شیشه های دوجداره و شیشه های خود تمیز شونده

شیشه دو جداره ؛ استانداردها و ضرورت استفاده از آن

 

شناخت بیشتر شیشه های دوجداره

آلودگی های زیست محیطی از آلودگی هایی ست که گریبانگیر آن دسته از شهروندانی است که در مناطق جنوبی، غربی و مرکزی کشور سکونت دارند. طوفان شن و گرد و خاک همه ساله مهمان ناخوانده بسیاری از استان های کشور است به گونه ای که اداره جات و مدارس به دلیل آلودگی هوا با تعطیلی های پیش بینی نشده روبرو می شوند.آلودگی های صنعتی به عنوان شایع ترین آلودگی در سراسر کشور در همه شهرها با تفاوت درجه جامعیت دارد. کلانشهرهای ایران همواره با این معضل بزرگ دست و پنجه نرم می کنند. دود و دم موجود در هوا بسیاری از شهروندان را با بیماری های تنفسی روبرو نموده و تعداد افرادی که از این دسته بیماری ها رنج می برند روز به روز افزایش می یابد.

استفاده از شیشه های دو جداره یا چند جداره به فراخور محیط زندگی می تواند تا حدود زیادی از نفوذ انواع آلودگی به محیط داخلی ساختمان ها جلوگیری نماید.

 

تاریخچه شیشه دوجداره

اولین بار استفاده از شیشه به بیش از سه هزار سال قبل، در شهر بابل بر می گردد که وجود گوی های شیشه ای شفاف به عنوان تزئیناتی گران قیمت عنوان گردیده است. استفاده شیشه توسط رومی ها در حدود هزار سال قبل از میلاد مسیح رایج بوده است و استفاده عمومی از آن نیز به حدود 200 سال قبل باز می گردد که از آن زمان شیشه ها با ابعاد مختلف وارد زندگی عموم مردم گردیده است

در سال 1865 میلادی صاحب مغازه شیشه فروشی در شهر نیویورک با ابتکار خویش حق ثبت و امتیاز بهره برداری از شیشه های عایق دو جداره غیر قابل نفوذ را در ایالات متحده به دست آورد. او با مطالعه و آزمایش اثبات کرد که با استفاده از شیشه های دو جداره می توان از خروج گرما و سرمای داخل ساختمان ها به خارج جلوگیری کرده و هوای داخل محیط را بهتر محافظت نمود. پنجره های دارای دو یا چند جداره استاندارد، از اتصال دو یا چند شیشه که به طور موازی و در مقابل یکدیگر بر روی یک چهارچوب پروفیل قرار گرفته اند تشکیل شده است  . هدف از ساختن چنین پنجره هایی قطع ارتباط محیط داخلی و خارجی و تبادل حرارت و برودت این دو محیط است. اساس این شیشه های دو جداره بر مبنای ایجاد یک فضای خالی پر از هوای خشک و یا استفاده از یک گاز بی اثر مانند گاز آرگون بین دو صفحه شیشه ای است. به همین دلیل هدایت گرما و یا سرما بین جداره دو شیشه کاهش یافته و از انتقال گرما یا برودت و همچنین صدا از طریق پنجره بین دو محیط داخل و خارج به نحو چشمگیری کاسته می شود. پنجره‌های دارای دو یا چند جداره استاندارد، از اتصال دو یا چند شیشه که به طور موازی در مقابل یکدیگر برای روی یک چهارچوب پروفیل آلومینیومی قرارگرفته‌اند، تشکیل شده است.

امروز دیوار های خشتی و گلی سنتی جای خود را به دیوارهای شیشه ای مرتفع، براق و درخشان داده اند.

