Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı Malzemeleri 5. Yapılarda cam kullanımı 5.3. Camın fiziksel ve mekanik özellikleri 5.3.1. Giriş 5.3.7. Mekanik özellikler 5.3.2. Yoğunluk 5.3.8. Kırılma enerjisi 5.3.3. Sertlik ve aşınmaya dayanıklılık 5.3.9. Termal özellikler 5.3.4. Saydamlık ve kırılma indisi 5.3.10. Elektrik iletkenliği 5.3.5. Kimyasal etkilere dayanıklılık 5.3.11. Ses yalıtımı 5.3.6. Elastik özellikler 5.3.12. Isı yalıtım camları 1
5.3.1. Giriş Camın fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri, üretiminde kullanılan hammadde ve yönteme göre değiştiğinden cam için tek rakam vermek mümkün değildir. Ancak bazı gruplandırmalar yapılarak söz konusu özellikler incelenmiştir. 2
5.3.2. Yoğunluk Alkali ve kireç ilavesi camın yoğunluğunu arttırır. Çünkü Na ve Ca atomları Sİ-O atomları arasındaki boşlukları doldurmaktadır. Genellikle cam türlerinin yoğunlukları 2.2 g/cm 3 ile 3.0 g/cm 3 arasında değişmektedir. Binalarda kullanılan normal camların yoğunlukları 2.5 g/cm 3 tür. Cam türü Yoğunluk (g/cm 3 ) Saf silika camı 2.20 Soda kireç silikat camı 2.49 Sodyum borosilikat camı 2.23 Kurşun alkali silikat 3.02 Alüminasilikat camı 2.64 3
5.3.3. Sertlik ve aşınmaya dayanıklılık Mohs sertliğine göre saf camın sertliği 6 ile 7 arasındadır. Bu düzeydeki sertlik cama iyi bir aşınma direnci kazandırır. Böylece parlak yüzeyli cam ürünler saydamlıklarını hemen hemen sınırsız bir ölçüde muhafaza edebilirler. Normal pencere camlarında Mohs sertlik değeri biraz daha düşük olup 5.5 civarındadır. 4
5.3.4. Saydamlık ve kırılma indisi Saydamlık cisimden geçen ışığın gelen ışığa oranı olup, camlarda K = %80-%98 dir. Bu nedenle cam, bazı saydam plastiklerden daha yüksek bir saydamlığa sahiptir. Kırma indisi, doğrudan camın yoğunluğu ile ilgilidir. Normal camda 1.5 olan kırma indisi kristal camda 1.60 dır. Polikarbonat 1.59 5
5.3.4. Saydamlık ve kırılma indisi 6
5.3.4. Saydamlık ve kırılma indisi Saydamlık Düşük kırma indisli ortam (örn: hava) Yüksek kırma indisli ortam (örn: su) Noktasal bir kaynaktan çıkan ışık Snell Kanuna göre dalgalarla ifade edilebilir. Gri çizginin altındaki bölge daha yüksek kırma indisine sahiptir. Bu nedenle söz konusu bölgeye ulaşan ışığın faz hızı dışarıdan bakan birisi için göreceli olarak azalır. 7
5.3.4. Saydamlık ve kırılma indisi Havanın kırılma indisi: 1 Normal camın kırılma indisi: 1.5 Kabın içinde kırılma indisi 1.5 olan yağ bulunmaktadır. Kabın içinde kırılma indisi 1.33 olan su bulunmaktadır. 8
5.3.5. Kimyasal etkilere dayanıklılık Soda-kireç-silikat camı kimyasal açıdan birçok maddeye karşı dayanıklıdır. Yalnızca hidroflorik asit ve bazı alkali çözeltiler (eriyikler) camı etkilemektedir. Normal pencere camları ve su ile teması olabilecek her türlü camın su karşısında kararlı olabilmesi için bileşimine kireç katılması zorunludur. 9
5.3.6. Elastik özellikler Cam izotrop bir malzeme olup mekanik özellikleri yönlere göre değişmemektedir. Camın elastisite modülü 45.000-100.000 MPa arasındadır. Poisson oranı ise 0.22 dir. Çeşide göre 0.2-0.3 aralığında. Saf silika 0.17 10
5.3.7. Mekanik özellikler Basınç ve çekme dayanımı Cam malzemelerin basınç dayanımı oldukça yüksektir. Cam gibi kırılgan maddelerin basınç ve çekme dayanımları arasında büyük fark vardır. Bu fark cam malzemede yaklaşık 20 katına ulaşır. Cam cisimlerin dayanımı çekme testi ile belirlenmektedir. Camın çekme dayanımı 20-90 MPa, basınç dayanımı ise 500-900 MPa arasında değişmektedir. Farklı bir kaynakta 14-175 MPa aralığı verilmiştir. Aslında camın teorik çekme dayanımı 14.000-35.000 MPa hesaplanırken pratikte çok daha düşük çekme dayanımlarına ulaşılmasının nedeni, camın üretimi sırasında yüzeyinde meydana gelen kusur ve mikro çatlaklardır. Camın taşınması, montajı ve servisi boyunca bu tür yüzeysel kusurların oluşması çekme dayanımını düşürür. 11
