در اجرای سیستم گرمایش‌کفی، انتخاب عایق کف مناسب نقش بسیار مهمی در جلوگیری از هدررفت انرژی و افزایش کارآیی این سیستم دارد. برای انتخاب عایق مناسب، خوب است با بررسی دو عایق پرکاربرد در این سیستم، یعنی عایق پلی استایرن (یونولیت) همراه با نایلون حبابدار متالایز و عایق شانه تخم‌مرغی، بتوانیم انتخابی بهینه داشته باشیم.
بدیهی است که پیش از اجرای سیستم گرمایش‌کفی، باید کلیه لوله‌کشی‌ها در کف از جمله لوله‌کشی‌های فاضلاب، آبرسانی، برق ساختمان، برق ترموستات‌های گرمایش‌کفی و خطوط تغذیه کلکتورهای سیستم گرمایش‌کفی، همچنین نصب جعبه کلکتورهای سیستم گرمایش‌کفی انجام گیرد و ایزولاسیون کف در نقاط ضروری مانند آشپزخانه‌ها و سرویس‌ها انجام شده باشد. همچنین جعبه کلکتور گرمایش‌کفی باید در محل مشخص‌شده در نقشه نصب و سپس تمام لوله‌های اجرا شده در کف با ملات پوشش داده شوند تا یک کف کاملاً مسطح برای شروع اجرای سیستم گرمایش‌کفی آماده شود.
در صورت مسطح نبودن کف، ضخامت ملات روی لوله‌ها در برخی نقاط ممکن است با سایر سطوح متفاوت باشد که این امر منجر به ایجاد تاخیر زمانی در گرم و سرد شدن سیستم در نقاط مختلف خواهد شد.
اولین مرحله در اجرای سیستم گرمایش‌کفی، نصب عایق کف است. عایق کف از انتقال حرارت به سمت پایین جلوگیری کرده و مانع هدررفت انرژی می‌شود در نتیجه نحوه نصب عایق کف و پوشش ملات از نکات مهمی است که تأثیر زیادی بر کارایی سیستم دارد.
ملات باید با ضخامت یکنواخت و مناسب محیط بیرونی لوله‌ها را پوشش دهد و با ارتفاع 5 تا 7 سانتیمتر از روی ورق حبابدار متالایز اجرا شود. پوشش ملات وظیفه انبارش، انتقال و توزیع گرما به سطح کف را دارد. اگر ملات به‌طور یکنواخت توزیع نشود، ممکن است نقاطی از کف با دمای متفاوت ایجاد شود که عملکرد ضعیف سیستم را به همراه خواهد داشت. از این رو، استفاده از ملات مناسب با پوشش یکنواخت، برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم و افزایش احساس راحتی محیط از اهمیت زیادی برخوردار است. برای انتخاب بهینه عایق مناسب کف، خوب است چند نکته را مدنظر داشته باشیم.
هرچه چگالی عایق کمتر باشد، عملکرد آن در عایق‌بندی صوت بهتر است؛ درحالی‌که چگالی بالاتر، موجب بهبود ویژگی‌های عایق‌بندی حرارتی می‌شود. معمولا از چگالی 20 کیلوگرم بر متر مکعب عایق پلاستوفوم (یا همان پلی‌استایرن انبساطی که در بازار به عنوان یونولیت نامیده می‌شود) استفاده می‌شود.
طبق مبحث بند 14-10-4-4 مقررات ملی ساختمان، حداقل مقاومت حرارتی برای عایق کف سیستم گرمایش کفی بین فضاهای مختلف به صورت زیر تعیین شده است:
همان طور که در جدول بالا مشخص است، مقاومت حرارتی عایق روی فضای گرم شده باید 0.75 m2k/w و روی فضای باز (مثل پارکینگ) باید 1.25 m2k/w باشد. در مبحث 19 ضریب هدایت موثر پلاستوفوم چگالی 19 تا 24 کیلوگرم بر مترمکعب، 0.042 w/mk (وات بر متر درجه کلوین) مشخص شده است. پس ضخامت عایق مورد نیاز m 0.75*0.04=0.03 یا سه سانتیمتر برای بین طبقات و روی پارکینگ حدود 5 سانتیمتر است (مگر این که خود کف دارای عایق باشد).
نکته بسیار مهم دیگر، این است که بتن روی لوله‌ها باید از عایق کف، ایزوله شود. در استاندارد ایران 18518، که ترجمه استــــانــدارد اروپــایی 1264 DIN EN است، به صراحت تاکید شده که عایق باید توسط یک لایه محافظ پوشانده شود تا آب و شیره بتن به داخل عایق نفوذ نکند. این موضوع در مورد درز بین عایق‌ها نیز صدق می‌کند؛ یعنی درز بین پنل‌های عایق نباید طوری باشد که ملات گرمایش کفی به مابین قطعات عایق نفوذ کند. در صورت لزوم، برای جلوگیری از نفوذ ملات خیس، باید درز بین قطعات عایق، آب‌بندی شود.