این سطوح رنگی زیبا به گونه ای طراحی شده اند که به خوبی می تواند در مقابل سرما و گرمای محیط خارجی مقاومت کرده و ضمن حفظ زیبایی محیط، آسایش و اطمینان را برای استفاده کنندگان به ارمغان آورد. در صنعت معماری نوین، دیوارهای ساخته شده از جنس شیشه های رنگارنگ رفلکس (شیشه هایی با درخشندگی خاص و انعکاس نور محیط اطراف) مورد علاقه و توجه زیاد استفاده کنندگان قرار گرفته است.  با استفاده از شیشه دو جداره و پنجره های عایق می توان حدود 40 مترمکعب گاز در سال صرفه جویی نمود. همچنین انتقال صدا تا 30 دسی بل کاهش می یابد یک پمجره بزرگ، نور کافی را در اختیارمان قرار می دهد، طبیعت را به کنارمان می آورد، احساس آرامس روزافزونی را به داخل محیط زندگی ما منتقل می سازد و در نهایت، یک پنجره خوب می تواند پاسخگوی سایر نیازهای اولیه ما بوده و به عنوان یک عایق حرارتی مناسب موجب مصرف کمترین میزان انرژی جهت دستیابی به تهویه متبوع هوای داخل ساختمان گردد.

 

فرایند تولید شیشه دو جداره

در ابتدا جام‌های شیشه به وسیله دستگاه حمل بر روی رکهای دستگاه حمل اتوماتیک قرار گرفته و به تعدادی که اپراتور مشخص می‌کند به میز برش اتوماتیک انتقال می‌یابد. سپس اندازه شیشه‌های مورد نظر توسط نرم‌افزار بهینه‌سازی جهت به حداقل رساندن ضایعات توسط دستگاه طراحی و سپس برش داده می‌شود. شیشه‌ها پس از جداسازی به خط تولید شیشه دو جداره منتقل می‌شود. ابتدا شیشه‌ها با آب سختی‌گیری شده به طور کامل شسته شده و پس از کنترل کیفی به مرحله بعدی منتقل می‌گردد.

به موازات مراحل مذکور فریم‌های مابین دو جدار (Spacer) توسط دستگاه خم‌کن (Bending) بر اساس اندازه شیشه خم و برش داده می‌شود و داخل فریم از مواد رطوبت‌گیر پر می‌شود. سپس دو لبه فریم توسط دستگاه بوتیل چسب زده می‌شود که به منظور درزگیری و قرار گرفتن اسپیسر مابین دو شیشه و چسبیدن آن‌ها به یکدیگر می‌باشد. فریم‌ها جهت نصب روی شیشه انتقال می‌یابد. شیشه‌ها پس از نصب فریم به دستگاه پرس منتقل می‌شود و همزمان گاز آرگون به صورت اتوماتیک به داخل شیشه دو جداره تزریق می‌شود سپس توسط روبات محیط شیشه دو جداره با چسب پلی‌سولفید به منظور درزبندی ثانویه پر می‌شود.

 

استاندارد تولید شیشه دو جداره

تولید شیشه دو جداره با توجه به شرایط موجود و نیازهای جامعه طبق استاندارد ملی ایران صورت میگیرد . در تدوین این استاندارد تا حد امكان استانداردهای كشورهای صنعتی پیشرفته و بین المللی لحاظ شده است. از جمله این منابع می توان به موارد ذیل اشاره نمود :

 

Reapproved 1999) ASTM E546-1988                                                                                                              

- Standard test method for frost point of sealed insulating glass units ASTM E773-2001                    

- Standard test method for accelerated weathering of sealed insulating glass                                          

- CAN / CGSB 12.8 m.76                                                                                                                              

- Insulating glass units                                                                                                                                

 

هدف از این استاندارد، تعیین روش های آزمون شیشه های دو جداره به منظور بررسی و حصول اطمینان از كیفیت آنها می باشد

 حد اقل تعداد نمونه ها باید 20 عدد از یك محصول باشد.

عیوب ظاهری آزمونه ها از لحاظ عدم وجود هرگونه خرابی ویا ترك خوردگی بررسی می شود .

تولید شیشه دو جداره با توجه به شرایط موجود و نیازهای جامعه طبق استاندارد ملی ایران صورت می‌گیرد. در تدوین این استاندارد تا حد امکان استانداردهای کشورهای صنعتی پیشرفته و بین‌المللی لحاظ شده است.

هدف از این استاندارد تعیین روش‌های آزمون، شیشه‌های دو جداره به منظور بررسی و حصول اطمینان از کیفیت آن‌ها می‌باشد.