5.3.8. Kırılma enerjisi Cam kırılgan gevrek türde bir malzeme olup darbeye ve şekil değişimlerine dayanıklı değildir. Bunun nedeni camın katılaşması sırasında silikatların düzensiz bir yapıda birleşmesidir. Kristal yapıdaki gibi düzenli katılaşma olmadığı için tane sınırları mevcut değildir. Kırılma anında çatlak ilerlemesini engelleyecek veya yavaşlatacak dislokasyonlar mevcut değildir. Bu nedenle ani ve gevrek kırılma gözlenir. 12
5.3.8. Kırılma enerjisi Cam malzemedeki kusurlar gerilme konsantrasyonuna neden olur. Çatlak ucunda etkili gerilme, malzemenin maruz kaldığı gerilmenin 100-1000 katına kadar yükselebilir. Bu nedenle çok düşük gerilmeler dahi (yorulma limiti) çatlak ilerlemesine yol açabilir. Etkiyen gerilmenin yüksek olması, çatlak ucunun keskinliği, yüksek sıcaklık ve çevrenin korozif etkinliği (yüksek nem) çatlak ilerleme hızını arttırabilir. 13
5.3.9. Termal özellikler Viskozite: Sıcaklık arttıkça azalır. Cam üretimi için kritik viskozite değerleri: Çalışılabilirlik noktası: Eriyik camın işlenmeye başlanabileceği nokta. Tavlama noktası: Eriyik camın kendi kendini taşıyabilcek kadar viskoziteye sahip olduğu kritik sıcaklık. En yüksek yumuşama sıcaklığı saf silika camındadır, alkali ve diğer oksitlerin ilavesi viskoziteyi düşürür. Daha az maliyetli cam üretimine olanak sağlar. 14
5.3.9. Termal özellikler Pencere camının yumuşama sıcaklığı 500-600 C arasındadır. Camların diğer önemli fiziksel özellikleri şöylece sıralanabilir : Termik genleşme katsayısı : α = 9.1x10-6 cm/cm C Termik iletkenlik katsayısı : λ = 0.7-1.1 kcal/mh o C (pencere camı) λ = 0.035 kcal/mh o C (cam yünü) Isı geçirimlilik değeri : K = 6 kcal/m 2 h o C (tek cam) K=2,3 kcal/m 2 h o C (12 mm boşluklu çift cam) 15
5.3.9. Termal özellikler Termal şoka dirençli (düşük genleşme katsayısı) Termal şoka dirençsiz (yüksek genleşme katsayısı) Uzay teleskoplarında kullanılacak mercek camları: 16 %7 titanyum oksit içeren silika camı ile yaklaşık sıfıra yakın termal genleşme katsayısı
5.3.10. Elektrik iletkenliği Camların bünyesinde yüklü metalik iyonlar olmasına rağmen yüksek viskoziteleri nedeniyle iyonların elektrik akımı iletmesi mümkün değildir. Bu nedenle cam iyi bir yalıtkandır. Viskozitesine bağlı olarak yalıtım kapasitesi değişir. Camın elektrik iletkenliği sıcaklık arttıkça hızla artar. Cam üretiminde ergimiş soda-kireç-silikat camı 1000 o C ye kadar elektrikle ısıtılabilir. 17
5.3.11. Ses yalıtımı Ses yutma değeri : = 30 db azalma (6 mm tek cam) = 32 db azalma (12 mm boşluklu 6 mm çift cam) = 45 db azalma (20 mm boşluklu 6 mm çift cam) Ses kaynağı Dış ortamdan yalıtılmış izole kutu 18
5.3.12. Isı yalıtım camları Yapılarda camla sağlanan enerji tasarrufu açısından yalıtım iki türlü gerçekleştirilebilir: a) ısı yalıtımı b) güneş kontrolü - Isı yalıtımı ile ilgili bilgilerden önce elektromanyetik spektrum kısaca hatırlatılacaktır. - Görünür ışık elektromanyetik spektrumun küçük bir kısmını oluşturmakta, enerji farklı dalga boylarında bulunabilmektedir. 19
