1 محمود المدني
لقد أخذ العزل الحراري في القطاع اإلنشائي يحظى باهتمامات الكثيرين لما له من آثار ايجابية عديدة. ومع التوسع في النشاط العمراني وانتشار المباني متعددة األدوار واألبراج العالية ذات ألواجهات الزجاجية والمعدنية ومدى الحاجة إلى الحد من اإلنتقال الحراري منها وإليها نظرا الرتفاع انتقاليتها الحرارية لتقليل استهالك الطاقة وتوفير الجو المناسب فيها. وكذلك حماية المباني من خطر نشوب الحريق الذي يذهب ضحيته الكثيرين وما ينتج عنه من خسائر مادية فادحة يدفع ثمنها الفرد واإلقتصاد الوطني. أألمر الذي دعا المعنيين لوضع القوانين والتشريعات التي تساهم في تقليل استهالك الطاقة وتوفير السالمة العامة 2 العزل الحراري وأثره استخدامه في المباني ذات أألوجه الزجاجية والمعدنية Curtain Wall
أوال توفير استهالك الطاقة بالرغم من المنظر الجمالي التي تضفيه الواجهات المعدنية والزجاجية للمباني واألبراج العالية ولكنها من ناحية أخرى تسمح بانتقال قدر كبير من الحرارة من وإلى هذه االبنية وذلك نظرا الرتفاع موصليتها وانتقاليتها الحرارية التي تتعدى القيم المقبولة للمواصفات الحرارية القياسية التى تشرعها الجهات المعنية من أجل توفير استهالك الطاقة. ونظرا" الرتفاع المباني وزيادة تعرض األدوار العلوية منها للعوامل الجوية مما يزيد من انتقالية هذه األسطح للحرارة وبالتالي زيادة كمية الحرارة المنتقلة من خاللها األمر الذي يستدعي استخدام السبل المناسبة لعالج هذه المشكلة. ويمكن تصنيف األسطح حسب درجة التعرض للعوامل الجوية إلى ما يلي : سطوح محمية : تشمل الطابقين أألول والثاني فوق مستوى سطح األرض في بناية تقع في المناطق الداخلية من المدن. سطوح معتدلة التعرض : وتشمل الطوابق الثالث والرابع والخامس في بناية تقع في المناطق الداخلية للمدن وتشمل أيضا" الطوابق األول والثاني والثالث في بناية تقع في المناطق المحيطة بالمدن. سطوح شديدة التعرض : وتشمل الطوابق السادس وما يعلوه في بناية تقع في المناطق الداخلية للمدن وتشمل أيضا" الطوابق الرابع وما يعلوه في بناية تقع في المناطق المحيطة بالمدن وأيضا" المباني التي تقع على 3 الشواطىء وحافة المرتفعات. جحح
- أ ويمكن التعرف على الخصائص الحرارية لهذه األسطح وذلك من خالل نتائج الحسابات الحرارية الزجاج المفرد ) Single glaze ( ال تقل اإلنتقالية الحرارية للزجاج المفرد في أحسن حاالته عن و) ) 5.0 واط/ م ۲ م لألسطح المحمية و) ) 5.6 واط/ م ۲ م لألسطح متوسطة التعرض و) ) 6.7 واط/ م ۲ م لألسطح شديدة التعرض. وبالتالي فإن المقاومة الحرارية الكلية وأألنتقالية الحرارية للواجهات الزجاجية المفردة لألسطح معتدلة التعرض مثال" تكون كمايلي : المقاومة الحرارية واإلنتقالية الحرارية لجدار قبل وبعد العزل مكونات الجدار المقاومة الحرارية لجدار / واط مº م ² السمك / ملم قبل العزل بعد العزل طبقة الهواء المالمسة للسطح الخارجي * * * زجاج مفرد * * 0.178 صوف صخري * 50 1.56 طبقة الهواء المالمس للسطح الداخلي * * 0.123 المقاومة الحرارية الكلية )م ² مº / واط ) 0.178 1.80 اإلنتقاية الحرارية ( Value ) U واط/ م ² م 0.53 5.6 º w/m²c 3.06 %50 اإلنتقالية الحرارية للواجهات الزجاجية المفردة المعزولة بنسبة من المساحة هي 80% ) w/m²c التي تحقق المواصفات القياسية المقبولة ( 1.6 هي النسبة 4 المعزولة من المساحة
