های خاص نظیر استودیوها،

مراکز خاص صنعتی و غیره است.

بنابراین راه حل پذیرفته و  رایج در سطح  جهان استفاده از عایقهای حرارتی با ضریب جذب بالا می باشد.ذیلاً ضریب جذب

حرارتی انواع عایقهای حرارتی متداول به منظور مقایسه آمده است.

ردیف	نوع عایق	ضریب جذب صدا  a 1
1	پشم شیشه	0.9
2	پشم سنگ	0.8
3	فوم پلی استایرن (اکسترود شده)	0.3
4	فوم پلی استایرن(منبسط شده)	0.1
5	فوم پلی اورتان(ساختار سلولی باز)	0.3
6	فوم پلی اورتان (ساختار سلولی بسته)	0.1

چنانکه ملاحظه می شود ضریب جذب صدای پشم شیشه در میان سایر عایقهای رایج در بالاترین حد می باشد و این

به دلیل ساختار سلولی باز این ماده می باشد.

این خصوصیت در صورتی که در سیستم جرم – فنر – جرم در ساختمان اجرا شود نتایج مطلوبتری را در بازداشت انتقال

صدای کوبه ای² و کاهش سطح نوفه (noise) در فضای داخلی ساختمان به بار خواهد آورد.

1. ضریب جذب صدا ( α ) sound absorption coefficient نسبت مقدار صدای جذب شده در سطح مصالح به کل صدای اولیه که سطح مصالح در معرض آن قرار دارد.
2. انتقال صدای کوبه ای structure –born  انتقال صدا از طریق ارتعاش اجزاء ساختمان (دیوار-سقف-کف- ) می باشد .

قطب علمی پلی‌یورتان پژوهشگاه پلیمر ایران

قطب علمی پلی‌یورتان               

معرفی:

با عنایت به اینکه پلی‌یورتانها از پلیمرهای ویژه با خواص مطلوب و منحصربفردی می‌باشند بطوریکه می‌توان محصولاتی از این پلیمر با نرمی ژلاتین تا سختی استخوان تولید و مصرف نمود و تنوع محصولات تولیدی از این پلیمر بسیار زیاد می‌باشد و شامل الاستومرها، چسبها، رنگها و روکش‌ها، اسفنجهای مختلف اعم از نرم و نیمه سخت و سخت، مواد مصرفی در تهیه و ساخت اعضاء مصنوعی بدن مانند قلب مصنوعی، شش مصنوعی، استخوان مصنوعی، پوست مصنوعی، بدلیل سازگاری خوب این پلیمر با، بدن انسان می‌شود. بنابراین تنوع محصولات وگستردگی کاربری موجب شده است که در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران گروه مستقل پژوهشی پلی‌یورتان تشکیل شود. این گروه پژوهشی تنها گروه تخصصی و منسجم این پلیمرها در کشور می‌باشد که به فعالیت علمی در زمینه مواد و مصولات حاصل از این پلیمرکه تولید ومصرف آن درکشور به شدت در حال گسترش است  مشغول می باشد. با توجه به نکات فوق الذکرو نیاز ومصرف روز افزون مواد یورتانی در کشوروتقاضای گسترده بازاربه مشاوره واجرای پروژه های تخصصی پلی یورتان در زمینه بهینه­سازی و فرمولاسیون تهیه محصولات یورتانی (الاستومر، فوم، چسب و رزین) با استفاده از مواد اولیه تولیدی داخل کشور به منظور جایگزینی محصولات وارداتی با آنها و قطع وابستگی با بکارگیری توان علمی و تولیدی بومی و وجود توانمندی ، تخصص ودانش لازم در پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران،و با توجه به نقشه جامع علمی کشور. سند چشم انداز و قانون برنامه 5 ساله دولت،  قطب علمی پلی یورتان در این پژوخشگاه تشکیل شده است.



اهداف قطب:

اهداف کلی قطب علمی پلی یورتان عبارتند از:

• دستیابی به آخرین یافته‌های علمی و فناوری‌های نوین در زمینه مواد یورتانی
• مشارکت در گسترش مرزهای دانش و اعتلای موقعیت علمی کشور در زمینه مواد و محصولات  پلی‌یورتان
• تولید دانش فنی و پاسخگوئی به نیازهای کاربردی صنایع مربوط کشور با اجرای طرحهای پژوهشی مرتبط
• تربیت و پرورش پژوهشگران برجسته در تخصص مربوطه و ارایه دوره‌های دکتری و پسا دکتری
• ایجاد محیط علمی و تحقیقاتی پویا ومولد علم وهمچنین تقویت فعالیت های علمی وفناورانه گروهی
• شناسایی و تدوین نیازهای تحقیقاتی صنایع مرتبط با پلی‌یورتان در کشور
• کسب مرجعیت علمی وفناوری در زمینه تخصصی پلی یورتان
• ارتباط با نخبگان ایرانی مقیم داخل و خارج از کشور در زمینه مربوطه و جلب مشارکت و همکاری آنها
• مشاوره وتصمیم سازی در برنامه ریزی علمی واجرایی
• فراهم آوردن زمینه برای مشارکت مراکز علمی بین المللی در مسیر تولید علم وتوسعه فناوری در داخل کشور
• آینده نگری و تدوین راهبرد علمی در زمینه تخصصی  پلی یورتان