محل اتصال عایق كناری نیز باید به طور مشابه آب‌بندی شود. بند 4-1-2-2-2 استاندارد 18518 به این نکته اشاره می‌کند که لایه محافظ باید تا روی لبه بالایی نوار عایق محیطی کشیده شود مگر آن که این نوار، خود دارای عملکرد محافظتی نیز باشد. نوار عایق محیطی می‌بایست کاملا به لایه عایق یا لایه محافظ چسبیده باشد تا از نفوذ اسکرید (یا همان بتن) مایع جلوگیری شود.
این موضوع از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا از ایجاد پل‌های حرارتی که منجر به هدررفت انرژی می‌شوند جلوگیری می‌کند و همچنین مانع خشک‌شدن غیریکنواخت بتن و ایجاد ترک در سطح ملات می‌شود؛ ترک‌هایی که ممکن است به لق شدن یا شکستگی پوشش کف منجر شوند. ضمن اینکه برای یکنواخت‌کردن بتن و جلوگیری از حبس هوا در آن، که موجب افزایش انتقال حرارتی بتن کف می‌شود، از افزودنی مخصوص استفاده می‌شود. جذب آب بتن و خشک‌شدن غیریکنواخت آن می‌تواند احتمال پوک‌شدن و ورود هوا به داخل بتن را افزایش دهد؛ عاملی که کارایی بتن را به عنوان یک انباره حرارتی کاهش می‌دهد.
نکته پایانی این که ملات روی لوله‌ها به عنوان انباره حرارتی سیستم عمل می‌کند و هر چه حرارت در سطح این ملات یکنواخت‌تر باشد، سیستم گرمایش کفی نیز از نظر تابشی موثرتر عمل خواهد کرد.
حال بیایید به دو روش اصلی اجرای عایق کف در سیستم‌های گرمایش کفی در ایران نگاهی بیاندازیم: اولین روش مجموعه پلاستوفوم با روکش ورق حبابدار متالایز و دومین روش، عایق شانه تخم‌مرغی.
بیشتر بخوانید: سیستم گرمایش کفی در مقررات ملی ساختمان
پلاستوفوم تخت با روکش ورق حبابدار متالایز
در این روش، قطعات پلاستوفوم (یونولیت) با ضخامت و چگالی موردنظر در کف خوابانده شده و ورق حبابدار متالایز روی آن قرار می‌گیرد. سپس درزهای ورق حبابدار با چسب پهن پوشانده می‌شود. همچنین ورق حبابدار باید در کناره‌ها به صورت عمودی بالا آمده و روی عایق کناری را بپوشاند. این کار از نفوذ شیرابه ملات به داخل عایق جلوگیری می‌کند. در نتیجه همانطور که اشاره شد، از ایجاد پل‌های حرارتی جلوگیری شده، بتن به صورت یکنواخت‌تری خشک می‌شود و در نتیجه احتمال پوکی یا ترک خوردن آن کاهش می‌یابد.
ورق حبابدار متالایز در این سیستم یك عنصر كلیدی است. این فویل نه تنها به واسطه وجود حباب‌های هوا، در نقش یک عایق عمل می‌کند، بلکه توسط لایه آلومینیوم گرمای ساطع‌شده از لوله‌های سوپرپایپ به سمت پایین را هم باز می‌تاباند. بر روی فیلم آلومینیوم یك لایه پاكت هوا حاوی بیش از 8000 حباب هوا در هر مترمربع وجود دارد كه فضای آزاد لازم برای بازتابش را میان لایه آلومینیوم و ملات را فراهم می‌آورد.
استفاده از ورق حبابدار متالایز، موجب افزایش میزان تشعشع به سمت بالا و در نتیجه کاهش میزان اتلاف ناشی از تابش به سمت پایین می‌شود. در مقایسه با سیستم گرمایش كفی بدون ورق حبابدار متالایز، به دلیل یکنواخت کردن بردارهای انتقال حرارت، به دمای آب گرم پایین‌تری برای دریافت مقدار حرارت خروجی مورد نظر نیاز است و این امر به معنی صرفه‌جویی بیشتر در مصرف انرژی است.
یکی از ویژگی‌های اصلی این روش، متعادل كردن میزان مواج بودن (Waviness)توزیع دما برروی سطح كف است. خواص تابشی ورق حبابدار متالایز، زمان گرم‌شدن اولیه سیستم (اینرسی حرارتی) را كاهش داده و اجازه می‌دهد سطح گرمایشی نسبت به تغییر شرایط، عكس‌العمل نسبتا سریع‌تری داشته باشد. ورق حبابدار متالایز نسبت به بخار آب نفوذ ناپذیر است، بنابراین مانع از ورود رطوبت به مواد عایق قرار گرفته در پایین می‌شود.
