تاثیر عایق پشم شیشه بر کاهش هزینه‌های انرژی(+ مثال)

با توجه به افزایش تقاضا برای انرژی و محدودیت منابع طبیعی، در سال‌های اخیر بهینه‌سازی مصرف و عایق کاری سازه‌ها از اهمیت بالایی برخوردار شده‌است. از آن‌جایی که ساختمان‌ها حدود ۴۰٪ از مصرف جهانی منابع را به خود اختصاص می‌دهند، عایق‌کاری آن‌ها یکی از موثرترین روش‌ها برای کاهش هزینه‌‌ها و حفظ محیط زیست به شمار می‌رود. در این میان پشم شیشه به‌عنوان یک ماده عایق پرکاربرد، نقش مهمی در صرفه‌جویی انرژی ایفا می‌کند. این ماده می‌تواند با کاهش هزینه‌های گرمایش و سرمایش، به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند. اما برای استفاده مؤثر از این محصول در عایق‌کاری ساختمان‌ها، لازم است مزایا و معایب آن و همچنین سازگاری‌اش با شرایط مختلف آب‌وهوایی مورد بررسی قرار گیرد. در این پست از وبلاگ زرین فولاد شهریاری، با استفاده از فرمول‌های محاسباتی به بررسی تاثیر پشم شیشه بر کاهش هزینه‌ها خواهیم پرداخت.

تاریخچه و تکامل پشم شیشه

پشم شیشه به‌طور تصادفی در اوایل قرن بیستم کشف شد. در سال ۱۹۳۲ دیل کلیست، محقق شرکت Owens-Illinois، در حین آزمایش‌های خود متوجه شد که برخورد هوای فشرده به شیشه مذاب باعث تولید رشته‌های نازک شیشه‌ای می‌شود. این کشف منجر به تولید صنعتی این محصول شد. در سال ۱۹۳۸، شرکت Owens-Illinois به همراه Corning Glass Works، شرکت Owens-Corning را تاسیس و تولید انبوه را آغاز نمود. این ماده به‌سرعت در صنایع مختلف، به‌ویژه ساختمان‌سازی و خودروسازی، مورد استفاده قرار گرفت. در دهه‌های بعد، فناوری تولید پشم شیشه بهبود یافت و محصولاتی با خواصی بهتر، مانند افزایش مقاومت حرارتی و کاهش حساسیت زیست‌محیطی، به بازار عرضه شدند. امروزه پشم شیشه یکی از پرکاربردترین عایق‌های حرارتی و صوتی در بسیاری از کشورهای جهان است.

روش تولید پشم شیشه: از مواد اولیه تا محصول نهایی

عایق پشم شیشه از الیاف نازک شیشه ساخته می‌شود و به دلیل ساختار متخلخل خود، به‌طور مؤثری از انتقال حرارت و صدا جلوگیری می‌کند. فرآیند تولید این محصول شامل مراحل مختلفی است؛ ابتدا مواد اولیه شامل سیلیس، کربنات سدیم، دولومیت و سنگ آهک تهیه و پس از غربال‌گری، در نسبت‌های مشخص مخلوط می‌شوند. سپس، این مواد در کوره‌هایی با دمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شوند تا شیشه مذاب آماده تبدیل به الیاف گردد. شیشه مذاب از اسپینرِ گریز از مرکز عبور کرده و به الیاف نازک تبدیل می‌شود. این الیاف سپس با رزین‌های فنولی یا اوره‌فرمالدهید پوشش داده می‌شوند تا استحکام و چسبندگی افزایش یابد. در مرحله بعد، الیاف در کوره‌هایی با دمای ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند تا ساختار نهایی محصول تثبیت گردد. محصول نهایی پس از کنترل کیفیت برای رعایت استانداردها به ابعاد مورد نیاز برش داده شده و بسته‌بندی می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایای پشم شیشه

به دلیل ویژگی‌های خاص پشم شیشه، تاثیر این ماده به‌عنوان یکی از پرکاربردترین مواد عایق در صنایع ساختمانی و صنعتی، در بهینه‌سازی مصرف انرژی، کاهش آلودگی صوتی و افزایش ایمنی بسیار زیاد است. اگر در حال انجام پروژه‌های عایق‌کاری هستید، برای راحتی بیشتر، می‌توانید خرید پیچ سرمته شیروانی، پشم شیشه و ورق شیروانی رنگی را به‌صورت همزمان از سایت ما انجام دهید و از خریدی آسان و مقرون‌به‌صرفه لذت ببرید.