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) Elektromanyetik spektrumda, görünür ışıktan daha uzun dalgaboyuna sahip ışınlardır. Görünür kırmızı ışının dalgaboyunun ölçülebilen alt sınırı 0.74 mikrometredir. 300 mikrona kadar uzanır. Bu dalgaboyları yaklaşık 1-400 THz lik frekansa karşılık gelir. Pek çok madde tarafından oda sıcaklığında emilen termal ışınım (radyasyon) bu frekanstadır. Mikroskobik boyutta maddeler bünyelerindeki enerji ile ortam enerjisine bağlı olarak sürekli termal ışını soğurur veya yayar. Moleküllerindeki hareketlilik veya farklı salınımlar bunun göstergesidir. Aslında infra alt demektir. Kızılaltı ışınım denmelidir. Ancak ötesi kullanılır. 20
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) Güneşten zenith açısında deniz seviyesinde metrekareye 1 kilowat ışınım ulaşır. Bu enerjinin 527 watt kızılötesi, 445 wattı görünür ışın ve 32 watt ı morötesi ışınımdan oluşur. 21
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) Vid 05-3 slayt 22 1. Termal görüntüleme ile ısı köprülerinin tespiti 22
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) 2. Çatı ısı yalıtım kontrolü 23
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) 3. Isı kaynağı kontrolü 24
5.3.12. Isı yalıtım camları Infrared ışın (kızılötesi) 4. Yeterli yüksek sıcaklık yalıtımı yapılmış mı? 25
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Isı yalıtımında amaç; kışın bina ısısının dışa kaçışını yavaşlatarak, ısıtma enerjisi tüketimini azaltmak ve iç mekanın bütününde dengelenmiş bir sıcaklık ortamının devamını sağlamaktır. Enerji verimliliği 26
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı GELENEKSEL ÇÖZÜMLER Cam ile yalıtım, çift cam uygulamaları ile başlamıştır. Ülkemizde 1970 lerde kullanılmaya başlanan çift cam üniteleri iki cam arasında hapsedilen kuru ve durgun hava sayesinde bina ısısının pencerelerden dışa kaçışını yarı yarıya azaltmaktadır. Geleneksel çözümler, iletim yoluyla ısı kaçışını geciktirmektedir. Burada 2 cam arasındaki ara boşluk genişliği ile bu boşluğu dolduran gazların niteliği önemlidir. Cam kalınlıklarının ısı yalıtımına etkisi ihmal edilebilecek kadar azdır. 27
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı GELENEKSEL ÇÖZÜMLER Ara boşluk Genişliği: Ticari genişlikler standart olarak 6-16 mm arasında değişmektedir. Araboşluk genişliği 6 mm den başlayarak 16 mm e doğru arttıkça çiftcam ünitesinin yalıtım değeri de artmaktadır. Ara boşluk Gaz Dolgusu: Standart olarak kuru havadır. Hava yerine ara boşluğa doldurulan Argon vb ağır gazlar çift cam ünitesinin yalıtım değerini arttırmaktadır. 28
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı ÇAĞDAŞ ÇÖZÜMLER Yeni binaların neredeyse tamamında kullanılan standart kaplamasız çift camlar 2000 li yıllarda ısı yalıtımı için tek başına yeterli olamamaktadır. Isı yalıtımında ve dolayısıyla da enerji tasarrufunda yeni çözüm low E ısı kontrol kaplamalı çift camlardır. 29
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Camın (kaplamanın) yayınım (emissivity) değeri: Yayınım (ε) değeri teorik olarak 0 ile 1 arasında değişkendir. Yayınım bir cisim üzerinden elektromanyetik enerji transferinin ölçüsüdür. Mutlak siyah cisimlerin yayınım değeri 1 dir. Düşük yayınım daha iyi yalıtım demektir. Camın yayınım değerinin (0.95) azaltılması ve dolayısıyla da ısı transferinin yavaşlatılması cam üzerine yapılan low E kaplamalar ile sağlanmaktadır. 30
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Low E ısı kontrol kaplamalı çift cam üniteleri oda ısısını (infrared) görünmez bir ayna gibi tekrar içe yansıtarak binadan dışarı olan ısı kayıplarını azaltmaktadır. 31