استاندارد DIN EN 1264-4، تركیب ورق حبابدار متالایز به همراه صفحات عایق پلی‌استایرن را جهت سیستم گرمایش كفی تایید می‌كند. عایق پلی‌استایرن با ورق حبابدار متالایز برای استفاده جهت حداكثر بار (KN/m2 (kPa 5 نه تنها در ساختمان‌های مسكونی بلكه در بخش‌های تجاری، بازرگانی، ساختمان‌های عمومی و غیره نیز مناسب است. استفاده از این تركیب، عایق‌بندی صوتی را هم افزایش می‌دهد.
نکته شایان ذکر در خصوص ورق حبابدار متالایز سوپرپایپ، ساختار هفت‌لایه آن است که باعث حفظ حباب‌ها در فرآیند نصب و بتنریزی می‌شود. همچنین یک لایه محافظ از خدشه‌دار یا پاک شدن لایه متالایز جلوگیری می‌کند.
پس از نصب عایق و ورق متالایز، لوله‌های سوپرپایپ مطابق نقشه ارائه‌شده خوابانده و با استفاده از بست‌های ریلی و بست‌های خاردار ثابت می‌شوند. با توجه به مسطح بودن مجموعه عایق، محدودیتی از نظر فواصل بین لوله‌ها، تغییر مسیر و خم‌کاری وجود ندارد.
پس از اتمام نصب، مدارهای گرمایش کفی با بتن مناسب و افزودنی مخصوص روی لوله‌ها پوشانده می‌شوند. به دلیل یکنواختی سطح، بتن، پوشش مناسب و حداکثری را بر جداره بیرونی لوله‌ها دارد. ارتفاع بتن نیز در همه جا یکسان است. این سطح یکنواخت و گرم، موجب می‌شود که انباره حرارتی به طور مناسب عمل کرده و گرما را به صورت تشعشعی به فضای موردنظر منتقل کند، به طوری‌که کارآیی سیستم به طور مطلوب تامین می‌شود.
بیشتر بخوانید: بررسی تغییرات مقررات ملی ساختمان در ارتباط با سیستم گرمایش کفی
عایق شانه تخم مرغی
عایق شانه تخم‌مرغی، معمولا شامل پلیت‌هایی از جنس پلاستوفوم است که برجستگی‌های استوانه‌ای یا چندضلعی دارد. این برجستگی‌ها به منظور تثبیت و نگهداری لوله‌ها طراحی شده‌اند و جایگزین بست ریلی و بست خاردار در سیستم قبلی هستند. این نوع عایق برای لوله‌های PEX طراحی شده و برای این لوله‌ها مناسب‌تر است چون لوله‌های پکس شکل‌پذیر نیستند و نصب آن‌ها در عایق یونولیت تخت (همراه با ورق حبابدار متالایز) دشوار است. به طور کلی مهمترین دلیل استفاده از این روش در پروژه‌‌ها و سیستم‌های گرمایش‌کفی، سهولت در اجرای آن است.
این عایق‌ها در دو نوع با روکش (معمولا در رنگ‌های سبز، آبی، یا سیاه) و بدون روکش (معمولا به رنگ سفید) عرضه می‌شوند. همان طور که گفته شد، به دلیل امکان نفوذ شیره ملات به داخل عایق، استفاده از نوع بدون روکش عایق شانه تخم مرغی طبق استاندارد مجاز نیست.
توجه به نحوه همپوشانی پلیت‌ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. معمولا دو نوع ساختار برای همپوشانی این عایق‌ها وجود دارد.
همانطور که ملاحظه می‌شود، در هر دوی این ساختارها درزبندی به طور کامل انجام نمی‌شود با این حال در ساختار تخت، امکان نفوذ شیرابه ملات بسیار بیشتر است که علاوه بر احتمال ایجاد پل‌های حرارتی، می‌تواند مشکلات دیگری که پیش‌تر ذکر شد را به دنبال داشته باشد.
در همین رابطه، مشکل درزبندی عایق کف با عایق پیرامونی نیز وجود دارد که بسیار حائز اهمیت است. همانطور که گفته شد، استاندارد 18518 تاکید می‌کند که محل اتصال عایق كناری نیز باید آب‌بندی شود اما در عایق شانه تخم‌مرغی به دلیل برجستگی‌ها معمولا این کار به درستی انجام نمی‌شود. مگر این که در حاشیه‌ها از یک پلیت تخت استفاده شود.
برجستگی‌های عایق شانه تخم مرغی اگرچه نصب راسریع‌تر و آسان‌تر می‌کنند، اما به دلیل کاهش سطح پوشش لوله با بتن (تا حد 30% از سطح لوله)، اجازه نمی‌دهند که تمامی توان انرژی حرارتی به بتن منتقل شود و به عنوان انباره حرارتی عمل کند. این امر در نتیجه باعث کاهش کارایی سیستم می‌شود.