ویژگی‌های کلیدی عایق پشم شیشه

پشم شیشه دارای ویژگی‌ها و امتیازاتی است که باعث می‌شوند در بین عایق‌های ساختمانی بسیار محبوب باشد؛ این ویژگی‌ها عبارتند از:

• عایق حرارتی: یکی از ویژگی‌های اصلی پشم شیشه، عایق حرارتی بودن آن است. ساختار متخلخل و حباب‌های هوای محبوس در الیاف شیشه موجب کاهش هدایت حرارتی و جلوگیری از انتقال گرما می‌شوند.
• عایق صوتی: پشم شیشه امواج صوتی را جذب کرده و از انتقال صدا جلوگیری می‌کند. این ویژگی آن را به گزینه‌ای عالی برای کاهش آلودگی صوتی ساختمان‌ها تبدیل می‌کند.
• مقاومت در برابر آتش: یکی از ویژگی‌های برجسته‌ی عایق پشم شیشه مقاوم بودن در برابر آتش است. این ماده غیرقابل اشتعال است و می‌تواند دماهایی تا حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند، خصوصیتی که این محصول را به یک انتخاب ایمن برای محیط‌های با خطر آتش‌سوزی تبدیل می‌کند.
• سبکی و انعطاف‌پذیری: سبکی و انعطاف‌پذیری عایق پشم شیشه، نصب آن را در فضاهای پیچیده و غیرمعمول تسهیل می‌کند و فرآیند حمل‌ونقل را نیز راحت‌تر می‌سازد.

لازم به ذکر است که استفاده از ورق شیروانی رنگی همراه با پشم شیشه در عایق‌کاری سقف‌ها، علاوه بر افزایش کارایی عایق، به محافظت از سازه در برابر عوامل محیطی کمک می‌کند. قیمت ورق شیروانی رنگی و پشم شیشه بسته به مشخصات آن‌ها ، گزینه‌های متنوعی را برای مشتریان فراهم می‌کنند.

استانداردها و گواهینامه‌های پشم شیشه

عایق پشم شیشه باید مطابق با استانداردهای بین‌المللی برای تضمین کیفیت و ایمنی تولید شود. یکی از این استانداردها ASTM C553 است که توسط انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM) برای عایق‌های حرارتی معدنی مانند پشم شیشه تدوین شده است. در اروپا، استاندارد EN 13162 معیار اصلی برای عایق‌های حرارتی ساخته‌شده از الیاف معدنی است. همچنین، محصولات در اتحادیه اروپا باید دارای گواهینامه CE باشند که نشان‌دهنده تطابق با الزامات ایمنی، بهداشتی و زیست‌محیطی است.استاندارد ISO 9001 به مدیریت کیفیت و ISO 14001 به مدیریت زیست‌محیطی اختصاص دارد و تضمین می‌کند که فرآیند تولید پشم شیشه از کنترل کیفیت و کاهش اثرات زیست‌محیطی برخوردار باشد.