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Oda ısısı çift camlardan %70 oranında ışınımla; %30 oranında iletimle dışarı kaçmaktadır. Low-E kaplamalar ısı kaçışının bu %70 lik bölümünü 32 denetleyebildiği için ısı kontrolünde etkili olabilmektedir.
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Düşük emisiviteli Low-e kaplama camlar Camların optik özelliklerini fazla değiştirmediği halde; uzun dalga radyasyon enerjisini yansıtarak, ısı geçirgenlik katsayılarında iyileştirme sağlayan kaplamalı camlar Vid 05-3 slayt 33 33
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Low-e kaplamalı ürünler sert ve yumuşak kaplamalar olarak iki kategoriye ayrılır: Sert kaplamalar, temelinde kalay oksite dayalıdır ve float hattı ile direk bağlantılı olan üretim süreci yüzünden hatüstü kaplama olarak tanımlanır. Yumuşak kaplamalar dielektrik koruyucu tabakalar tarafından çevrilen ince bir bakır kaplamaya bağlıdır. Yumuşak kaplamalar dış hava şartlarına karşı dayanıklı olmadıkları için çift cam ünitesinin iç taraftaki yüzeylerinden birine kaplanır ve yerleştirme sırasında bu yüzeyin iç tarafa bakması sağlanır. Bu kaplamaların kendisi düşük ısıl (infrared) ışın yaydığı gibi, iç ortamdan üzerlerine gelen ısıl ışınların da önemli bir bölümünü geri yansıtır. 34
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Low-e kaplamaların kıyaslanması Genelde yumuşak kaplamalar, sert kaplamalardan daha yüksek kızıl ötesi yansıtmaya ve solar (görünür ışık) geçişine sahiptir. 35
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Low-e cam alternatifleri Ülkemizde yaşam kalitesini ve verimliliği artırmak için ısı yalıtımı tek başına yeterli değildir. Türkiye nin yarısından daha büyük bir bölümü ısınmaya ek olarak yazın soğutma da gerektirecek bir iklime sahiptir. Bu nedenle, aynı camlama kombinasyonunun hem yaz hem de kış koşullarında faydalı olması en uygun çözümdür. - Yüksek ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam - Orta derecede ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam -Düşük derecede ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam 36
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Yüksek ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam (High-solar-gain low-e glass) Bu camlar güneş kaynaklı ısının içeriye daha çok girmesine izin verir (kızılötesi ışın filtreleme oranları düşüktür, %71 i geçti). Güneş ışığının ısınma amaçlı kullanıldığı iklimlerde (heatingdominated climates) uygundur. Camlar arasında argon gazı bulunur. Sert kaplama (hard coat) veya diğer adıyla pirolitik (yüksek sıcaklıkta uygulanan) kaplamalar kullanılır. Yumuşak kaplama (soft coat) diğer adıyla Sputtered (vacuum deposited) türleri de mevcuttur. solar-gain: UV ve IR 37
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Orta derecede ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam (Moderate-solar-gain low-e glass) Bu camlar görünür ışığı geçirirken solar (UV-IR) ışının içeri girişini kısıtlar (%39). Bu camlara spektral seçici cam denir. Bu camlar kışın içten ısı kaybını engeller, yazın da dışarıdan ısı girişini önler. Hem ısıtma hem soğutma ihtiyacı duyulan iklimlerde uygundur. Camlar arasında argon gazı bulunur. Yapım tekniği diğerine benzer ancak kullanılan kaplamanın yapısı farklıdır. 38
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Düşük derecede ışık geçirgenliğine sahip Low-E çift cam (Low-solar-gain low-e glass) Bu camlar renklendirilmiş veya reflektif kaplama uygulanmış (aynamsı) camlara kıyasla daha fazla görünür ışık geçirirken, daha az solar ışın (UV-IR) geçirirler (%27). Yani iç mekan için gerekli görünür ışığı seçmede diğer alternatiflerinden daha etkilidirler (%64). Hem yazın hem de kışın solar ışının (UV-IR) girişini engellerken, görünür ışığı geçirir. Kışın ise içteki ısının kaybını engeller. Soğuk ve az güneşli iklimlerde en uygun çözümdür. Üretimi sputter teknolojisi (yumuşak) ile yapılır. 2 veya 3 tabaka gümüş kaplanır. 39
