مقاله عایق حرارتی خلاء با استفاده از سازه صلب شونده توسط فشار هوا

مقاله عایق حرارتی خلاء با استفاده از سازه صلب شونده توسط فشار هوا

چكیده:

در این نوآوری یك عایق حرارتی خلاء جدید معرفی می گردد. در این طرح، وظیفه غلبه بر نیروی ناشی از فشار هوای محیط و ایجاد فاصله بین دو جداره عایق به منظور ایجاد خلاء به عهده سازه ای انعطاف پذیر و جمع شونده می باشد. با اعمال فشار هوا به داخل این سازه و تغییر شكل آن، دو جدارة عایق از یكدیگر دور می شوند و به این ترتیب در مناطقی از عایق كا سازه نگهدارنده وجود ندارد، خلاء به وجود می آید. در حالت غیرعملیاتی و قبل از فشار هوا به داخل سازه، ضخامت عایق اندكی بیش از مجموع ضخامت جداره ها است. در حالت عملیاتی، با وارد شدن هوا به داخل سازه، ضخامت عایق اندكی بیش از مجموع ضخامت جداره ها است. در حالت عملیاتی، با وارد شدن هوا به سازه عایق به اندازه اسمی خود می رسد و به شكل اصلی و صلب خود درمی آید. به منظور بررسی خصوصیات عایق، طرح پیشنهاد شده توسط نرم افزار اجزاء محدود ANSYS مدل سازی و تحلیل شده است. تحلیل تنشی و انتقال حرارتی قابلیت بالقوه طرح پیشنها شده را به عنوان یك عایق مطلوب نشان می دهند. 

كلمات كلیدی: عایق حرارتی، خلاء، ضریب هدایت حرارتی، سازه صلب شونده. 

مقدمه:

با افزایش هزینه انرژی، صرفه جویی در مصرف آن اهمیت بیشتری یافته است. بخشی از این صرفه جویی مربوط به عایق بندی ساختمانها و … به منظور جلوگیری از هدر رفتن یا به عكس جلوگیری از ورود حرارت می باشد. بلوكهای فایبرگلاس، پشم شیشه یا پشم سنگ، فومهای پلاستیكی و عایقهای سلولزی از عایقهای متداول می باشند. در حال حاضر خلاء به عنوان یك عایق مناسب شناخته شده است ولی كاربرد آن چندان عمومیت نیافته است، چرا كه خلاء باید درون محفظه هایی نسبتاً محكم به وجود آید. به همین علت كاربرد خلاء هم اكنون محدود به فلاسكهای مایعات یا جعبه های مخصوص حمل اعضای بدن انسان می باشد. به علت خصوصیات عایقهای خلاء استفاده از آنها علیرغم مقاومت حرارتی بالایی كه دارند در خیلی از موارد غیراقتصادی می باشد و در واقع مهمترین عامل محدود كننده استفاده از عایقهای خلاء، قیمت بالای آنها می باشد ]1 و 2[.

بخشهای اصلی عایق حرارتی خلاء:

به طور كلی خلاء یك مقاومت در برابر عبور حرارت است و بنابراین برای بهبود خصوصیات عایقها سعی می شود كه در آنها شرایط خلاء یا نسبتاً خلاء ایجاد شود. مقدار مقاومت حرارتی علاوه بر مقدار و گسترده خلاء به سازه عایق مخصوصاً سازه بین دو سطح انتقال حرارت بستگی دارد، چرا كه این بخش سازه باعث به وجود آمدن انتقال حرارت هدایتی می گردد. عایقهای متداول مانند پشم شیشه، سلولز یا انواع فومها با محدود كردن جریانهای ملكولهای هوا مقدار انتقال جابجایی را كاهس می دهند در صورتیكه در عایقهای خلاء مقدار مولكولهای موجود هوا برای انتقال حرارت بسیار محدود می باشند. یك عایق خلاء می تواند انتقال حرارت را از هر سه طریق هدایتی، جابجایی و تشعشعی كاهش دهد.

بخشهای اصلی یك عایق حرارتی خلاء عبارتند از ]3[:

1- یك هستة (Core) به منظور حفظ شكل اصلی سازه و مقاومت در برابر عبور حرارت (شكل 3)، هسته های جدید از فومهای پلی اورتان ساخته یم شوند (شكل 2). ساختمان متخلخل لین مواد امكان یم دهد كه هوا بطور مناسبی از درون پوشش نخلیه گردد. این مواد دارای مقاومتی حرارتی بالا، جرم حجمی كم و سطح تماس بالا كه امكان جابجایی گازهای داخل را محدود می كند، می باشد. بعضی از این مواد دارای خاصیت جذب تشعشعات هستند كه امكان انتقال حرارت تشعشعی را كاهش می دهند. پودرهای سیلیس و ژلهای متخلخل با پایه سیلیس از مواد پذیرفته شدته برای هسته می باشند. همچنین امكان استفاده از طرحهای دیگر در عایقهای جدید مورد بررسی قرار گرفته است. ورقهای شانه تخم مرغی یك نمونه از این طرحها می باشد. مقاومت بالای این ورقها در برابر نیروهای عمودی استفاده از این ورقها را به عنوان سازه اصلی عایقهای خلاء امكان پذیر كرده است.