بیشتر بخوانید:
پشم شیشه و قوانین ساختمانی

نحوه عملکرد پشم شیشه در کاهش هزینه های انرژی

پشم شیشه به‌عنوان یک عایق حرارتی موثر، نقش کلیدی در کاهش هزینه‌های انرژی ایفا می‌کند. این ماده با ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی خاص خود، از انتقال گرما بین فضای داخلی و خارجی جلوگیری می‌کند. هوای محبوس در میان الیاف پشم شیشه، رسانایی حرارتی را کاهش داده و مانع از انتقال گرما از طریق هدایت و همرفت می‌شود، به‌طوری که در زمستان گرما را حفظ کرده و در تابستان از ورود گرمای بیرون جلوگیری می‌کند.
استفاده از پشم شیشه در دیوارها، کف ساختمان‌ها و سقف‌ها به‌ ویژه در سقف‌های شیروانی موجب کاهش اتلاف انرژی از طریق سطوح خارجی می‌شود و وابستگی به سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی را کاهش می‌دهد. پشم شیشه زیر شیروانی به دلیل تاثیر بالا در جلوگیری از هدررفت حرارت، یکی از رایج‌ترین گزینه‌ها برای عایق‌کاری است. قیمت پشم شیشه زیر شیروانی بسته به ضخامت، چگالی و برند تولیدکننده متفاوت است، اما با توجه به کاهش مصرف انرژی، هزینه اولیه آن در بلندمدت جبران می‌شود.
این عایق همچنین در لوله‌های تأسیساتی و سیستم‌های تهویه مطبوع در ساختمان‌های تجاری و صنعتی برای کاهش افت حرارت و برودت، افزایش بازدهی سیستم‌ها و کاهش مصرف انرژی استفاده می‌شود.
مطالعات سازمان‌هایی مانند U.S. Department of Energy و European Insulation Manufacturers Association (EIMA) نشان می‌دهند که استفاده از پشم شیشه می‌تواند تا ۵۰٪ هزینه‌های انرژی را کاهش دهد. در نتیجه، پشم شیشه با جلوگیری از هدررفت حرارت، کاهش مصرف انرژی و افزایش بازدهی سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، به کاهش هزینه‌های عملیاتی ساختمان‌ها کمک کرده و در درازمدت یک سرمایه‌گذاری اقتصادی مقرون‌به‌صرفه در نظر گرفته می‌شود.

محاسبه میزان صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی با استفاده از پشم شیشه

برای محاسبه میزان صرفه‌جویی در انرژی و هزینه می بایست به فاکتورهای مختلفی مانند مقاومت حرارتی (R-Value) عایق، شرایط آب‌وهوایی، میزان مصرف انرژی فعلی و هزینه‌های انرژی توجه نمود. برای برآورد دقیق صرفه‌جویی، می‌توان از روش‌های استاندارد محاسبات انرژی استفاده کرد. فرآیند محاسبه صرفه جویی در انرژی به این صورت است:

۱. شناخت مقاومت حرارتی (R-Value) پشم شیشه

مقاومت حرارتی (R-Value) میزان توانایی عایق در مقابله با انتقال حرارت را نشان می‌دهد. هرچه مقدار R بالاتر باشد، عایق عملکرد بهتری دارد. به‌طور معمول پشم شیشه با ضخامت :

• ۵ سانتی‌متر دارای R-Value ≈ 2.2 – 2.7 است.
• ۱۰ سانتی‌متر دارای R-Value ≈ 4.0 – 4.5 است.
• ۱۵ سانتی‌متر دارای R-Value ≈ 6.0 – 6.5 است.

۲. محاسبه اتلاف حرارت (Heat Loss) قبل از نصب پشم شیشه

می‌توان میزان اتلاف حرارت را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

Q=(ΔT×A)/R

که در آن:

• Q (وات)
• ΔT اختلاف دمای داخل و خارج (درجه سانتی‌گراد)
• A سطح عایق‌نشده (مترمربع)
• R مقاومت حرارتی (m²·K/W)متر مربع کلوین بر وات

۳. محاسبه کاهش اتلاف حرارت پس از نصب پشم شیشه

پس از نصب پشم شیشه، مقاومت حرارتی افزایش یافته و میزان اتلاف حرارت کاهش می‌یابد. با محاسبه اتلاف جدید (Q₂) و مقایسه آن با اتلاف اولیه (Q₁)، می‌توان میزان کاهش اتلاف حرارت را تعیین کرد:

صرفه‌جویی در اتلاف حرارت= Q₁− Q₂

۴. محاسبه صرفه‌جویی در مصرف انرژی

اگر میزان صرفه‌جویی در وات را بدانیم، می‌توان آن را به کیلووات‌ساعت (kWh) تبدیل کرد:

انرژی صرفه‌جویی‌شده (kWh) =(ΔQ × مدت‌زمان (ساعت)) / 1000

محاسبه مقاومت حرارتی پشم شیشه با مثال

فرض کنید دیوار یک ساختمان 100 مترمربع مساحت دارد و قصد داریم با استفاده از پشم شیشه‌ای با ضخامت 5 سانتی‌متر (0.05 متر) و ضریب هدایت حرارتی 0.04 W/m·K آن را عایق کنیم. هزینه برق 1000 تومان به ازای هر کیلووات‌ساعت است، اگر 12 ساعت در روز از گرمایش استفاده شده باشد و میانگین اختلاف دمای داخل و بیرون 15 درجه سانتی‌گراد در طول فصل سرما باشد.بیایید محاسبات را مرحله‌به‌مرحله انجام دهیم:

1.محاسبه مقاومت حرارتی (R-Value) پشم شیشه

با توجه به ضخامت 5 سانتی‌متر و داده‌های ارائه‌شده، مقدار مقاومت حرارتی پشم شیشه را حدوداً 2.5 (m²·K/W) در نظر می‌گیریم.

