فروش و بازرگانی : 03137751948

News

من یک بلاک متن هستم، روی دکمه ویرایش کلیک کنید تا این متن را تغییر دهید. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

آموزش

عایق رطوبتی

عایق های رطوبتی

عایق ضدبخار یا عایق رطوبتی یا عایق ضدرطوبت، با نام های Vapor Barriers, Vapor Retardants, Water Retardants, Moisture Barrier & Moisture Retardant شناخته می شوند و عبارتند از ماده یا سیستمی که انتقال و نفوذ بخار آب یا رطوبت را از محیطی به محیط دیگر به مقدار کافی می کاهد. در صورتی که عایق های ضدبخار به خوبی نصب شوند، می توانند به طور موثر و اقتصادی از انتقال بخار و رطوبت درون المان های سازه بکاهند.

ساکنین ساختمان های مسکونی، پروسه های صنعتی و تجهیزات گرمایشی بخار تولید می کنند که به همراه رطوبت موجود در هوا در فضا منتقل می شود. بخار و رطوبت موجود درهوا، می تواند در زیر سقف ها، شیروانی­ها و فضای داخلی دیوارها و مکان هایی که دمای کمتری دارند، انباشته شده و در اثر چگالش، به قطرات آب تبدیل شوند و آب یکی از اصلی ترین عناصر سایش و فرسودگی در همه ساختمان ها و تجهزات محسوب می شود و در دراز مدت میتواند خسارت قابل توجهی وارد کند. پوشش ضدبخار می تواند از میعان بخار آب درون ساختمان جلوگیری کند.

 

چه موقع به عایق های ضدرطوبت نیاز است؟

در حالت کلی، نمی توان روش مشخصی برای تشخیص نیاز به عایق ضدرطوبت ارائه کرد و طراح و آرشیتکت ساختمان (معماری ساختمان)، باید با توجه به اطلاعاتی که صاحب ساختمان از کاربری فضاهای ساختمان به او می دهد، تشخیص دهد در کجا از عایق ضدبخار استفاده کند. اما در حالت هایی که در زیر به آنها اشاره می شود، استفاده از عایق های ضدرطوبت توصیه اکید می شود:

1- ساختمان هایی که در اقلیمی واقع شده اند که در پاییز و زمستان دمای متوسط محیط به زیر 40C می رسد.

2- ساختمان ها و سازه هایی که در آنها فعالیت هایی صورت میگرد که رطوبت زیاد (بالای 65% رطوبت نسبی) تولید می شود مانند، خشک شویی، تهیه و چاپ کاغذ، نانوایی ها، آشپزخانه ها و غیره

3- ساختمان هایی که کاملا مسقف و سرپوشیده بوده و حرارت زیادی (و در نتیجه تبخیر زیاد) در آنها تولید میشود.

4- در طراحی باید برای مکان های فوق العاده مرطوب مانند استخر، حمام و غیره، عایق رطوبتی مناسب لحاظ شود.

 

عایق های ضدبخار در کدام طرف باید نصب شوند؟

در اقلیم هایی که در زمستان سرد هستند، پوشش ضدبخار باید در طرف داخل ساختمان به سمتی که در زمستان گرم تر است، نصب شوند. در اقلیم های مرطوب یا مکان هایی در آن از تهویه زیاد استفاده می شود، پوشش ضدبخار باید در سمت خارجی دیوار نصب شود.

 

تاثیرات زیان بار رطوبت بر سازه ها و تجهیزات

–          نفوذ رطوبت بر کف و سقف ساختمان، می تواند تاثیرات مخربی چون ازمهلال چسب کفپوش، فرسایش و پوسیدن فرش، بادکردگی کفپوش های چوبی یا پارکتی، بوی نامطبوع و آلودگی های قارچی و رشد باکتری ها شود.

–          رطوبت و بخار آب خود به عنوان ناقل حرارت شناخته می شوند و از این رو، در صورت نفوذ به دیگر عایق های حرارتی، از عملکرد این نوع عایق ها به میزان چشمگیری می کاهند. به طوری که عایق های حرارتی، درصورتی که در مقابل رطوبت و نفوذ آب پایدار نباشند، حتما به همراه عایق های رطوبتی (Moisture & Vapor Barriers) عرضه و نصب می شوند.

–          وقتی رطوبت و آب، در سازه انباشته شود، باعث چکه و نشتی می شود. خود چکه و نشتی، یک عیب بزرگ به حساب می آید ولی نشتی، در طول زمان باعث بروز خسارات دیگری می شود که از خود نشتی، بسیار زیانبارترند.

