عایق ایروژل چیست و چه کاربردی دارد؟ ویژگی‌ها، مزایا و معایب

عایق کاری ساختمان و استفاده بهینه از انرژی همیشه یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسان و طراحان بوده است. گزینه‌های زیادی برای عایق کاری به شیوه‌های مختلفی در دسترس هستند که هر یک هم ویژگی‌های خاص خود را دارند. در این مقاله از بهدی سازه قصد معرفی عایق ایروژل یا هواژل را داریم که چند سالی است استفاده از آن در ساختمان سازی رواج یافته است. در ادامه به بررسی ویژگی‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای آن در بخش‌های مختلف ساختمان مانند سقف و دیوار می‌پردازیم.

اجرای عایق حرارتی را به بهترین‌ها بسپارید

عایق ایروژل چیست؟

عایق هواژل سبک‌ترین ماده جامد شناخته شده است. این عایق با جایگزین کردن قسمت مایع ژل با گاز به دست می‌آید که باعث می‌شود چگالی آن به شدت کاهش یابد، کلمه ایروژل به این دلیل است که این مواد از ژل‌ها ساخته شده‌اند؛ اما این ماده بر خلاف اسمش، ماده‌ای سخت و خشک است و در ظاهر شباهتی به ژل ندارد به طوری چگالی آن تنها سه برابر چگالی هوا است. عایق گرما و سرما بودن از جالب‌ترین ویژگی‌های این ماده است. ایروژل‌ها یک ساختار متخلخل باز، شبیه به لانه زنبوری دارند. در حقیقت آن‌ها مواد جامد با چگالی پایین هستند که ساختاری به شکل نانو حفره دارند.

بیشتر بخوانید: عایق الاستومری چیست؟ کاربردها + مزایا و معایب آن

ایروژل یکی از انواع مواد متخلخل سنتزی است. در مقایسه با سایر مواد عایق، ایروژل دارای خواص صوتی فوق‌العاده و هدایت گرمایی بسیار پایین است. این ماده همچنین دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی بسیار خوب، مانند ساختار شفاف است؛ بنابراین، این ماده به عنوان یکی از بهترین مواد عایق برای کاربردهای ساختمانی در نظر گرفته می‌شود. 

ویژگی‌های عایق ایروژل

عمده مزایای عایق‌های ایروژل به ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌ها بر می‌گردد که در جدول زیر به آن‌ها اشاره شده است.

انواع ایروژل

ایروژل‌ها را بر اساس جنس و ترکیب می‌توان در چهار دسته پلیمری، معدنی، آلی و طبیعی تقسیم بندی کرد.

• ایروژل معدنی: ایروژل سیلیکا، اکسید تیتانیوم و زیرکونیا
• ایروژل آلی: ایروژل‌های کربنی
• ایروژل طبیعی: ایروژل‌های طبیعی
• ایروژل‌های پلیمری: ایروژل پلی یورتان

عایق ایروژل چگونه ساخته می‌شود؟

ماده ‌ایروژل یک محصول کاملاً مهندسی شده است که به طور مصنوعی در آزمایشگاه ساخته می‌شود. فرآیند ساخت آن طبق چند مرحله زیر صورت می‌گیرد.

مرحله اول؛ آماده سازی

در فرآیند آماده سازی ژل، برای شکل دادن یک شبکه سه بعدی پیوسته در مایع، نانو ذرات جامد در مایع پراکنده می‌شوند. پس از این که ژل آماده شد، به منظور جلوگیری از فشرده شدن در طول پروسه خشک کردن، اصطلاحاً آن را در محلول مادر پیر فرو می‌بردند.

مرحله دوم؛ پیرسازی ژل

روش‌های معمول پیرسازی شامل ترکیبات اتانول-سیلوکزان است. پس از پیرسازی ژل، قبل از مرحله خشک کردن باید تمام آب درون حفره‌ها برداشته شود که این کار می‌تواند به ‌وسیله شستن ژل با اتانول و هپتان انجام شود.

مرحله سوم؛ خشک کردن ژل

پس از فرآیند پیرسازی، ژل خشک می‌شود. خشک کردن، مرحله نهایی است. به طور کلی برای خشک کردن ایروژل دو روش مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل خشک‌سازی با فشار محیط و خشک‌سازی فوق بحرانی است.

کاربردهای عایق ایروژل در ساختمان سازی

ایروژل‌ها با تکیه بر ویژگی‌های منحصر به فردی همچون چگالی حجمی بسیار پایین، ساختار متخلخل و ضریب شکست پایین کاربردهای زیادی را در عایق کاری بخش‌های مختلفی از ساختمان‌ها پیدا کرده‌اند که در زیر بیشتر به آن‌ها پرداخته شده است.