روشهای اجرای برنامه:
روشهای اجرای برنامه برای تحقق اهداف عبارتند از:
- تعریف و انجام پروژه‌های مرتبط با نیاز صنایع پلی یورتان کشور
- تعریف و انجام پروژه‌های بنیادی در مرزهای دانش
- تدوین و ارایه مقالات علمی در مجلات علمی پژوهشی بین‌المللی
- اجرای پروژه‌های زیر بنایی در راستای اصلاح روشهای تولید مواد و محصولات یورتانی
- ارایه مشاوره به صنایع تولیدی مواد اولیه و محصولات یورتانی به منظور تولید مواد ومصنوعات با کیفیت
- اجرای دوره‌های کوتاه مدت آموزشی برای صنایع ذیربط وبالابردن دانش عمومی
- تدوین استانداردهای لازم و همکاری با اداره استاندارد و تحقیقات صنعتی برای محصولات یورتانی
- تربیت دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری
- پذیرش دانشجویان پسادکتری وفراهم آوردن زمینه های فرصت مطالعاتی برای متقاضیان داخل وخارج کشور
- توسعه ارتباطات بین المللی
- فراهم ساختن امکان مشارکت و همکاری متخصصان و پژوهشگران برجسته سایر دانشگاهها ومراکز پژوهشی در تحقق برنامه های قطب علمی
- اجرای طرحهای پژوهشی مورد نیاز برای حل معضلات جاری کشور
- همگامی باسازمانهای مرتبط از قبیل وزارت صنایع،  وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی،سازمان حفاظت مجیط زیست و شهرداری ها جهت ارتقاء سطح سلامت جامعه وحفظ محیط زیست  و اجرای پروژه های بازیافت مصنوعات از رده خارج شده وضایعاتی


همکاران اصلی برنامه:

همکاران اصلی برنامه و مسئولیت هر یک از آنها عبارت است از:
دکتر مهدی باریکانی (مسئول و مجری پلی‌یورتانهای مقاوم حرارتی وپایه آبی و زیستی)
دکتر محمد برمر (مسئول و مجری پروژه‌های غلظت دهنده و فومهای پلی‌یورتانی)
دکتر شهرام مهدی‌پورعطائی (مسئول و مجری پروژه‌های تهیه مواد اولیه پلی‌ال و پلیمرهای خاص ایمیدی مقاوم حرارتی)
دکتر حمید یگانه (مسئول و مجری پروژه‌های تهیه مواد اولیه ایزوسیاناتی و پلیمرهای خاص آمیدی مقاوم حرارتی ورزین های یورتانی)
دکتر محمد رضا نبید (مسئول و مجری پروژه‌های تهیه مواد اولیه پلی‌یورتانها و مواد پیشرفته وپر شاخه ای پلیمری)
دکتر سید علی هاشمی (مسئول و مجری پروژه‌های تهیه مواد میکرو ونانوکپسول و هیدروژل های پلیمری)
دکتر محمد باقر تیموری (مسئول و مجری پروژه‌های تهیه مواداولیه شیمیایی وپتروشیمیایی)
دکتر بهشتی: (مسئول و مجری پروژه‌های بکارگیری فومهای پلی یورتانی در محصولات کامپوزیتی مورد نیاز کشور
دکتر سید حسین سعیدپور (مسئول و مجری پروژه‌های مصارف رزین های پلی یورتانی و امور بین­الملل قطب


نام ،درجه علمی و تخصص اعضاء اصلی

نام		درجه علمی	گروه	تماس
مهدی باریکانی		استاد	پلی‌یورتان( پژوهشگاه پلیمر)	[e-mail]
محمد برمر		دانشیار	پلی‌یورتان( پژوهشگاه پلیمر)	[e-mail]
حمید یگانه		استاد	پلی‌یورتان( پژوهشگاه پلیمر)	H [e-mail]
شهرام مهدی‌پور عطائی		استاد	پلی‌یورتان( پژوهشگاه پلیمر)	[e-mail]
محمد رضا نبید		دانشیار	شیمی پلیمر(دانشگاه شهید بهشتی)	[e-mail]
سید علی هاشمی		استاد	سامانه های نوین پلیمری( پژوهشگاه پلیمر)	[e-mail]
محمد باقر تیموری		استادیار	شیمی (دانشگاه خوارزمی)	[e-mail]
سید حسین سعیدپور	استاد		Birmingham City University		[e-mail]
محمد حسین بهشتی	استاد		کامپوزیت( پژوهشگاه پلیمر)		[e-mail]