2.محاسبه اتلاف حرارت قبل از نصب پشم شیشه

در این حالت، دیوار فاقد عایق است، بنابراین مقاومت حرارتی آن بسیار کم خواهد بود. اگر فرض کنیم دیوار اولیه مقاومت حرارتی قابل توجهی نداشته باشد (R اولیه ≈ 0.5)، مقدار اتلاف حرارت را می‌توان از رابطه زیر به‌دست آورد

Q=(ΔT×A)/R

با جایگذاری مقادیر:
ΔT = 15°C
A = 100 m²
R₁ = 0.5 m²·K/W
Q₁=(15×100)/0.5=3000 w
R₂=R₁+R((پشم شیشه
R₂=0.5+2.5= 3.0
Q₂=(15×100)/3=500 w

3.محاسبه اتلاف حرارت پس از نصب پشم شیشه

پس از نصب پشم شیشه، مقاومت حرارتی دیوار جدید برابر خواهد شد با:

صرفه‌جویی در اتلاف حرارت= Q₁− Q₂

2500=3000-500

که آن را 2.5 KW در نظر می‌گیریم.

اگر فصل سرما را حدود 180 روز و متوسط استفاده روزانه از گرمایش را 12 ساعت در روز در نظر بگیریم، میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی:

انرژی صرفه‌جویی‌شده (kWh) =1000/ (ΔQ × مدت‌زمان (ساعت))

972=1000/((2×180)*2.5)

4.محاسبه صرفه‌جویی در هزینه‌ها

با در نظر گرفتن تعرفه برق 1000 تومان به ازای هر کیلووات‌ساعت:

هزینه صرفه‌جویی‌شده =972×1000 = 972000تومان

در این مسئله با نصب پشم شیشه، می‌توان حدود 972 هزار تومان در هزینه‌های برق در طول فصل سرما صرفه‌جویی کرد.

معایب پشم شیشه

پشم شیشه با وجود مزایای فراوان، معایبی نیز دارد. این ماده در صورت تماس با رطوبت، خاصیت عایقی خود را از دست می‌دهد و برای استفاده در محیط‌های مرطوب نیاز به پوشش ضد رطوبت دارد. همچنین، طبق قوانین ساختمانی استفاده از این ماده در برخی مناطق به شرایط خاصی نیاز دارد. الیاف آن می‌توانند موجب تحریک پوست، چشم و سیستم تنفسی شوند، بنابراین استفاده از تجهیزات محافظتی هنگام نصب ضروری است. از نظر زیست‌محیطی نیز، پشمبه‌سختی تجزیه می‌شود و بازیافت آن به تجهیزات ویژه نیاز دارد.

نتیجه‌گیری

پشم شیشه یکی از پرکاربردترین عایق‌های حرارتی و صوتی است و نقش مهمی در کاهش هزینه‌های انرژی و بهینه‌سازی مصرف آن در ساختمان‌ها دارد. این ماده با جلوگیری از هدررفت گرما در زمستان و کاهش نفوذ حرارت در تابستان، وابستگی به سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی را کم کرده و در نتیجه، صرفه‌جویی قابل‌توجهی در مصرف انرژی و هزینه‌های مربوطه ایجاد می‌کند. همچنین، تأثیر مثبتی بر محیط زیست دارد، زیرا مصرف سوخت‌های فسیلی را کاهش داده و از انتشار گازهای گلخانه‌ای جلوگیری می‌کند. به صورتی که حتی با وجود برخی محدودیت‌ها مانند حساسیت به رطوبت و نیاز به رعایت نکات ایمنی هنگام نصب، همچنان یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و مؤثرترین گزینه‌ها برای افزایش بهره‌وری انرژی در ساختمان‌ها محسوب می‌شود. در نهایت، استفاده از پشم شیشه علاوه بر کاهش هزینه‌های عملیاتی ساختمان، موجب افزایش رفاه ساکنان و حفظ منابع طبیعی می‌شود.