شیشه های دوجداره از به هم چسباندن یک یا چند قاب شیشه ای موازی برای به وجود آوردن یک واحد غیر قابل نفوذ تشکیل میشود.واصل آن برای به وجود آوردن محفظه ای همگن از هوای خشک یا با گاز که بین یک یا چند جداره پر میشود استوار است.محفظه خالی همگن در بین دو شیشه با استفاده از پروفیل آلومینیومی ظریف (space)که از ماده رطوبت گیر( (desican)پر شده است ایجاد میگردد . بدین ترتیب میزان انتقال گرما وسرما ونفوذ سرو صدا به داخل ساختمان به میزان قابل توجهی کاهش میابد.تزریق گازها به درون این محفظه خالی شیشه دو جداره را به یک عایق ایده آل حرارتی و صوتی تبدیل مینماید.این محصول که به صورت چشمگیری باعث کاهش اتلاف انرژی میشود یکی از مهمترین روشها برای ذخیره گرمایش وسرمایش و نیز کنترل صدا در ساختمانها میباشد.
فرایند ساخت شیشه های دوجداره
پنجره‌های عایق معمولاً سفارشی در خط تولید کارخانه ساخته می‌شوند، ولی پنجره‌های استاندارد در دسترس می‌باشند. ابعاد طول و عرض، ضخامت قاب‌های شیشه‌ای و نوع شیشه برای هر قاب و همچنین ضخامت کلی پنجره بایستی به سازنده اعلام شود. در خط مونتاژ، فاصله اندازهایی با ضخامت خاص بریده و در ابعاد طول و عرض مورد نیاز قرار داد می‌شوند و با ماده خشک‌کننده پر می‌شوند. در یک خط موازی، قاب‌های شیشه‌ای به اندازه بریده و برای شفافیت شسته می‌شوند.
یک درزگیر چسبنده (پلی ایزوبوتیلن- PIB) در رویه فاصله انداز در هر طرف بکار برده میشود و قاب‌ها به فاصله انداز پرس می‌شوند. اگر پنجره با گاز پر شود، دو حفره در فاصله انداز پنجره مونتاژ شده ایجاد میشود، خطوط برای بیرون کشیدن هوا خارج از فضا و جایگزین کردن آن با گاز دلخواه متصل می‌شوند سپس این خطوط از بین می‌روند و حفره‌ها برای نگه داشتن هوا بسته می‌شوند. تکنیک مدرن تر، استفاده از پرکننده گاز آنلاین میباشد که نیاز به ایجاد حفره در فاصله انداز را برطرف می‌کند. سپس پنجره‌های عایق بر لبهٔ کناری با استفاده از پلی سولفید یا درزگیر سیلیکونی یا مواد مشابه برای جلوگیری از ورود هوای مرطوب بیرون محکم می‌شوند.
مادهٔ خشک‌کننده اثرات رطوبت بجا مانده از هوای محفوظ شده را از بین می‌برد تا هیچ آبی از درون (یا بخار آب) قاب‌های شیشه‌ای در طول هوای سرد ظاهر نشود. بعضی سازندگان فرایندهای خاصی را ایجاد کرده‌اند که فاصله انداز و ماده خشک‌کننده را در یک سیستم کاربردی تک مرحله‌ای ترکیب می‌کنند. پنجره دو جداره در دههٔ ۱۹۳۰ ابداع شد و در دههٔ ۱۹۵۰ تحت مارک تجاری thermopane TM که در سال ۱۹۴۱ توسط کمپانی شیشه تیبی- اونزخورد به ثبت رسید در آمریکا در دسترس بود. بعد از چندین دهه این فرایند ساخت پا گرفت گرچه ابداع و نوآوری برای بهبود فاکتور R و دیگر ویژگی‌های پنجره ادامه پیدا کرد. نام تجاری Thermopane به واژگان صنعت شیشه به صورت علامت تجاری کلی برای پنجره‌های عایق وارد شده‌است. ماده‌هایی که می‌توان برای شیشه‌های دو جداره مورد استفاده قرار داد شامل آلومینیوم، pvc و چوب است.