المقاومة الحرارية واإلنتقالية الحرارية لجدار قبل وبعد العزل مكونات الجدار ب- الزجاج المزدوج المقاومة الحرارية لجدار م ² Double glaze / واط مº ( السمك / ملم قبل العزل بعد العزل طبقة الهواء المالمسة للسطح الخارجي - * 0.060 زجاج مزدوج 0.31 0.31 6 صوف صخري * 50 1.56 طبقة الهواء المالمس للسطح الداخلي - * 0.123 المقاومة الحرارية الكلية )م ² مº / واط ) 0.31 2.00 ) ال تقل اإلنتقالية الحرارية للزجاج المزدوج في أحسن حاالته عن و) ) 3.0 واط/ م ۲ م لألسطح المحمية و) ) 3.۲ واط/ م ۲ م لألسطح متوسطة التعرض و) ) 3.5 واط/ م ۲ م لألسطح شديدة التعرض. وبالتالي فإن المقاومة الحرارية وأألنتقالية الحرارية الكلية للواجهات الزجاجية المزدوجة لألسطح معتدلة التعرض مثال" تكون كمايلي : اإلنتقاية الحرارية ( Value ) U واط/ م ² م 0.5 3.2 º w/m²c 2.12 اإلنتقالية الحرارية للواجهات الزجاجية المزدوج المعزولة بنسبة %40 من المساحة هي 60% ) w/m²c 1.6 ( النسبة المعزولة من المساحة التي تحقق المواصفات القياسية المقبولة هي 5
المقاومة الحرارية واإلنتقالية الحرارية لجدار قبل وبعد العزل مكونات الجدار الواجهات المعدنية ( Metal surfaces ) تعتبر األسطح المعدنية جيدة التوصيل للحرارة وأن مقاومتها الحرارية شبه معدومة وأن انتقاليتها الحرارية هي أقصى ما يمكن. ويمكن حساب المقاومة الحرارية وأألنتقالية الحرارية الكلية للواجهات المعدنية مع طبقة من الطوب الخرساني لتكون النتائج على النحو التالي : المقاومة الحرارية لجدار / واط مº م ² السمك / ملم قبل العزل بعد العزل طبقة الهواء المالمسة للسطح الخارجي - 0.070 0.070 صفائح ألمنيوم - 3 1 0.178 0 صوف صخري - 50 1.56 طوب مفرغ 0.166 0.166 150 طبقة الهواء المالمس للسطح الداخلي - 0.123 0.123 المقاومة الحرارية الكلية )م ² مº / واط ) 0.359 2.01 اإلنتقاية الحرارية ( Value ) U واط/ م ² م 0.5 2.785 º w/m²c 2.950 : w/m²c 2.12 اإلنتقالية الحرارية) قبل العزل( للواجهات المعدنية مع نسبة %40 من المساحة زجاج مزدوج اإلنتقالية الحرارية للواجهات المعدنية مع الزجاج المزدوج بعد عزل %40 من المساحة : 60% ) w/m²c 1.6 ( 6 النسبة المعزولة من المساحة التي تحقق المواصفات القياسية المقبولة هي
إن النتائج هذه تشير إلى أن اإلنتقالية الحرارية للواجهات الزجاجية والمعدنية أعلى بكثير من القيم القياسية المقبولة وال تحقق متطلبات المواصفة القياسية الحرارية األردنية للجدران (1.6 واط/م ² م ( وبالتالي فإن كمية الحرارة المنتقلة من خالل هذه الواجهات تعتبر عالية مما يستلزم ايجاد السبل الممكنة للحد من اإلنتقال الحراري 4720 وات وات = 16 وات Q = A x U x ΔT ( Q ) : كمية الحرارة المنتقلة )وات ) حيث ان ) A ( : مساحة األسطح ( م ۲ ) ) اإلنتقالية الحرارية لهذه االسطح )وات/م ² مº : ( U ) كمية الحرارة المنتقلة من خالل مساحة 100 م ² = 16 x 8960 = 100 5.6 x للواجهات الزجاجية المفردة = 16 x 5120 = 100 3.2 x للواجهات الزجاجية المزدوجة للواجهات المعدنية + 40 % زجاج مزدوج = 100 x 2.95 x 7 ولتخفيض اإلنتقالية الحرارية لهذه الواجهات وتقليل األحمال الحرارية المنتقلة من خاللها نستخدم العازل الحراري )صوف صخري سماكة 5 سم مثال (. حيث تشير النتائج التالية إلى ما يلي :