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Çok katlı camlar ülkemizde sadece çift cam (tek açıklık) üniteleri şeklinde kullanılmaktayken yurt dışında üç katlı (iki açıklık) camların da yaygın bir biçimde kullanıldıkları görülmektedir. 40
5.3.12. Isı yalıtım camları a) Isı yalıtımı Aerojeller: Saydam yalıtkan malzemeler ile ilgili yeni gelişme ve araştırmalar sonucunda, balpeteği formunda mikroyapıya sahip aerojel malzemeler üretilmiştir. Aerojelin en önemli kusuru, kırılgan oluşu ve suya karşı dayanıksızlığıdır. Bu özelliği geliştirilmektedir. Vid 05-3 slayt 41. 41
5.3.12. Isı yalıtım camları Isı yalıtımında yeni teknolojiler Radyant bariyer boyalar Kızılötesi ışımayı (IR) yansıtarak ısı yalıtımı gerçekleştiren boyalardır. ABD ordusunun araçların termal kameralardan gizlemek için geliştirdiği bir üründür. Temelde düşük emissiviteli malzemedir. BASF heatblock 42
5.3.12. Isı yalıtım camları Radyant bariyer boyalar (Fahrenheit-32)*5/9=Celcius 43
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Camda güneş kontrolü; cam hamuruna renk verici bazı maddelerin ilave edilmesiyle elde edilen harmandan renkli camlar ve/veya cam üzerine yapılan metalik kaplamalarla sağlanabilmektedir. Güneş ısısının iç mekana kontrollü olarak girmesine izin verildiğinde soğutma giderleri de azaltılmış, bina içi rahatlık düzeyi sağlanmış olmaktadır. 44
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Güneş ışınlarının aşırı parlaklığını ve radyasyon ısısını denetlemektedirler. Işığın kuvvetli olduğu taraftan diğer tarafın görünmesini engelleyen, arka plandaki yapı unsurlarını gizleyerek cephede bütünlük sağlayan ve yapılara renk veren çevre kontrol camları (reflektif cam) olarak tanımlanmaktadırlar. Türkiye 4 mevsimi bir arada yaşayan bir iklime sahiptir. Bir çok bölgemizde hem kış hem de yaz koşulları geçerli olduğundan cam seçiminde bütün bir yılın ortalama kazançları dikkate alınmalıdır. Hem ısı yalıtımı hem de güneş kontrolünü bir arada sağlayabilmek için her iki camı da kaplamalı olan çift camlar veya cam plakalarından sadece birinde özel çok amaçlı bir kaplama içeren çift camlar kullanılmaktadır. 45
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Geçirgenliği değişebilir camlar (smart windows) Geçirgenliği değişebilir camlarda optik özellikler değişir ve bu değişiklik geri dönüşümlüdür. Olay, kromojenik karakter taşır. Termokromik, fotokromik (photocatalytic) ve elektrokromik metodlar kromojenik metodların örnekleridir. Fotoromik camlarda farklı tabakalama yöntemleri ile TiO 2 ve TiN kaplamaları kullanılmaktadır. 46
5.3.12. Isı yalıtım camları Termokromik boya ve mürekkepler b) Güneş kontrol camları Termokromik saydam malzemeler, termal enerjinin (infrared ısı) geçişini engellemek için tasarlanırlar. Sıcaklık değiştiğinde tepki olarak optik özelliklerini değiştirirler. Bu malzemeler cam tabakaları arasında sıkıştırılmış likit veya jellerden oluşur. Bu sistemlerin eksik yanı görülebilir ışığın geçişini azaltmaları ve uzun süreli kararlılığını etkileyecek şekilde likit fazın pencere ünitesinden sızma ihtimalidir. Termokromik camların bağımsız olarak kontrol edilmeleri zordur. 47