جهت انجام آزمایشات نمونه‌هایی با ابعاد x500±5mm350 در نظر گرفته می‌شود.

حداقل تعداد نمونه‌ها باید 20 عدد از یک محصول باشد.

کلیه نمونه‌ها باید حداقل به مدت 2 هفته در محیط آزمایشگاهی با دمای c2±°23 به صورت عمودی قرار گرفته باشند.

 

آزمون‌های استاندارد شیشه‌های دو جداره

1- آزمون تعیین نقطه برفک

2- آزمون پایداری در برابر محیط‌هایی با رطوبت بالا

3- آزمون چرخه‌های آب و هوایی تسریع شده

4- آزمون مه‌گرفتگی

5- آزمون تعیین ضخامت محفظه هوا

6- آزمون تعیین ضخامت قطعه شیشه دوجداره

7- آزمون تعیین ابعاد شیشه دوجداره

 استفاده از شیشه های دوجداره

استفاده از شیشه های دو جداره به دلیل حفظ انرژی حرارتی و برودتی و کاهش آلودگی صوتی در پنجره ساختمان بیمارستانها ، کتابخانه ها ، موزه ها و ساختمانهای حاشیه خیابانهای پر تردد کاربرد وسیع دارند.اخیراْ برای ایمنی و آسایش بیشتر پنجره وسایل نقلیه عمومی مانند واگنهای قطار و اتوبوسهای بین شهری نیز به شیشه های دو جداره مجهز شده اند. میانگین سر و صدا در شهرهای بزرگ در حدود ۶۵ تا ۷۰ دسیبل است این در حالی است شدت صوت مجاز برای بیمارستانها و محیط هایی از این نوع حداکثر ۳۹ دسیبل است .شیشه های دو جداره می توانند شدت صوت را حدود ۵۰ دسیبل کاهش دهند و آن را به مرز ۲۰ تا ۳۰ دسیبل برسانند. به علاوه شیشه های دو جداره انتقال گرما را به شیوه های گوناگون و با رعایت نمودن اصول مهندسی تا حد زیادی کاهش می دهند. لایه های هوای خشک که خود عایق طبیعی محسوب می شوند بین دو جداره شیشه محبوس می شود که قابل مقایسه با یک پوشش فایبر گلاس است.

 

شیشه دوجداره شامل دو یا چند لایه شیشه به صورت موازی در فواصل مساوی از یکدیگر قرارگرفته اند 

شیشه ای دو جداره یا چند جداره است که دو یا چند لایه شیشه به طور موازی در فواصل مساوی از یکدیگر قرار گرفته اند و توسط فاصل یا اسپیسر در دورتا دور آن، از هم جدا شده اند. در فضای بین شیشه ها هوا یا گازهای خاص بدون رطوبت با فشاری تقریبا مساوی فشار هوای بیرون وجود دارد. در شیشه های دو جداره غالبا از اسپیسر های آلومینیومی استفاده می شود که درون اسپیسر را با ماده رطوبت گیر پر می کنند که این ماده سبب جذب رطوبت هوای مابین دو شیشه می گردد و توسط مواد درزگیر مناسب ، کاملا آب بندی شده است. و در داخل فاصله های استاندارد از مواد رطوبت استفاده می گردد. طراح و سازنده کارخانه تولید شیشه دو جداره و چند جداره است. این پروژه از جمله طرح های زود بازده می باشد که با هر میزان سرمایه گذاری چیدمان های مختلف به صورت خطوط کارگاهی – اقتصادی – استاندارد و پیشرفته به شما تحویل می شود. نصب و راه اندازی و آموزش کار با دستگاه ها به صورت رایگان می باشد.

در شیشه های دو جداره می توان از انواع شیشه های معمولی ، رنگی ، رفلکس ، لمینت و سکوریت استفاده کرد.