از طرف دیگر، همین برجستگی‌ها باعث کاهش ظرفیت انباره حرارتی به میزان حدود 10 درصد خواهد شد که باز هم در کاهش کارآیی سیستم نقش دارد که باید با بالا بردن دمای آب سیستم و صرف انرژی بیشتر جبران شود.
برجستگی‌های عایق شانه‌تخم‌مرغی مانع پوشش کامل لوله توسط بتون گرمایش کفی می‌شوند.
در این روش، دو نکته قابل توجه دیگر نیز وجود دارد: نخست اینکه ضخامت عایق محدودیت انتخاب دارد. ثانیا به دلیل ساختار خاص این نوع عایق، استفاده از لایه بازتاباننده مانند نایلون حبابدار متالایز امکان‌پذیر نیست.
مثالی از محاسبه حجم انباره حرارتی سیستم گرمایش کفی
همانطور که اشاره شد، اصلی‌ترین وظیفه بتن حفظ انباره حرارتی است که ارتباط مستقیمی با حجم بتن مورد استفاده دارد.
فرض کنید می‌خواهیم یک اتاق با ابعاد 10×10 متر را به سیستم گرمایش‌کفی مجهز کنیم. مساحت اتاق برابر است با:
متر مربع 100 = 10×10
حجم بتن استفاده شده برای پوشش روی ورق حبابدار متالایز و لوله‌ها (با احتساب 5 سانتیمتر ضخامت بتن) برابر است با:
متر مکعب 5 = 0.05× 10×10
با توجه به ساختار عایق شانه تخم‌مرغی، در هر مترمربع تقریباً 70 تا 75 عدد برجستگی استوانه‌ای دایره‌ای یا هشت ضلعی با قطر تقریبی 5 سانتیمتر و ارتفاع 5/2 تا 3 سانتیمتر وجود دارد. حجم هر برجستگی را محاسبه می‌کنیم:
حجم =مساحت قاعده × ارتفاع
58 سانتیمتر مکعب = (5/2 × 5/2 × 14/3 )× 3
که معادل 0.000058 مترمکعب خواهد شد.
با توجه به اینکه در هر مترمربع عایق شانه تخم مرغی، 70 تا 75 عدد برجستگی داریم، تعداد برجستگی‌ها در 100 مترمربع برابر با 7000 خواهد بود. حال میزان حجم برجستگی‌ها را در 100 مترمربع محاسبه می‌کنیم:
مترمکعب 0.4 = 7000 × 0.000058
اگر همین مقدار را برابر با حجم بتنی در نظر بگیریم که می‌توانست باشد (ولی نیست!) متوجه می‌شویم مقدار بتن استفاده شده در مجموعه یونولیت و حبابدار متالایز حدودا 10 درصد بیشتر از سیستم شانه تخم مرغی است.
بتنی که انباره حرارتی سیستم گرمایش‌کفی است و به جای آن عایق (برجستگی از جنس پلاستو فوم) قرار دارد و همین‌طور سطحی از لوله که به جای انتقال حرارت به بتن، به عایق تکیه دارد، اصلی‌ترین دلایل پایین آمدن راندمان سیستم در عایق شانه تخم‌مرغی هستند.
نتیجه‌گیری
با یک بررسی ساده، متوجه می‌شویم که استفاده از سیستم عایق یونولیت تخت همراه با ورق حبابدار متالایز، انتخاب بهینه‌تری نسبت به عایق شانه تخم‌مرغی است زیرا:
1- وجود عایق حبابدار متالایز باعث بازتابش 96 درصدی گرمایش تابشی به سمت بالا می‌شود.
2- استفاده از حجم بیشتری از بتن در یک سطح مشخص، عمکرد انباره حرارتی سیستم را بهبود می‌بخشد.
3- پوشش کامل لوله با بتن موجب افزایش راندمان سیستم می‌شود.
4- ایجاد ارتفاع یکنواخت و یکسان از بتن روی لوله‌ها، توزیع یکنواخت انرژی حرارتی در سطح را تضمین می‌کند.
انتخاب با شماست.
این مقاله در شماره ۵۷ نشریه مجری منتشر شده است. مجری تنها نشریه فارسی‌زبان ویژه مجریان تأسیسات و مهندسان ناظر است که از سال ۱۳۸۱ با هدف ارتقای دانش فنی منتشر می‌شود. این نشریه، که به‌طور رایگان در اختیار متخصصان صنعت قرار می‌گیرد، بستری برای انتقال دانش به‌روز، معرفی راهکارهای نوین و تقویت ارتباط میان فعالان این حوزه است.