8 اإلنتقالية الحرارية للواجهات الزجاجية والمعدنية وكمية الحرارة المنتقلة من خاللها قبل استخدام الصوف الصخري كعازل الحراري وبعده الحالة اإلنتقالية الحرارية وات/م ² مº ) U ( كمية الحرارة المنتقلة من خالل مساحة 100 م ² )واط( نسبة الوفر في الطاقة الواجهات الزجاجية المفردة قبل العزل 0 8960 5.6 لتحقيق المواصفات القياسية 50% معزولة % 4896 3.06 45 80% معزولة % 2560 1.6 71 الواجهات الزجاجية المزدوجة قبل العزل 0 5120 3.2 لتحقيق المواصفات القياسية 40% معزولة % 3392 2.12 44 60% معزولة 50% 2560 1.6 0 5120 3.2 قبل العزل الواجهات المعدنية + 60% زجاج % 28 3392 2.12 40% معزولة مزدوج لتحقيق المواصفات القياسية 60% معزولة % 2560 1.6 46 لما تقدم فإن استخدام الزجاج المفرد في المباني ذات الواجهات الزجاجية أمرا غير عمليا نظرا الرتفاع انتقاليته الحرارية. كما أن عزل مساحات مناسبة من الزجاج المزدوج وتحسين كفاءة هذه الواجهات باستخدام زجاج مزدوج ذو انتقالية حرارية أقل أمرا ضروريا
إن النتائج المذكورة قد احتسبت لألسطح معتدلة التعرض وحيث أن اإلنتقالية الحرارية تزيد بزيادة شدة التعرض للعوامل الجوية فإن كمية الحرارة المنتقلة من خالل هذه الواجهات تزيد مما يستدعي زيادة نسبة المساحات المعزولة منها. يتبين مما تقدم بأن العازل الحراري يساهم بشكل كبير في الحد من اإلنتقال الحراري وبالتالي توفير الجو المناسب وتقليل استهالك الطاقة. 9
ثانيا منع انتشار الحريق 10
إنتشار الحريق في المباني ذات الواجهات المعدنية والزجاجية Curtain Wall بدأ اإلهتمام في اآلونة األخيرة إلى تصفيح الجدران الخارجية للمباني متعددة األدوار واألبراج بالواجهات الزجاجية والمعدنية والتي تترك خلفها فراغا هوائيا حيث يعمل هذا الفراغ على المساعدة في انتشار الحريق والغازات الخانقة والسامة الناتجة عنه من األدوار السفلية إلى األدوار العلوية وذلك نتيجة لزيادة نشاط تيارات الحمل فيه األمر الذي يستدعي إيجاد الحلول المناسبة للحيلولة دون حدوثه. 11
12
الحد من انتشار الحريق في المباني ذات الواجهات المعدنية والزجاجية من أجل الحيلولة دون انتشار الحريق خلف الواجهات المعدنية والزجاجية يتم ملىء الفراغ خلفها بإحكام بمواد غير قابلة لإلشتعال ومقاومة الحريق كالصوف الصخري كأبرز المواد المستخدمة لهذه الغاية. كما يمكن رش الفواصل بين ألواح الصوف الصخري بمواد مقاومة للحريق للحيلولة دون تسرب الغازات من خاللها 13
اآلثار غير المباشرة عن نشوب حرائق في أألبراج والمباني العالية نشوب الحرائق في المباني العالية واألبراج والتي تعتمد في إنشاءها على الهياكل والجسور المعدنية الحاملة لهذه المباني قد يؤدي إلى انهيارها نتيجة لتعرض هذه األعمدة والقواعد المعدنية للحرارة الشديدة التي تؤدي إلى تقوسها وانصهارها مما يؤدي إلى انهيار هذه المباني. ومن أجل حماية هذه المباني من خطر السقوط واإلنهيار يستلزم عزل هذه القواعد واألعمدة المعدنية بمواد عازلة للحرارة ومقاومة للحريق وتتحمل درجات حرارة عالية للحيلولة دون وصول الحرارة العالية المباشرة إليها. 14
خصائص العوازل الحرارية المانعة النتشار الحريق ** عدم قابليتها لإلشتعال ** قدرتها على الحد من ااإلنتقال الحراري 15
عدم قابلية العازل الحراري لإلشتعال يشترط في العازل الحراري المستخدم في أنظمة منع انتشار الحريق أن يكون غير قابل لإلشتعال ويتحمل درجات حرارة عالية كالعوازل المعدنية ( صوف صخري ) 16
قدرة العازل على الحد من اإلنتقال الحراري إن انتقال الحرارة من منطقة الحريق إلى الجانب اآلخر من الجدار قد يؤدي ألى رفع درجة حرارة المواد عنده لتصل إلى درجة اشتعالها مما يؤدي إلى انتقال الحريق. وأن قدرة العازل الحراري على الحد من انتقال الحرارة من خالله يحد من انتشار الحريق. غير معزول المقاومة الحرارية 1.956 m²c /w المقاومة الحرارية 0.341 m²c /w 17
