تفاوت شیشه های نانویی کم گسیل با سایر شیشه های معمولی

شیشه ها یکی از محبوب ترین و کاربردی ترین مواد ساختمانی به شمار می‌روند. یکی از دلایل این محبوبیت، عملکرد دمایی و نوری پیوسته درحال توسعه شیشه است. یکی از روش های دستیابی به این عملکرد، استفاده از پوشش‌های کم‌گسیل غیرفعال و کنترل خورشیدی است. حال سوال این است که شیشه‌های کم‌گسیل چیست؟ برای آشنایی با این نوع از شیشه ها، ابتدا نگاهی کلی به پوشش ها خواهیم داشت.

به منظور آشنایی با انواع پوشش‌ها، شناخت طیف انرژی خورشیدی یا انرژی ساطع شده از خورشید حائز اهمیت است. نور فرابنفش، نور مرئی و نور فروسرخ بخش‌های مختلف طیف خورشیدی را تشکیل می‌دهند. تفاوت میان این سه بخش، به کمک طول موج آن‌ها تعیین می‌شود.

• نور فرابنفش که باعث رنگ پریدگی مواد داخلی همچون پارچه‌ها و پوشش‌های دیوار می‌شود، طول موج‌های بازه۳۱۰ تا ۳۸۰ نانومتر را داراست.
• نورمرئی بخشی از طیف با طول موج‌های حدود ۳۸۰ تا ۷۸۰ نانومتر را تشکیل می‌دهد.
• نور فرو سرخ  (انرژی گرمایی) به صورت گرما به یک ساختمان انتقال می‌یابد و از طول موج ۷۸۰ نانومتر آغاز می‌شود. نور فروسرخ خورشید به طور معمول با عنوان طول موج‌های کوتاه انرژی شناخته می‌شود، در حالیکه تابش گرما از اجسام داغ دارای طول موج های بلندتری نسبت به خورشید است و به صورت موج فروسرخ با طول موج بلند شناخته می‌شود.

بازرسی نانوفناوری

وظیفۀ اصلی پوشش‌های کم‌گسیل، به حداقل رساندن مقدار عبور نور فرابنفش و فروسرخ از شیشه، بدون کاهش نور مرئی عبوری است.

هنگامی که انرژی گرما یا نور توسط شیشه جذب می‌شود، در ادامه با حرکت هوا انتقال پیدا می‌کند و یا دوباره از سطح شیشه بازتاب می‌شود. توانایی یک ماده برای تابش انرژی ، تحت عنوان گسیلندگی شناخته می‌شود. به‌طور کلی مواد با انعکاس بالا، گسیلندگی پایینی دارند و مواد با رنگ مات تیره‌تر، گسیلندگی بالایی دارند. تمام مواد و مصالح از جمله پنجره‌ها گرما را به صورت طول موج بلند می‌تابند، انرژی موج فروسرخ به گسیلندگی و دمای سطح مواد بستگی دارد. انرژی تابشی یکی از مهم‌ترین روش‌های انتقال گرما است که توسط پنجره‌ها رخ می‌دهد. کاهش گسیلندگی از یک یا چند سطح شیشه پنجره، خاصیت عایقی پنجره را بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال شیشه بدون پوشش، گسیلندگی ۸۴درصد دارد، درحالیکه شیشه کنترل کننده خورشیدی Solarban® ۷۰XL تولید شده توسط کارخانه Vitro Architectural Glass  (پیشتر با نام شیشه PPG شناخته شده بود) گسیلندگی ۲ درصد دارد.

این همان جایی است که پوشش‌های با گسیلندگی کم  (یا شیشه های کم گسیل) به‌کار می‌آیند. شیشه‌های کم‌گسیل پوشش شفاف و ابعاد میکروسکوپی دارند  (به طوری که بسیار باریک‌تر از یک تار موی انسان هستند) که طول موج های بلند فروسرخ  (یا گرما) را منعکس می‌کند. برخی از پوشش‌های کم‌گسیل مقدار قابل توجهی انرژی فرو‌سرخ خورشیدی با طول موج کوتاه را منعکس می‌کنند. در زمستان هنگامی‌که انرژی گرمایی داخلی به جای سردتر در خارج منتقل می‌شود، پوشش کم‌گسیل، گرما را به داخل بازمی‌گرداند می‌کند و اتلاف گرما از طریق شیشه را کاهش می‌دهد. در تابستان، عکس این عمل رخ می‌دهد. به عنوان یک مقایسه ساده، شیشه کم‌گسیل مانند یک فلاسک عمل می‌کند. یک فلاسک دارای پوشش نقره است که دمای نوشیدنی را باز‌می‌گرداند. دما به خاطر بازتاب ثابت و پیوسته ای که اتفاق می‌افتد یکسان می‌ماند، همچنین از دیگر مزایای عایق سازی این است که فضای هوای به وجود آمده بین بدنه داخلی و خارجی فلاسک، مشابه عایق‌سازی شیشه است. چون شیشه کم‌گسیل شامل لایه بسیار نازک نقره یا مواد کم‌گسیل دیگری است، از مبنای علمی مانند مشابههمان فلاسک نوشیدنی است، یعنی پوشش کم‌گسیل نقره، دمای داخلی را به داخل بر می‌گرداند و اتاق را گرم یا خنک نگه می‌دارد.

