تعاریف پارامترهای تعیین کننده عملکرد عایق های حرارتی

عایق های حرارتی از مواد مختلفی تولید می شود که این مواد موانع بسیار خوبی در برابر انتقال حرارت می باشند. تعاریف زیر به بهتر شناختن عایق های حرارتی و مقایسه عملکرد آن ها با یکدیگر و انتخاب عایق حرارتی بهینه کمک می کند.

ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه

ظرفیت گرمایی به مقدار گرمایی گفته می شود که باید به یک ماده داده شود تا دمای آن یک درجه بالا رود. این پارامتر یکی از خواص فیزیکی ماده است که با C شناخته می شود و واحد آن در سیستم SI ژول بر کلوین (J/K) است.
گرمای ویژه، مقدار گرمای لازم می باشد که به واحد جرم ماده داده می شود تا دمای آن یک درجه بالا رود. گرمای ویژه را با C_m نشان گذاری می کنند و واحد آن در سیستم SI ژول بر کلوین بر کیلوگرم (J/K.Kg) است.
با توجه به تعاریف ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه، ظرفیت گرمایی هر ماده برابر است با گرمای ویژه آن ضرب در جرم ماده.

ضریب انتقال حرارت (ضریب هدایت گرمایی)

ضریب هدایت گرمایی با k مشخص می شود و عبارت است از مقدار گرمایی که ماده می تواند در واحد ضخامت و در دمای مشخصی از خود عبور دهد. عایقی مناسب تر است که ضریب هدایت گرمایی کمتری داشته باشد، هر چقدر که این مقدار کمتر باشد عایق میزان کمتری انرژی از خود عبور می دهد و عملکرد بهتری داد.
واحد ضریب انتقال حرارت در سیستم SI وات بر متر بر درجه کلوین (W/m.K) است و در سیستم بریتیش، واحد گرمای بریتیش (Btu) بر فوت بر درجه فارنهایت (Btu/hft.F) می باشد.
ضریب انتقال حرارت در عایق های حرارتی وابسته به اختلاف دمای دو سطح عایق، چگالی و طول عمر آن ها می باشد. هر چقدر که دمای بالاتر باشد، ضریب انتقال حرارت در عایق افزایش می یابد، همچنین کاهش چگالی و افزایش طول عمر عایق حرارتی باعث افزایش میزان انتقال حرارت از آن و ضریب انتقال حرارت می شود.
نمودار زیر تغییرات ضریب انتقال حرارت با افزایش دما را برای دو عایق حرارتی با چگالی های مختلف نشان می دهد.

مقاومت حرارتی

مقاومت حرارتی معکوس ضریب انتقال حرارت می باشد و در واقع مقاومت ماده در برابر انتقال گرما است. مقاومت حرارتی را با R نمایش می دهند و برابر است با عکس ضریب انتقال حرارت ضرب در ضخامت ماده.

R=d/K

واحد مقاومت حرارتی در سیستم SI متر مربع در کلوین بر وات (m2.0K/W) می باشد.
عملکرد یک عایق حرارتی بر اساس مقدار مقاومت حرارتی آن، R، سنجیده می شود. هر چقدر که این عدد بزرگتر باشد گرمای کمتری از عایق حرارتی عبور می کند و عایق راندمان بالاتری دارد. بهینه بودن عایق حرارتی با استفاده از این پارامتر تعیین می گردد.
با توجه به رابطه بین مقاومت حرارتی و ضریب انتقال حرارت، نمی توان نتیجه گرفت که با دو برابر کردن ضخامت عایق حرارتی مقدار اتلاف حرارت نیز نصب می شود. میزان کاهش در انتقال حرارت بصورت نمایی با افزایش ضخامت افزایش می یابد، مثلا در ضخامت های کم عایق با افزیش ضخامت، میزان اتلاف حرارت بصورت چشمگیری افزایش می یابد اما با افزایش بیشتر ضخامت از شدت اولیه کاهش اتلاف حرارت کاسته می شود.

توجه داشته باشید که در عایق های تابشی ضریب انعکاس عایق تعیین کننده کارایی می باشد نه مقاومت حرارتی. ضریب انعکاس یک ماده عددی است بین صفر تا 1 و نشان دهنده کسر انعکاس انرژی تابشی به ماده می باشد. موادی به عنوان عایق های تابشی استفاده می شوند که میزان انعکاس نور بالای داشته باشند در حالی که میزان جذب نورشان پایین باشد.