–          کاهش دوره تعمیر و جایگزینی المان های سازه، به خصوص المان های فلزی سازه

–          نفوذ رطوبت در قسمتی از سقف و نم دادن آن قسمت و خشک بودن قسمت دیگری از سقف، باعث تغییر در نرخ سرد و گرم شدن این دو قسمت در طول روز و شب می شود. در نتیجه این اختلاف در نرخ سرد و گرم شدن، تنش داخلی در المان های سازه بوجود آمده و نهایتا ترک در سازه پدیدار می شود.

 

رطوبت نسبی

اکثر مواقع، مقدار رطوبت بوسیله معیاری با نام رطوبت نسبی سنجیده می شود که با درصد بیان می شود. بسیاری از محاسبات یا سنجش عملکرد عایق های رطوبتی نیز، بر اساس رطوبت نسبی انجام می شود. باید دقت شود که منظور از رطوبت نسبی مثلا 20%، این نیست که در حجم مشخصی از هوا، 20 درصد جرم آن رطوبت و 80% جرم مولکول های هوا هستند. بلکه رطوبت نسبی عبارت است از مقدار رطوبت موجود در هوا در دمایی مشخص، نسبت به حداکثر مقدار رطوبتی که هوا می تواند در همان دما در خود نگهدارد.

مثلا در دمای 30 درجه سانتی گراد، هوا می تواند حداکثر 30g/m3 رطوبت در خود نگه دارد. در صورتی که مقدار رطوبت فعلی هوا 15g/m3 باشد، رطوبت نسبی 50% خواهد بود.

 

رطوبت نسبی تابعی از درجه حرارت است. نمودار زیر، درصد رطوبت نسبی (نمودارهای مورب) براساس درجه حرارت (محور افقی) و مقدار رطوبت موجود در هوا (محور عمودی در سمت راست) نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

این نمودار بیان می کند که با داشتن مقدار ثابتی رطوبت در هوا، با کاهش درجه حرارت، رطوبت نسبی افزایش می یابد. به عنوان مثال در دمای 30 درجه سانتی گراد و با داشتن مقدار 15 گرم رطوبت در مترمکعب هوا، رطوبت نسبی تقریبا 50% است. حال اگر دما کاهش یابد (یعنی در امتداد خط 15 g/m3 به صورت افقی به سمت چپ حرکت کنیم) رطوبت هوا در دمای 17.5 درجه سانتی گراد 100% می شود. در صورتی که دما بازهم کمتر شود، پدیده چگالش رخ داده و رطوبت موجود در هوا، به فاز مایع تبدلی شده و به صورت شبنم یا قطره خود را نشان میدهد.

 

در صورتی که رطوبت تنها در هوای بیرون وجود داشت، دیگر نیازی به عایق های رطوبتی در ساختمان نبود. اما فعالیت های روزانه، افراد موجود در ساختمان و حتی خود زمینی که ساختمان برآن بنا نهاده شده است، همیشه مقدار رطوبت به هوای داخل ساختمان وارد می کنند. البته گرچه، وجود رطوبت در فضای درون ساختمان، از نظر عایق کاری، فرسایش عناصر ساختمان و اتلاف حرارت، مضر است، اما مقدار حداقلی رطوبت برای سلامتی و راحتی، الزامی است.

 

مکانیزم های انتقال رطوبت درون اجزاء ساختمان

الف – نشتی هوا (Air Leakage)

 

نشتی هوا، مکانیزم اولیه چگالش در ساختمان ها می باشد. با توجه به اینکه هوای سرد همواره به سمت کف ساختمان و هوای گرم به سمت سقف در جریان اند، نشتی هوا باعث می شود، هوای بیرون به درون ساختمان نفوذ کرده و دمای فضای درونی ساختمان را به زیر دمای چگالش برساند. درصورتی که بتوان دز نفوذ هوای بیرونی به درون المان ها و فضای درون ساختمان کاملا جلوگیری نمود، می توان استفاده از عایق های رطوبتی را کنار گذاشت.

 

ب – نفوذ (Diffusion)

نفوذ از دیگر مکانیزم های انتقال رطوبت است اما به مهمی نشتی هوا نیست. نشتی هوا مکانیزم غالب در انتقال رطوبت به شمار می رود و معمولا المان هایی که به خوبی جلوی نشتی هوا را می گیرند، می توانند به خوبی از نفوذ نیز جلوگیری کنند. بعضی عایق های رطوبتی مانند پشم شیشه، به همراه فویل های فلزی (معمولا آلومینیومی) عرضه می شوند چراکه این گونه مواد، گرچه خیلی خوب از مکانیزم نفوذ جلوگیری می کنند، اما در مقابل نشتی هوا مقاوم نیستند.