خصوصیات شیشه دو جداره :

کاهش اتلاف انرژی

کاهش آلودگیهای صوتی

جلوگیری از نم زدگی شیشه

ایمنی بیشتر نسبت به پنجره های تک جداره

در صورت استفاده از شیشه های دو جداره و پنجره های عایق می توان در ازای هر متر مربع شیشه دو جداره به میزان 40 متر مکعب گاز در سال صرفه جویی نمود. علاوه بر کاهش مصرف انرژی و سرو صدا ، محیط زیست پاکیزه تری تامین می نماید زیرا نیاز به مصرف انرژی حرارتی و برق مصرفی کمتر ، کاهش سوخت ، کاهش انتشار گازهای آلاینده را به مقدار زیاد سبب می گردد.

این نوع شیشه دو یا چند جداره با قرار گرفتن رزین از نوع ساده یا رنگی در بین شیشه ها از ایمنی و اطمینان بیشتری برخوردار بوده و علاوه بر آن به میزان قابل توجهی در کاهش صدا موثر است.

از این رو متخصصین این نوع شیشه را جهت سقف ها و فضاهایی که شیشه در معرض ضربه قرار می گیرد، توصیه می کنند. همچنین لایه رزین توانای جذب و انعکاس اشعه مضر UV خورشید را تا 99 % دارد.

شیشه دو جداره شامل دو لایه شیشه است که بهترین ضخامت برای آن استفاده از اسپیسر و یا جدا کننده هایی با ضخامت میلیمتر 21 همچنین شیشه های دو جداره و قابل های پنجره باید در کارخانه و با رعایت استانداردهای معتبر در کارخانه و توسط دستگاه های اتوماتیک تولید شود.

 

تجهیزات شیشه دو جداره شامل موارد زیر است:

خطوط تولید با کاربری عالی برای چهارچوب های فریم های سنتی فلزی و فراگیر بزرگ و برای سیستم های لبه دار لاستیکی با مونتاژ ماشینی بدون در توجه به سایز، ضخامت، میزان فراگیری عرض بزرگ و با شکل مناسب برای موقعیت های محورهای Y وX  و ماشین های سخت کوش جانبی شامل میزهای مونتاژ ، اکسترودرها ، فیلرها ، اره ها و تولید پروفیل های حفاظ جداکننده.

ورقهای شیشه ای برای تقریبا هر نوع مصرفی نوارهای نقاله چند سرعته و چند جهته و انتقال دهنده ها ، نقاله تخلیه و تغییر موضع دهند با حفاظ 180 درجه ، استوانه ها چرخاننده نگهدارنده های چند طبقه ، انباشت کننده و بار کننده سریع.

تجهیزات با کاربری متنوع : شستشوی افقی وعمودی، ماشین خشک کن برای حرارت دهی ، لامینت کردن لایه بندی خطوط پوشش دهی ، فیلتراسیون آب، جدایش جامدات، پلانت زدایش مواد معدنی ، میز هواگیری ، میزهای جداکننده و متنوع و مخصوص .

 
دلایل استفاده از گاز آرگون در شیشه های پنجره دوجداره

 کاربرد گاز آرگون در پنجره های دو جداره  دارای مزایای زیادی است. گاز آرگون گازی نجیب ، بدون بو، مزه و غیر آتش زا است و با هیچ ماده ای ترکیب شیمیایی بوجود نمی آورد. گاز آرگون علاوه بر کاهش رسانایی گرمایی بین دو شیشه پنجره دو جداره، با کمتر کردن مقدار همرفت در فضای دو شیشه از اتلاف گرمایی بیشتر جلوگیری می کند. علاوه بر این تهیه آرگون آسان و ارزان است. بنابراین می توان به صورت گسترده و صنعتی از آن استفاده کرد. به صورت یک قانون عمومی می دانیم که غلظت گاز درون پنجره دو جداره باید بیش از 90 درصد باشد. در طول زمان این غلظت کم می شود. مقدار کم شدن این غلظت چیزی حدود 0.5 تا 1 درصد است.

کیفیت پنجره دوجداره ای که از آرگون پر شده باشد تا زمانی که غلظت گاز آرگون به 75 درصد نرسد تغییری نخواهد کرد. بنابراین پنجره دوجداره ای که با گاز آرگون پر شده باشد حداقل 20 سال رسانایی عالی خواهد داشت. برای بیشتر کردن مقدار عایق بندی صدایی می توان از گازهای دیگر (مانند هگزافلورید گوگرد ، دی اکسید کربن ) استفاده کرد اما کاربرد  این گازها در عایق بندی گرمایی تأثیر منفی دارد.