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Fotokromik saydam malzemeler, güneş ışığına cevap olarak optik özelliklerini değiştirirler. Güneş gözlükleri ve dürbünler en önemli uygulama alanlarıdır. Geçirgenliklerini değiştirdiklerinde ısı emme oranı artar. Güneşli soğuk günlerde güneş ısısı ve oda kaynak ısısını emer ve sonra bir miktar ısıyı tekrar çevresine yayarlar. Güneşli sıcak günlerde, yansıtıcı camlar kadar güneş enerjisini yansıtmazlar. Bunlar otomatik olarak reaksiyon gösterirler ve bağımsız kontrole izin vermezler. Bazı teknik problemler nedeniyle fotokromik camlar henüz pencere boyutlarında üretilememektedir. 48
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Elektrokromik saydam malzemeler, ünite içinden bir elektrik akımı geçtiğinde optik özelliklerini değiştirir. İnce bir metalik film, low-e camların üretimine benzer bir süreçle cam üzerine yerleştirilir. Elektokromik camlarda; Elektrot sistemi İlk cam veya plastik tabaka İletken oksit Elektrokormik tabaka (örneğin tungsten oksit) İyon iletkeni (elektrolit) ve kaynağı İkinci bir iletken oksit tabakası İkinci cam veya plastik tabaka bulunur. 49
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Vid 05-3 slayt 50 Elektrokromik camların rengi kontrollü olarak değiştirilebilir. With an electrochromic smart window, it only requires electricity to make the initial change in opacity. Maintaining a particular shade does not require constant voltage. You merely need to apply enough voltage to make the change, and then enough to reverse the change -- making this pretty energy-efficient. In fact, according to Sage Electronics, you can run a house full of electrochromic windows for about the same amount of money that it takes to power a single 75-watt light bulb. 50
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Elektrokromik camlar Elektrokromik camlar yardımıyla günışığı seviyesine göre istenen şekilde iç sıcaklığı dengeleme olanağı vardır. 51
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Elektrokromik camların rengi kontrollü olarak değiştirilebilir. Elektrokromizm: is defined as a reversible colour change of a material caused by the application of an electrical current or potential. It has potential applications in making smart windows for the modulation of incoming light, as well as displays, a field in which competition with liquid crystal displays (LCD) is possible Elektroaktif bir türün elektron transferi ya da redoks süreciyle kompozit renginde tersinir olarak meydana gelen değişim olayı elektrokromizmdir. Elektrokromizm redoks halleri arasında değişen farklı görünür bölge elektronik absorpsiyon bantlarının üretiminden kaynaklanır. Elektrokromizm J.R. Platt tarafından 1961 de teorik olarak önerilmiştir. 52
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Elektrokromizm en çok dikiz aynalarında parlak far ışıklarının sürücü gözünü olmaması için kullanılır. Toyota Prius, 2010 Chrysler Pacifica, 2004 Interior Cabin with Electrochromic (auto tint) Roof Ferrari 612 Scaglietti 2010 53
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları http://www.switchlite.com/openingpage.html The technology behind an LCD is similar to the polymer dispersed liquid crystals (PDLCs) used in some smart-window applications. In these windows, the liquid crystals respond to an electrical charge by aligning parallel and letting light through. When the electrical charge is absent, the liquid crystals in the window are randomly oriented. With liquid crystals, the glass is either clear or translucent. There are 54 no intermediate settings.