 

تشخیص مقدار رطوبت سقف با استفاده از مادون قرمز

سقف بالای سر ما، یکی از مهم ترین المان های هر سازه و ساختمان است که چون کمتر دیده می شود، تا وقتی چکه نکند، به آن توجه نمی کنیم. طبق آمار، از هر 10 سقف، 7 سقف پس از 8 سال کارکرد، دچار نم و نفوذ رطوبت میشوند که علت آن، عدم استفاده از عایق رطوبتی و یا عدم نصب صحیح عایق رطوبتی و یا فرسودگی تجهزات کار گذاشته شده درون سقف است.

نفوذ رطوبت به درون سقف، نفوذ رطوبت به عایق حرارتی درون سقف را هم به دنبال خواهد داشت که در نتیجه آن، عملکرد عایق حرارتی به شدت کاهش می یابد و در صورت انباشته شدن رطوبت، می تواند نقش پل حرارتی را نیز ایفا کند. در ابتدا برای تشخیص نم داشتن یا خشک بودن عایق های حرارتی، در سال 1970، دوربین مادون قرمزی ساخته شد که می توانست اختلاف درجه حرارت تا 0.250C را تشخیص دهد.

 

 

امروزه شناسایی نم و رطوبت درون سازه ها، با استفاده از دوربین های مادون قرمز، بسیار رایج است. به خصوص در حین عایق کاری عایق های حرارتی که باید کاملا خشک نصب شوند.

 

 

 

 

مواد عایق های ضد بخار و ضد رطوبت

برای کاربری های مسکونی، هر ماده ای ضریب نفوذ کمتر 1 perm داشته باشد را می توان به عنوان پوشش ضدبخار و ضد رطوبت برشمرد. برای کاربری های صنعتی و شیمیایی، حداکثر نفوذپذیری به 0.5 perm تقلیل می یابد.

واحد perm واحد اندازگیری راندمان و اثر عایق رطوبتی بوده و اختصار permeability به معنی نفوذپذیری است و 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 1 گرم بخار آب که در روز، در فشار یک میلیمتر جیوه از یک مترمربع عبور می کند.

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 64.8 میلی گرم) که در ساعت، در فشار یک اینچ جیوه، از یک فوت مربع عبور می کند.

1 metric perm = 1.51735 US perm ≈ 86.81233 SI perm

 

فهرستی مختصر از پوشش های ضدبخار رایج به شکل شرح زیر است:

 

پوشش ضریب نفوذ [perm]
پوشش کرافت (کاغذ کرافت) 1.0
پلی وینیل کلراید (PVC) 0.8 <
تخته های چندلایه به ضخامت ¼ اینچ 0.7
پوشش فویل کرافت (لمینیت) 0.5
پوشش پلی اتیلنی به ضخامت 0.004 اینچ 0.08
عایق الاستومری EPDM به ضخامت 1.5mm 0.03
فویل آلومینیوم به ضخامت 0.001 اینچ 0.01
فوم پلی اتیلن کراس لینک XLPE 0.001 >
ترکیب پشم شیشه و قیر (ایزوگام) 0.001 >

 

برای مقایسه، ضریب نفوذ گچ ساختمانی، 50 perm است.

 

 

 

کلمات کلیدی: عایق های رطوبتی، عایق ضدبخار، پوشش ضدبخار، پوش کرافت، ، پلی اتیلن، فویل آلومینیوم

 

 

طراحی عایق رطوبتی

 

در طراحی عایق رطوبتی مراحل زیر در نظر انجام می شوند:

1-      مقدار رطوبت نسبی و دمای فضای درونی اندازگیری می شود یا تخمین زده می شود.

2-      سپس دمای چگالش (Dew Point) فضای درونی با استفاده نمودارهای رطوبت نسبی، مشخص می شود.

3-      دمای چگالش با دمایی که فضای درونی در زمستان مقایسه می شود. دمای فضای درونی در زمستان را می توان با استفاده از نمودارهای هواشناسی در فصل زمستان، تقریب زد.

4-      اگر دمای فضای درونی از دمای چگالش کمتر باشد، به عایق رطوبتی نیاز است.