عملکرد گرمایی شیشه های دوجداره
حداکثر کارایی عایق یک شیشه دوجداره استاندارد بوسیله ضخامت فاصله محتوی هوا تعیین میشود. فاصله خیلی کم بین قاب‌های شیشه‌ای به افت گرما بوسیله انتشار بین قاب‌ها منجر میشود. فاصله خیلی کم بین قاب‌های شیشه‌ای به افت گرما بوسیله انتشار بین قاب‌ها منجر میشود. (گرما از یک قاب از طریق گاز پر شده به قاب دیگر حرکت می‌کند) در حالیکه اگر فاصله بسیار بزرگ باشد جریانات انتقال گرما بوسیله ویسکوزیته گاز کاهش پیدا می‌کند و گرما را بین قاب‌ها انتقال می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر به مقالهٔ انتقال گرما مراجعه کنید. معمولاً اکثر واحدهای محکم شده به حداکثر مقدار عایق با استفاده از یک فاصله گازی ۱۶ تا ۱۹ میلی‌متر (۶۳/۰–۷۵/۰ اینچ) می‌رسند اگر در مرکز واحد پنجره عایق اندازه‌گیری شود. زمانی‌که با ضخامت قاب‌های شیشه‌ای استفاده شده ترکیب میشود، این می‌تواند به یک ضخامت کلی ۲۲ تا ۲۵ میلی‌متر (۸۷/۰–۹۸/۰ اینچ) برای شیشه ۳ میلی‌متر (۱۲/۰ اینچ) تا ۲۸ تا ۳۱ میلی‌متر (۱/۱–۲/۱ اینچ) برای شیشه سطح ۳۵/۶ میلی‌متری (۲۵/۰ اینچ) منجر شود.
ضخامت شیشه دوجداره حدوسط بین حداکثر مقدار عایق و قابلیت سیستم تنظیمی استفاده شده برای حمل یک پنجره میباشد. بعضی سیستم‌های پنجره مسکونی و اکثر سیستم‌های تجاری می‌توانند ضخامت ایده‌آل یک پنجره دو جداره را اصلاح کنند. موضوعاتی با استفاده از شیشه‌های ۳ جداره برای کاهش بیشتر افت حرارت در یک ساختمان مطرح میشود. ترکیب ضخامت و وزن به واحدهایی منجر میگردد که برای اکثر سیستم‌های شیشه مسکونی و تجاری خیلی سنگین هستند خصوصاً اگر این قاب‌های شیشه‌ای دارای حمایل متحرک باشند.به‌طور کلی هرچه گاز پر شده در ضخامت مطلوب آن مؤثر تر باشد ضخامت مطلوب باریکتر میباشد.
به عنوان مثال ضخامت مطلوب برای کریپتون کمتر از آرگون و برای آرگون کمتر از هوا میباشد. همچنین چون تعیین اینکه آیا گاز در واحد پنجره دوجداره در زمان ساخت با هوا ترکیب میشود یا خیر (یا در زمان نصب) سخت میباشد، ولی بسیاری از طراحان ترجیح می‌دهد تا از شکاف‌های ضخیم‌تر از ضخامت مطلوب برای گاز پرکننده البته اگر خالص باشد استفاده کنند. آرگون معمولاً در پنجره دوجداره مورد استفاده قرار می‌گیرد چون از همه چیز مقرون به صرفه تر میباشد. کریپتون که به‌طور قابل توجه‌ای گران‌تر میباشد معمولاً مورد استفاده قرار نمی‌گیرد به جز برای تولید پنجره‌های دو جداره بسیار باریک یا نسبتاً باریک یا پنجره‌های ۳ جداره با عملکرد به شدت بالا. زنون بعلت هزینه کاربرد اندکی در پنجره‌های عایق داشته‌است.
ویژگی‌های عایق گرمایی شیشه های دوجداره
اثربخشی شیشه دوجداره را می‌توان به عنوان «ارزش R» بیان کرد. هرچه ارزش R بیشتر باشد مقاومت آن برای انتقال گرما بیشتر میباشد. یک پنجره دوجداره استاندارد که شامل قاب‌های بدون پوشش شفاف با حفره پر شده از هوا بین قاب‌های شیشه‌ای میباشد معمولاً ارزش R 35/0 Km2/w دارد.