• عایق کاری دیوارهای داخلی: عایق کاری دیوارهای داخلی به طوری که مواد عایق شفاف نه تنها عملکرد مشابهی با مواد کدر دارند؛ بلکه تلفات گرمایی را کاهش می‌دهند، دمای داخل محیط را کنترل می‌کنند و انتقال انرژی خورشیدی بیش از ۵۰ درصد را ممکن می‌سازند. با ضخامت کمتر از ۲۰ سانتی‌متر، این مواد دارای بازگشت مالی برای ساکنان ساختمان هستند و گرمای مطبوع داخلی ساختمان را به مخاطره نمی‌اندازند.
• عایق کاری در و عایق کاری پنجره: مطالعات نشان داده است که با استفاده از ایروژل می‌توان پنجره‌های باریک‌تر، بدون کاهش ضریب خورشیدی و کاهش قابل توجه نور روز ساخت. علاوه بر این، در این پنجره‌ها مقدار تلفات گرمایی به میزان ۵۵ درصد کاهش می‌یابد. خاصیت انتقال نور این نوع پنجره‌ها بیش از ۹۰ درصد است که حدوداً ۱۲ درصد بیشتر از پنجره‌هایی است که از این نوع ایروژل استفاده نمی‌کنند. با افزایش ضخامت فیلم‌های ایروژلی، هدایت گرمایی این نوع پنجره‌ها کاهش می‌یابد.
• عایق کاری نما: خاصیت عایق حرارتی و صوتی ایروژل‌ها این مواد را برای کاربرد در عایق کاری نمای بسیار مناسب کرده‌اند. به طوری که می‌توانند نقش مؤثری در کاهش ورود آلودگی‌های صوتی به فضای داخل ساختمان و همچنین اتلاف انرژی داشته باشند. عایق حرارتی به ضخامت ۵-۷-۱۰ سانتی‌متر را با جزئیات سخت و پیچیده کنار گذاشته و با یک لایه ۲ و ۳ میلی‌متری در روی سطح داخلی دیوار فضا را عایق بندی حرارتی می‌کنید.
• عایق کاری سقف: از ایروژل دانه‌ای به عنوان عایق فله‌ای استفاده می‌شود و معمولاً در عایق کاری نورگیرها و شیشه‌های سقفی از آن استفاده می‌گردد.

مزایای عایق ایروژل

• عایق‌های معمولی رایج عمدتاً موادی سنگین بوده و بار مرده روی ساختمان را افزایش می‌دهند اما عایق‌های ایروژل موادی بسیار بسیار سبک هستند و می‌تواند وزن سازه را به میزان بالایی کاهش دهند.
• به دلیل ساختار متخلخل و شفافی که دارند، آن را برای عایق کاری پنجره‌ها و سقف‌های شفاف بسیار مناسب کرده است زیرا هم میزان عبور نور خورشید را افزایش می‌دهند و هم از اتلاف انرژی جلوگیری می‌کنند.
• مقاومت ایروژل‌ها در مقایسه با بسیاری از مواد عایق دیگر بسیار خوب است.
• عایق‌های ایروژل یا هواژل در مقابل نور خورشید مقاوم هستند و دچار هیچ گونه پوسیدگی و سوختگی نمی‌شوند.
• دوام و ماندگاری عایق‌های ایروژل در مقایسه با بسیاری از دیگر مواد عایق بهتر است.
• بر خلاف بسیاری از مواد عایق که تنها در خصوص یک جنبه از عایق (صوتی یا حرارتی) کاربرد دارند، عایق‌های ایروژل به عنوان عایق صوتی و حرارتی عملکرد بسیار خوبی دارند.

معایب عایق‌های ایروژل

شاید بتوان قیمت مربوط به استفاده از عایق‌های ایروژل را مهم‌ترین محدودیت و عیب این محصولات دانست. قیمت ایروژل‌ها هنوز گران است، به عنوان مثال قیمت پنجره ایروژلی شش برابر پنجره دولایه است. قیمت این ماده به طور پیوسته در حال کاهش است، در واقع بازار جهانی ایروژل چندین برابر شده است.

بیشتر بخوانید: الیاف FRP چیست ؟ کاربرد، مزایا، معایب و ویژگی‌های آن کدام است؟

ایروژل‌های سیلیسی به‌  وسیله خشک کردن محلول‌های سیلیکات سدیم تولید می‌شوند. آن‌ها پودرهای بسیار سبک و آب‌گریز هستند. در گذشته به دلیل خطرات سلامتی که با استنشاق آن‌ها به وجود آمده است، کاربردهای گسترده آن محدود شده است. سیلیس آمورف دارای خطرات سلامتی کم‌تری است، اما استنشاق گرد و غبار که حاوی بلورهای سیلیس است منجر به بیماری‌های تنفسی مانند آسم می‌شود.

سخن آخر

عایق‌های ایروژل به دلیل برخورداری از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی مانند چگالی بسیار پایین، ساختار متخلخل و شفاف از بالقوه‌ترین مواد مهندسی شده به ویژه برای کاربرد در صنعت ساختمان سازی هستند. در حال حاضر استفاده از این مواد به دلیل هزینه بالایی که دارند هنوز چندان به صرفه نیست اما انتظار می‌رود که سال به سال قیمت آن‌ها کاهش یابد. خوشحال خواهیم شد نظرات و پرسش‌های خود را در این خصوص با ما در میان بگذارید.