انواع پوشش‌های کم گسیل و فرایندهای تولید آن

در واقع دو نوع پوشش کم‌گسیل وجود دارد: پوشش کم‌گسیل غیرفعال و دیگری پوشش کم‌گسیل با کنترل خورشیدی. پوشش کم‌گسیل غیرفعال، بهره گرمایی خورشیدی به یک خانه یا ساختمان را بیشینه می‌کند تا گرمایش خانه بدون نیاز به گرمای مصنوعی انجام شود. پوشش کم گسیل با کنترل خورشیدی به منظور محدود سازی مقدار انرژی گرمایی که به خانه یا ساختمان می‌رسد طراحی شده تا ساختمان‌ها خنک‌تر بمانند و انرژی مصرفی، مرتبط با شرایط هوایی کاهش پیدا کند.

هر دو نوع شیشه کم‌گسیل غیرفعال و کنترل خورشیدی با دو شیوه اصلی تولید می‌شوند که شامل آذرکافت یا پوشش سخت و رسوبدهی خلا کندوپاش مگنترونی  (MSVD) یا پوشش نرم. در فرآیند آذرکافت که در اوایل دهه هفتاد رایج شد، پوشش در حین تولید روی رشته شناور، بر روی نوار شیشه‌ای اعمال می‌شود. سپس پوشش با سطح داغ شیشه‌ای آمیخته می‌شود و پیوندی مستحکم و بسیار بادوام می‌سازد. در نهایت شیشه به ورقه‌های آماده در سایزهای متنوع برای حمل به کارخانه‌ها بریده می‌شود. در روشMSVD  که در دهه ۱۹۸۰ معرفی شد و به طور پیوسته در دهه‌های اخیر بهبود یافت، پوشش در دمای اتاق و در فضای خلا به شیشه قبل بریده شدن شیشه اعمال می‌شود.

به دلیل سیر تکامل تاریخی تکنولوژی‌های پوشش، گاهی پوشش‌های کم‌گسیل غیرفعال با فرآیند آذرکافت و پوشش‌های کنترل خورشیدی با MSVD ترکیب می‌شوند. البته عملکرد از یک محصول به محصول دیگر و از یک کارخانه به کارخانه دیگر، به طور گسترده‌ای متنوع است  (جدول زیر را ببینید) ، اما جدول داده‌های عملکرد به آسانی قابل دسترس است و ابزارهای آنلاین می‌تواند برای مقایسه تمام پوشش‌های کم‌گسیل موجود در بازار مورد استفاده قرار گیرند.

استاندارد و ایمنی نانوفناوری

موقعیت پوشش

در یک پنل دوتایی استاندارد IG  ، چهار سطح برای نشاندن پوشش وجود دارد. اولین سطح رو به بیرون است و دومین و سومین سطح رو به روی یک‌دیگر داخل یک قطعه شیشه عایق شده قرار دارند و بین آنها عایق هوا قرار دارد. هم‌چنین سطح چهارم به‌طور مستقیم رو به داخل قرار دارد. بهترین عملکرد پوشش کم‌گسیل غیرفعال زمانی است که روی سطح سوم و چهارم باشد  (دورترین نقطه از خورشید) ، در صورتیکه بهترین عملکرد کنترل خورشیدی پوشش‌های کم‌گسیل زمانی است که روی نزدیک‌ترین سطح به خورشید  (به طورمثال سطح دوم) باشد.

اندازه گیری‌ عملکرد پوشش کم‌گسیل

پوشش‌های کم‌گسیل بر سطوح متنوعی از قطعات شیشه‌ای برای عایق‌سازی اعمال می‌شود. با وجود آنکه یک پوشش کم گسیل، غیرفعال و یا کنترل خورشیدی در نظر گرفته می‌شود، پیشرفت‌هایی را برای مقادیر عملکرد آن‌ها در نظر می‌گیرند. موارد زیر جهت اندازه‌گیری اثر‌بخشی شیشه با پوشش کم‌گسیل مورد استفاده قرار می‌گیرد:

 مقدار U: درجۀ اتلاف گرمای پنجره.

• نور مرئی عبوری: مقدار نور عبور یافته از طریق پنجره.
• ضریب جذب گرمای خورشید  (SHGC): کسری از تابش خورشیدی که از شیشه عبور می‌کند؛ چه میزان نوری که به طور مستقیم انتقال می‌یابد و چه نوری که جذب می‌شود و دوباره به داخل می‌تابد. هرچه ضریب جذب گرمای خورشیدی پنجره کم‌تر باشد، گرمای خورشید کمتری انتقال می‌یابد.
• جذب نور به گرمای خورشید: نسبت بین ضریب بهره گرمایی خورشیدی پنجره (SHGC) و نور مرئی عبوری آن (VLT).

هنگامیکه به طراحی یک پنجره فکر می‌کنیم اندازه، رنگ و ویژگی‌های مربوط به زیبایی به ذهن می‌آید. اما پوشش‌های کم‌گسیل نقش مهمی ایفا می‌کند و تاثیر قابل توجهی بر عملکرد پنجره، گرمایش، نوردهی و سرمایش کلی یک ساختمان دارد.(مطلب مرتبط)

منبع:nano.ir