شیشه خود تمیز شونده

اولین موضوعی که در مورد شیشه خود تمیز شونده مورد توجه قرار می گیرد نحوه و اصول تمیز شوندگی آن است. در صورتی که محیط فراگیر هوا باشد، میزان ترشوندگی یک جسم جامد با آب، بستگی به ارتباط بین نیروهای کشش بین سطحی (آب، هوا و جسم جامد) دارد. نسبت بین این نیروهای کششی، زاویه تماس قطرات آب با سطح را تعیین می‌کند. زاویه‌ی تماس صفر درجه، به معنای ترشدگی کامل و زاویه‌ی تماس ۱۸۰ درجه، به معنای خشک ماندن کامل است

نحوه کارکرد شیشه خود تمیز شونده

برای فهم چگونگی کارکرد این شیشه‌ها لازم است که با نوع خاصی از مواد شیمیایی به نام ‌مواد ‌ فوتوکاتالیست آشنا شویم. فوتوکاتالیست‌ها موادی هستند که در حضور نور (فوتو) از خود خاصیت کاتالیستی نشان می‌دهند. یعنی اگر این مواد در معرض تابش نور قرار گیرند، می‌توانند سرعت انجام یک واکنش خاص را بدون دخالت در آن افزایش دهند. اگر اندازه ذرات دی‌اکسید تیتانیوم تا حد چند نانومتر کوچک باشد، این ماده آن‌قدر فعال می‌شود که می‌تواند به طور کامل با آلودگی‌ها، لکه‌های چربی و مواد آلی (که در دیواره سلولی باکتری‌ها هم وجود دارند) روی شیشه واکنش داده و آنها را به آب و دی‌اکسید کربن (CO2) تبدیل کند. این واکنش، چسبندگی ذرات آلودگی را به سطح کاهش می‌دهد. از سوی دیگر بر روی یک سطح بسیار آب‌دوست، آب به طور کامل و به صورت یک لایه پخش می‌شود. این لایه یکنواخت آبی می‌تواند ذرات و آلودگی‌هایی را که به‌ طور ضعیفی به سطح متصل شده‌اند، از جا کنده و با خود پایین آورد.

فناوری نانو در صنایع ساختمان  هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه و بتن ایفا می‌کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن‌ها نانولوله‌های کربنیCNT  و دی اکسید تیتانیوم (TiO2)  هستند، عموماً در سازه‌های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش‌ها در نمای داخلی و خارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخورداراست. به منظور درک فرایند خود تمیز شوندگی مصالح،  یکی ویژگی هیدروفوبیک (آب گریزی) و دیگری ویژگی هیدروفیلیک (آب دوستی) مورد توجه قرار می‌گیرد. برای مثال، گل رس وسرامیک را می‌توان به ابعاد نانو درآورده و به صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده و در محیطی خنثی، مصالحی سخت و مقاوم  را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.

فرآیند تبدیل شیشه معمولی به شیشه خود تمیز شونده 

در مرحله اصلی تولید شیشه خود تمیز شونده ابتدا باید نانو دی‌اکسید تیتانیوم را با عناصر دیگر دوبت کرد تا فرآیند فتوکاتالیستی با قدرت بیشتری در سطح شیشه انجام شود. پس از سنتز نانو ذرات باید این ذرات را به عنوان پوشش روی سطح شیشه قرار داد. تجربه نشان می‌دهد بهترین روش برای این کار غوطه‌ورسازی است. برای این کار محلولی ازنانو دی اکسید تیتانیوم   تهیه شده و شیشه در آن غوطه‌ور می‌شود. البته می‌توان از روش چاپ هم برای استقرار این پوشش در سطح شیشه استفاده کرد.