أوال المواد العازلة تصنيف المواد العازلة من حيث مقاومتها للحريق أأللياف السليولوزية للحرارة القابلة لإلشتعال Combustible Mat. Cellulose Fiber وهي عبارة عن مخلفات من المواد السليولوزية كالورق والخشب والتي تشكل على هيئة ألواح تحتوي بين طياتها فراغات هوائية وهي قابلة لإلشتعال من أي مصدر لهب وتساعد في انتشار الحريق. وأن إضافة أي مواد كيميائية إليها إلكسابها مقاومة للحريق قد تحسن من كفاءتها قليال ولكنها قد تسبب تآكال لألسطح المالمسة المعزولة البولستيرين ألمبثوق والمدد Extruded & Expanded وهي عبارة عن مادة رغوية بالستيكة قابلة لإلنصهار واإلنكماش عند ارتفاع بسيط في الحرارة كما أنها قابلة لإلشتعال وينتج عن احتراقها تصاعد غازات كثيفة. وأن إضافة مواد مقاومة للحريق إليها قد يحسن من أداءها ولكن ذلك لن يحولها إلى مواد غير قابلة لإلشتعال. يتأثرالبولستيرين بالزمن واألشعة فوق البنفسجية والمؤثرات الكيميائية وبالتالي. 18 تتأثر عازليته فتنخفض كفاءته تدريجيا
بولي يوريثين Polyurethane وهي مادة رغوية بالستيكية يدخل في تركيبها مادة السيانيد وهي قابلة لإلنصهار واإلنكماش عند تعرضها ألي حرارة بسيطة كما أنها قابلة لإلشتعال ويتصاعد عند احتراقها غازات خانقة وسامة وأن إضافة مواد مقاومة للحريق إليها قد يحسن من أداءها قليال ولكنه لن يحولها إلى مواد غير قابلة لإلشتعال. كما أنها تتأثر بالزمن واألشعة فوق البنفسجية والمؤثرات الكيميائية فتتناقص عازليتها وتنخفض كفاءتها تدريجيا. عوازل أخرى قابلة لإلشتعال الرغويات الفينولية و ورغويات اليوريا الفورملدهايدية وغيرها 19
Non Combustible ثانيا المواد العازلة غير القابلة لإلشتعال األصواف المعدنية Mineral wool كالصوف الصخري والصوف الزجاجي يعتبر الصوف الصخري من أبرز المواد العازلة للحرارة وهو عبارة عن ألياف من أصل معدني تتميز بمقاومتها للحرارة وللمؤثرات الطبيعية والكيمائية وتحملها لدرجات الحرارة المرتفعة وعدم قابليتها لإلشتعال لذا فهي تعتبر في مقدمة المواد المستخدمة في أنظمة منع انتشار الحريق. البراليت Expanded Perlite وهي عبارة عن حبيبات خفيفة الوزن يتم تصنيعها من تسخين حبيبات صخرية من أصل بركاني تحتوي على مركبات السيليكا إلى درجات حرارة معينة فتقوم بطرد الماء الذي داخلها فيزيد حجمها. تستخدم حبيبات البراليت السائبة كمادة عازلة للحرارة في ملىء الفراغ داخل الجدار أو أن يتم خلطها مع الخرسانة في صبات الميالن. الفيرموكواليت Expanded Vermiculite وهي عبارة عن رقائق على شكل قشور خفيفة الوزن تنتج من صخور متشحفة مثل المايكا وتستخدم في حالتها السائبة لملىءالفراغات للعزل كما تتوفر على هيئة ألواح 20 يعيب عليها ارتفاع كلفتها ومحدودية استخداماتها.
الصوف الصخري أبرز المواد المستخدمة في أنظمة منع انتشار الحريق 21
الصوف الصخري يعتبر الصوف الصخري من أبرز المواد العازلة للحرارة لتدني موصليته الحرارية ومقاومته للمؤثرات الطبيعية والكيمائية ونظرا لتحمله درجات الحرارة المرتفعة وعدم قابليته لإلشتعال فهو يعتبر كما يتميز بديمومه فاعليته وثبات عازليته. في مقدمة المواد المستخدمة في أنظمة منع انتشار الحريق نظرا ألصله المعدني. نسيج ليفي من عائلة األصواف المعدنية يتم نسجه من ألياف مغزولة والصوف الصخري عبارة عن من مصهور صخور البازلت يشكل الصوف الصخري في عدة منتجات لتناسب طبيعة استخدامها حيث تستخدم 22 ألواح الصوف الصخري بشكل خاص في هذا القطاع
23