 

در طراحی عایق ضدرطوبت برای سقف، باید دمای نهایی دو سطح عایق مدنظر باشد به طوری که دمای سطح عایق همواره گرم تر از نقطه چگالش باشد. دمای سطح عایق ضدرطوبت، تابعی است از دمای هوای درون و بیرون از ساختمان و مقاومت حرارتی سیستم عایق حرارتی. با استفاده از رابطه تقریبی زیر، می توان دمای سطح عایق ضدرطوبت را تخمین زد:

 

 

که در آن

TX : دمای سطح عایق ضدرطوبت

Ti : دمای هوای داخلی (قابل کنترل توسط طراح)

T0 : دمای هوای بیرون (سردتر از Ti)

RX : مجموع ضرایب مقاومت حرارتی مواد از طرف داخل تا سطح عایق حرارتی

Rt : مجموع ضرایب مقاومت حرارتی تمامی المان های سازه سقف می باشند.

دمای سطح عایق رطوبتی باید همواره از دمای چگالش کمتر باشد. دمای چگالش را می توان با داشتن میزان رطوبت نسبی، از هندبوک ASHRAE استخراج کرد. اگر دمای عایق به دمای چگالش رسید، باید عایق حرارتی بیشتری روی عایق رطوبتی قرار داد که متعاقبا مقدار Rt افزایش می یابد. در جدول زیر دمای چگالش متناسب با رطوبت نسبی و دمای درون ساختمان ارائه شده است.

 

 

رطوبت نسبی در مکان های مختلف در زمستان، تقریبا به صورت زیر است

 

نوع محل رطوبت نسبی (در زمستان)
دفتر و مکان های اداری 30-50%
بیمارستان 30-55%
اتاق کامپیوتر 40-50%
انبار 40-50%
استخر 50-60%
کارگاه نساجی 50-85%

 

همچنین می توان از رابطه زیر برای تقریب حداقل R (ضریب انتقال حرارت) لازم برای جلوگیری از چگالش، استفاده نمود:

 

 

که در آن پارامترها به قرار زیر می باشد:

RX : ضریب مقاومت حرارتی حداقلی است که باید در بالای عایق حرارتی وجود داشته باشد تا چگالش رخ ندهد.

Rvr : مجموع مقاومت حرارتی المان های زیر عایق رطوبتی

Ti : دمای فضای داخلی

T0 : دمای فضای خارجی

Tvr : دمای مورد نیاز سطح عایق رطوبتی، به طوری که چگالش رخ ندهد. مثلا دمایی 2-3 درجه بالاتر از نقطه چگالش

Re : مجموع مقاومت حرارتی المان های بالای عایق (المان های سقف) که شامل RX نمی شود.

 

نکاتی در مورد پوشش ها و عایق های ضد بخار و ضدرطوبت

–          از آنجا که پوشش های ضد بخار و ضد رطوبت در معرض رطوبت، آلودگی های شیمیایی و قارچی و ارگانیزم های درون خاک هستند، می بایست در دراز مدت پایداری و خواص خود را حفظ کنند. بهتر است در ساخت این نوع عایق ها، از رزین های بازیافتی استفاده نشود چراکه در مقابل مواد شیمیایی درون خاک تجزیه می شوند. لمینیت های کاغذی نیز در مقابل رطوبت پایدار نیستند.

–          بیشتر مشکلاتی که پس از نصب عایق های ضدرطوبت یا ضدبخار بوجود می آید، مربوط به عیب هایی نظیر پارگی، شکاف و سوراخ در سطح عایق است. باید در حین نصب دقت شود تا کمترین آسیب ممکن به عایق وارد شود. خواص مکانیکی خوب، مانند استحکام کششی بالا و مقاومت در مقابل سوراخ شدن، به همراه ضریب نفوذ رطوبت کم از مشخصاتی است که باید در حین انتخاب عایق ضدبخار مورد توجه قرار گیرند. (مشخصات کامل این نوع عایق ها در استاندارد ASTM E-1745 ذکر شده است).

–          می بایست از تماس مستقیم عایق ضدبخار و ضدرطوبت با ذرات و دانه های تیز و برنده، مانند سنگ های کوچک درون خاک یا پودر فلزات و پلیسه، تا حد امکان توسط یک ماده واسط جلوگیری شود.