با استفاده از واحدهای عادی آمریکایی روش کاربردی در ساخت پنجره عایق استاندارد این است که هر تغییر در مولفهٔ واحد پنجره دوجداره به افزایش ارزش R 1 در کارایی واحد منجر میشود. اضافه کردن گاز آرگون این بهره‌وری را حدود R-3 افزایش می‌دهد. با استفاده از شیشه با قابلیت کم انتشار در سطح ۲ ارزش R دیگری را اضافه می‌کند. پنجره‌های عایق سه جداره به خوبی طراحی شده با پوشش‌هایی با انتشار کم در سطوح ۲ و ۴ که با گاز آرگون در حفرها پر شده‌است به پنجره‌های عایق با ارزش R 5 منجر میشود. شیشه‌های عایق خلاء مشخص (VIG) یا واحدهای چنه خوابه با پنجره‌های عایق که از ورقه‌های پوششی پلاستیکی استفاده می‌کنند به ارزش R 5/12 منجر می‌شوند.
لایه‌های اضافی پنجره این فرصت را برای عایق بهتر فراهم می‌کنند. در حالیکه پنجره دو جداره استاندارد اغلب به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد پنجره ۳ جداره غیرمعمول نیستند و پنجره ۴ جداره برای محیط‌های خیلی سرد مثل آداسکا تولید میشود. حتی پنجره ۴ جداره (۴ حفره‌ای، ۵ قاب شیشه‌ای) با فاکتورهای عایق نیمه قاب مشابه با دیوار ۴ در دسترس می‌باشند.
ویژگی‌های عایق صوتی شیشه های دوجداره
در بعضی موقعیت‌ها این عایق برای کم کردن سر و صدا میباشد. در این شرایط یک فاصله هوایی بزرگ کیفیت عایق صوتی یا انتقال صدا را بهبود می‌بخشد پنجره دوجداره نامتقارن که از ضخامت‌های مختلف شیشه به جای سیستم‌های متقارن معمول استفاده می‌کند (ضخامت‌های مشابه شیشه استفاده شده برای هر دو قاب بدون پوشش) ویژگی‌های عایق صوتی پنجره عایق را بهبود خواهد بخشید. اگر فاصله‌های استاندارد هوا مورد استفاده قرار بگیرد، از سولفور ۶ فلوریدی برای جایگزین یا تقویت گاز راکد استفاده میشود و عملکرد عایق صوتی را بهبود می‌دهد. تنوع مواد شیشه‌ای بر صوت‌ها تأثیر می‌گذارد. رایج‌ترین پیکربندیهای شیشه‌ای مورد استفاده قرار گرفته برای عایق صوتی شامل شیشه لمینت با ضخامت متغیر لایه درونی و ضخامت شیشه میباشد. مانع حرارتی آلومنیوم که از لحاظ گرمایی بهبود یافته‌است. در شیشه عایق می‌تواند عملکرد عایق صوتی را با کم کردن انتقال منابع سروصدای بیرونی را در سیستم پنجره بندی بهبود ببخشد. بررسی کلی مولفه‌های سیستم پنجره‌ای از جمله مواد استفاده شده در شیشه عایق می‌تواند پیشرفت کلی انتقال صوت را تضمین کند.
طول عمر شیشه دوجداره
طول عمر شیشه دوجداره بسته به کیفیت مواد استفاده شده اندازهٔ شکاف بین قاب درونی و بیرونی، تفاوت‌های دما، طرز ساخت و مکان نصب هم بر حسب نما و موقعیت جغرافیایی و همچنین کاربری واحد متفاوت میباشد. پنجره‌های عایق معمولاً ۱۰ تا ۲۵ سال دوام دارند پنجره‌هایی که رو به خط استوا می‌باشند کمتر از ۱۲ سال دوام دارند. این پنجره ۴ بسته به سازنده ۱۰ تا ۲۰ سال گارانتی دارند. اگر این پنجره‌ها تغییری ایجاد شود (مثلاً نصب ورقه کنترل خورشیدی) ضمانت نامه ممکن است از طرف سازنده از اعتبار ساقط شود. پیمان سازندگان پنجره‌های عایق (IGMA) مطالعهٔ جامعی را برای مشخص کردن شکسته‌های شیشه‌های عایق تجاری بعد از مدت ۲۵ سال انجام دادند.