شیشه‌ها برای بدست آوردن قابلیت خود تمیز شوندگی باید به عنوان نیمه هادی عمل کنند لذا باید مدت زمان مناسبی در معرض تابش نور خورشید قرار گیرند برای این منظور در صورت عدم دسترسی به نور خورشید، برای شارژ این شیشه‌ها می توان از لامپ‌های UV نیز استفاده کرد. در شیشه‌های جدید از نانوتیتان‌های دوبت شده با دیگر عناصر به عنوان پوشش استفاده می‌شود که در بهبود خواص این شیشهها نقش مهمی دارد و در این حالت برای شارژ شیشه‌ها نیازی به تابش خورشید یا اشعه فرابنفش نیست.

ویژگی و خصوصیات شیشه خود تمیز شونده‌ که امروزه در بسیاری از صنایع مختلف از جمله صنعت ساختمان و خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد دائمی نیست و به مرور زمان از بین می‌رود البته اساس ساخت همه این شیشه‌ها استفاده از ذرات نانو دی‌اکسید تیتانیوم است، اما چگونگی تولید این شیشه‌ها و مواد افزودنی که در ترکیب با نانو ذرات مورد استفاده قرار می‌گیرد متفاوت است.

شیشه خود تمیز شونـده (‌ فتوکاتالیتی + آب دوستی‌) از سـال ۲۰۰۲ در بـازار در دسترس بوده‌اند. نانو ماده دی‌اکسید تیتانیوم با قرار گرفتن بر روی سطح شیشه، باعث پوشش فرورفتگی‌ها شده و سطح شیشه کاملاً مسطح می‌شود. از این ‌رو مانع از کثیف و خیس شدن سطح می‌شود و در نتیجه با یک بار بارش باران و یا آب ریختن بر روی سطح تمامی کثیفی آن از بین می‌رود.

 

‌زمینه‌های استفاده از شیشه خود تمیز شونده

هیچ محدودیتی در استفاده از این شیشه‌ها وجود ندارد. این شیشه‌ها هیچ محدودیتی در دید ایجاد نکرده و می‌توانند به عنوان ضد بخار عمل کنند. این شیشه‌ها نه تنها خود تمیز شونده هستند بلکه ویژگی آنتی باکتریال هم دارند. باکتری‌ها هم ترکیباتی آلی دارند بنابراین در اثر فرآیند فتوکاتالیست این موجودات نیز از بین می‌روند. این ویژگی موجب می‌شود شیشه خود تمیز شونده کاربرد بیشتری داشته باشد. با توجه به اهمیت استفاده از تجهیزات آنتی باکتریال در موزه‌ها با هدف جلوگیری از تاثیر باکتری‌ها بر اشیای قدیمی به نظر می‌رسد این شیشه‌ها در موزه‌ها هم کاربرد داشته باشد، اما به طور کلی ساختمان و خودروها از مهمترین زمینه‌های کاربرد این شیشه‌هاست.

 

تولید کنندگان شیشه خود تمیز شونده

شرکت آمریکایی Jita Enterprise nd تولید کننده دی اکسیدتیتانیوم است و از آن به عنوان یک فوتو کاتالیست در محصولات تهویه هوا و همچنین شیشه خود تمیز شونده استفاده می‌کند.

شرکت آمریکایی PPG Industries, Inc شیشه خود تمیز شونده با نام تجاری Sun Clean تولید می‌کند.

شرکت ژاپنی Asahi Glass شیشه خود تمیز شونده با نام تجاری Viewtec تولید می‌کند.

شرکت ژاپنی Nippon Sheet Glass شیشه خود تمیز شونده با نام تجاری Cleartect تولید کرده است که مشخصات نوری شیشه را عوض نمی‌کند.

شرکت Pilkington فناوری پوشش‌های خود تمیز شونده با نانو مواد فتوکاتالیستی را در پوشش دهی پنجره به کار گرفته است.

شرکت Nanovations استرالیا محصولی با نام Np ۱۰۱۰ برای پوشش دهی شیشه‌ها دارد که علاوه بر قابلیت دفع آب و آلودگی، در برابر خش نیز مقاوم است. در ضمن در برابر شوینده‌های شیمیایی و اسید‌های ملایم نیز مقاوم بوده و تحمل حرارت تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد را دارد.