 

 

 

 

 

 

استانداردهای عایق های رطوبتی

 

ASTM E 1745 Standard Specification for Plastic Water Vapor Retarders Used in Contact with Soil or Granular Fill Under Concrete Slabs

 

ASTM E 154 Standard Test Methods for Water Vapor Retarders used in Contact with Earth Under Concrete Slabs, on Walls, or as Ground Cover

 

ASTM D 1709 Standard Test Methods for Impact Resistance of Plastic Film by the Free-Falling Dart Method

 

ASTM D 882 Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting

 

ASTM D 638 Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics

 

ASTM F 1249 Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor

 

ASTM E 96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials

 

ASTM E 1643 Standard Practice for Installation of Water Vapor Retarders Used in Contact with Earth or Granular Fill Under Concrete Slabs

 

ACI 302.2R-06 Guide for Concrete Slabs that Receive Moisture-Sensitive Flooring Materials

 

 

 

آموزش

عایق حرارتی

عایق های حرارتی گرم و سرد

یکی از مهمترین پارامترها در انتخاب نوع عایق , محدوده دمای کارکردی عایق است. برای هر عایق , بسته به جنس آن , محدوده دمای کاری مشخصی تعریف می شود: بدین معنی که عایق در آن محدوده دمایی, بهترین عملکرد را خواهد داشت. برخی عایق ها, در خارج از محدوده دمای کاری, خواص خود را از دست می دهند. مثلا عایق های سلولی پلی اولفینی , جزء عایق های ترمو پلاستیک(Thermoplastic) محسوب می شوندبه  طوری که اگر دما, به بیش از محدوده دمای کاری برسد, ناگهان دچار تغییر شکل پلاستیک شدید می شوند. بنابراین, قبل از عایق کاری باید شرایط و دمای محیط و سیستمی که قرار است عایق شود, مشخص شود و با توجه به محدوده دمای کاری , عایق مناسب انتخاب شود. عایق ها را می توان از نظر محدوده دمای کاری به سه دسته گرم و سرد و دما متوسط تقسیم بندی نمود.

 

 

عایق های گرم

عایق های گرم بیشتر برای عایق کاری نواحی و تجهیزاتی استفاده می شوند که دمای کاری آنها بیشتر از دمای اتاق است. همچنین این عایق ها به عنوان عایق حرارتی مخصوص ساختمان و عایق کاری دیوارها و سقف ها نیز استفاده می شوند. از عایق های گرم می توان در عایق کاری خطوط انتقال گرم نیز , مانند موتور خانه ها, سیستم های گرمایش و دودکش ها, استفاده کرد. محدوده دمای کاری این نوع عایق ها معمولا بین 25 درجه سانتی گراد الی 600 درجه سانتی گراد است. انواع رایج عایق های گرم موجود در بازار در جدول زیر ارائه شده اند:

 

نوع عایق گرم محدوده دمای کاری (متوسط)
پشم سنگ -200C الی 6000C
پشم سرباره -200C الی 6000C
پشم شیشه -200C الی 4500C
پشم سرامیک -250C الی 10000C
فوم شیشه -4500C الی 4500C
پرلیت قابل گیری شده 750C الی 4500C
ایروژل 500C الی 5000C
عایق فله ای معمولا از جنس پشم سنگ، شیشه یا پلی یورتان است

 

 

عایق های سرد

عایق های سرد بیشتر برای عایق کاری خطوط سیستم های تهویه و کانال های انتقال گاز یا مایعات استفاده می شود. این نوع عایق ها معمولا ضریب نفوذ آب و بخار بسیار پایینی دارند و در نتیجه از چگالش (تبرید) بخار جلوگیری می نمایند. این خاصیت آنها برای عایق کاری سردخانه ها,یخچال ها و خنک سازها, عایقی ایده آل معرفی می کند. محدوده دمای کاری این نوع عایق ها به طور متوسط بین 100- الی 100 درجه سانتی گراد است. در صورتی که دمای محیط یا خط انتقال لوله , از محدوده دمای کاری فراتر نرود, می توان از این نوع عایق ها در عایق کاری خطوط گرمایش مانند شوفاژ و موتورخانه نیز استفاده کرد. انواع عایق های سرد موجود در بازار در جدول زیر ارائه شده اند:

نوع عایق سرد محدوده دمای کاری (متوسط)
فوم های الاستومری (NBR & EPDM) -1800C الی 1000C
پلی استایرن (EPS / XPS) -1800C الی 750C
فوم های پلی اتیلن (EPE / XPE) -1000C الی 1100C
فوم پلی یورتان -300C الی 1100C
فوم شیشه -4500C الی 4500C
فنولیک -1800C الی 1250C
فوم پلی ایزوسیانورات -1700C الی 1500C

 