برای شیشه دوجداره استاندارد، بخار بین لایه‌های شیشه زمانی‌که درز دور تا دور آن از بین می‌رود و زمانی‌که مادهٔ خشک‌کننده اشباع میشود جمع میشود می‌توان به‌طور کلی بوسیله جایگزین کردن IGA آن را برطرف کرد. از بین رفتن درز و تعویض آن به یک فاکتور مهم در هزینه کلی داشتن پنجره‌های عایق منجر میشود. تفاوت‌های دمایی زیاد بین قاب درونی و بیرونی بر فاصله بین آن‌ها فشار می‌آورد که می‌تواند در نهایت باعث شکست آن شود. پنجره‌هایی که شکاف کمی بین قاب‌ها وجود دارد بعلت فشار افزایش یافته بیشتر مستعد شکست هستند.
تغییرات فشار اتمسفری همراه با آب و هوای مرطوب در نموه‌های نادر می‌تواند در نهایت به پر شدن شکاف با آب منجر شود. در کانادا از اوایل سال ۱۹۹۰ چندین کارخانه وجود دارد که خدماتی را برای پنجره‌های عایق شکسته شده ارائه می‌دهند. آن‌ها تهویه باز به اتمسفر با ایجاد حفره‌هایی در شیشه یا فاصله انداز ایجاد می‌کنند. این راه حل معمولاً بخار مرئی را از بین می‌برد ولی نمی‌تواند سطح داخلی شیشه و لکهٔ ایجاد شده بعد از قرارگیری طولانی مدت در برابر رطوبت را تمییز کند. آن‌ها ممکن است گارانتی را از ۵ تا ۲۰ سال ارائه دهند. این راه حل مقدار عایق پنجره را کمتر کند ولی می توند راه حل ساده لوحانه در زمانی‌که پنجره همچنان در شرایط خوبی است محسوب شود. اگر پنجره عایق دارای یک گاز پرکننده (مثل آرگون یا کریپتون یا ترکیبی از هر دو) باشد، این گاز بطور طبیعی هدر می‌رود و ارزش R کم میشود.
از سال ۲۰۰۴ کارخانه‌هایی وجود دارد که کار ترمیم پنجره‌های دو جداره شکسته شده را در انگلستان انجام می‌دهند و در ایرلند تنها یک کارخانه کار ترمیم پنجره‌های دو جداره شکسته شده را از سال ۲۰۱۰ انجام می‌دهد.
درصد عایق صدا و کاهش آلودگی صوتی شیشه دوجداره
استفاده از شیشه دو جداره، سطح صدا را بین ۲۰ الی ۳۵ دسیبل کاهش می‌دهد. متوسط شدت سر و صدا در محیط‌های معمولی زندگی در شهرها در حدود ۶۰ الی ۷۰ دسیبل میباشد. از لحاظ علمی صدا با شدت ۶۰ دسیبل به عنوان صدای مزاحم و با شدت ۹۰ دسیبل مضر برای سیستم شنوایی و با شدت ۱۲۰ دسیبل بالاتر از آستانه تحمل بوده که خطرناک تلقی میگردد.
| نوع شیشه | فلوت ۶ م. م | سکوریت ۶ م. م | دوجداره ۶-۱۰-۴ | لمینت | دوجداره با یک لایه لمینت | دوجداره با دو لایه لمینت |
|---|---|---|---|---|---|---|
| میزان کاهش | ۲۲ | ۲۲ | ۳۴ | ۳۶ | ۴۱ | ۴۳ |
درصد عایق حرارتی و برودتی شیشه دوجداره
| نوع شیشه | ضخامت لایه شیشه (mm) | نوع لایه‌های هوا | ضخامت لایه‌های هوا | ضریب انتقال حرارت (W/m2.K) |
|---|---|---|---|---|
| شیشه دو جداره | ۴٬۶ | گاز بی‌اثر | ۱۲ | ۲٬۹ |
| شیشه دو جداره | ۴٬۶ | هوای خشک | ۱۲ | ۳ |
| شیشه سه جداره | ۴٬۶٬۴ | هوای خشک | ۹٬۹ | ۲٬۲ |
| شیشه سه جداره | ۴٬۶٬۴ | گاز بی‌اثر | ۹٬۹ | ۱٬۹ |