عایق های دمای بسیار بالا ( نسوز – Refractory )

این نوع عایق ها توانایی حمل دمای بسیار بالایی را دارند و بیشتر در صنایع خاص مانند کوره های ذوب و کوره های عملیات حرارتی و همچنین به عنوان عایق ضد آتش استفاده می شوند. نوع بسیار رایج این نوع عایق در بازار, پشم سرامیک است که نوع V آن تا دمای 1650 درجه سانتی گراد را نیز تحمل می کند. همچنین سیلیکات کلسیم نیز از انواع عایق های نسوز محسوب می شود. برخی از انواع خاص پشم سنگ که رزین های مخصوص دارند, می توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کرده و در این دسته بندی جای گیرند. بیشتر مواد نسوز که در مصارف ساختمانی و برای دماهای بسیار بالا ( بالاتر از 1300 درجه سانتی گراد) استفاده می شوند, شامل ماسه,شن,آجر نسوز می شود که در دسته خاصی از عایق ها قرار می گیرند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد خواص فیزیکی انواع مختلف عایق ها, به انواع عایق ها مراجعه فرمایید.

 

آموزش

عایق صوت

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 20Hz تا 20000Hz 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 20Hz-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 10Hz هستند و دامنه فرکانسی به بازه های مثلا [0-10Hz], [10-20Hz], … [19990-20000] تقسیم بندی می شود. در روش دوم نسبت عدد بزرگ به کوچک بازه مساوی است و مثلا همیشه عدد بزرگ بازه (حد بالای بازه) 2برابر عدد کوچک بازه(حد پایین بازه) است. مثلا بازه به این صورت تقسیم بندی می شود: [90-180], [180 – 360], [360-720]. اگر نسبت حدبالای بازه به حد پایین بازه 2 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 1/3 (یک سوم) است که نسبت حد بالایی به حد پاینیی بازه، جذر مرتبه سوم دو (تقریبا 26/1) می باشد. اکتاوهای 1/12 و 1/24 نیز در تحلیل فرکانسی استفاده می شوند.

 

 

 

دسیبل (dB)(Decibel):

دسیبل واحدی است لگاریتمی (با پایه 10) 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:

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]

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

 

مثلا منبع صوتی با شدت توان صوتی 1W، سطح توان صوتی دارد برابر با:

LW = 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]

LP = 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:

LP = LW + 10* Log (1/4πr2) (dB)

 

مثلا منبع صوتی با شدت صوت 60dB، در فاصله 20 متری شدت صوتی برابر 23dB و در فاصله 40متری شدت صوتی برابر 17dB خواهد داشت:

LP(20m) = 60dB + 10Log(1/4π202) = 23dB

LP(40m) = 60dB + 10Log(1/4π402) = 17dB

 

 

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]

LI = 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
0 آستانه شنوایی اتاق تست صوتی
10 بسیار ساکت تنفس معمولی
20 ساکت نجوا با یک نفر در یک اتاق ساکت
30 ساکت خانه معمولی – رادیو آرام – مکالمه معمولی
40 معمولی رادیو – دفتر کار ساکت – موتور خودرو سولو
50 شلوغ مکالمه در محل کار
60 شلوغ دفتر کار شلوغ – رادیو بلند
70 سر و صدای بلند خیابان شلوغ – مشاجره
80 سر و صدای بلند جاروبرقی – برهم زدن درب
90 بسیار شلوغ و سروصدای بلند درون اتوبوس شهری – چاپخانه
100 بسیار شلوغ و سروصدای بلند صدای بوق خودرو از فاصله 6 متری – اره برقی در فاصله 1 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 200C) سرعت صوت تقریبا ثابت بوده و برابر است با تقریبا c ≈ 340m/s .

در مواد دیگر و در دمای 200C سرعت صوت متغیر است مثلا در:

شیشه: 5500-6000m/s

آلومینیوم/ فولاد: 5100m/s

چوب: 3400-4500 m/s

سیمان / بتون: 4000m/s

آجر: 3600m/s

یخ: 3100m/s

آب: 1500m/s

پشم های معدنی: 180m/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: 1- هوابرد (Airborne) و 2- 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:                   II = IR + IA + Itr

Ii: شدت صوت اولیه موج برخورد کننده به دیوار            Ir: شدت صوت موج منعکس شده

Ia: شدت صوت موج میرا شده                                Itr: 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 100% 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 60dB کاسته شود. (برای اطلاعات بیشتر به آکوستیک اتاق مراجعه فرمایید.)