5.3.12. Isı yalıtım camları b) Güneş kontrol camları Polymer dispersed liquid crystals (PDLCs) 55
Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı Malzemeleri 5. Yapılarda cam kullanımı 5.4. Camın özel kullanım alanları 5.4.1. Cam lifi (elyafı) ve tülü 5.4.2. Cam yünü 5.4.3. Cam köpüğü 5.4.4. Yapısal camlar 1
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam lifinin üretiminde ergimiş silika, soda, alüminyum oksit ve kolemanit (bir tür bor cevheri) gibi cam hammaddeleri kullanılır. Silis ve oksijen atomları bir araya gelerek silikat bileşiğini oluşturduğunda çok kuvvetli bir atomik bağ meydana gelir. Camın teorik çekme dayanımının çok yüksek olmasının nedeni söz konusu bağın gücüdür. 2
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Elektrik ark yöntemi ile ergitilmiş cam, platin-rodyum alaşımından yapılmış bir potanın dibindeki deliklerden (sayısı yüzlerce hatta binlerce olabilir) basınçla ve belirli bir debiyle itilirken, deliklerden çıkan cam iplikçikleri hızla çekilir. Cam, çekme işlemi nedeniyle uzarken çapı da küçülerek lif mertebesine iner. Sarıcı mekanizmanın hızı saatte 200 kilometreye kadar çıkar. Bu nedenle lif çapı teoride 3-5 mikrona kadar düşürülebilir. Pratikte lif çapı değişir. 5-25 mikron arasında 3
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam lifi alkali matrislerde kullanılacaksa alkali korozyonuna karşı dirençli olması gerekir (AR-glass). Bu nedenle lif haline getirilen camın üzerine polimer püskürtülerek alkali korozyonuna karşı dayanıklılığı arttırılmaktadır. Cam lifi takviyeli kompozit üretiminde kullanılırken inorganik lifin organik veya inorganik matrisle aderansını arttırmak amacıyla çeşitli yüzey kaplama işlemlerine de tabi tutulabilir. Bu amaçla en çok silan türevleri kullanılır. Cam lif haline getirilince kırılganlığı azalır. Cam lifi kullanım amacına uygun ticari ürünler halinde satılır. Bunlar cam yünü, cam tülü, sürekli cam lifi demeti, sürekli cam fitil, doğranmış cam lifi demeti, cam keçe, cam kumaş ve dokumalardır. 4
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Kırpılmış cam lifi demeti Cam liflerinin dokunması ile elde edilen cam tülü veya kumaşlar Lif takviyeli kompozitlerin üretiminde cam en sık kullanılan malzemelerden birisidir. Polimer matris Cam lifler Cam lifi takviyeli plastikler (glass fiber reinforced polymers) 5
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam kumaş ve dokumalarla üretilen kompozit yapı elemanları 6 Gries & Roye et al., 2004
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam tülü ile güçlendirme E-glass 7
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam tülü ile güçlendirme 1, 2 ve 3 kat sarmalama, polyester reçinesi ile yapıştırılıyor. 8
5.4.1. Cam lifi (elyafı) Cam tülü ile güçlendirme 9
5.4.1. Cam lifi (elyafı) BBBF Listesinde Cam Elyafı kullanılarak hazırlanan imalat pozu sayısı: 119 (İnş.), 2 (Mak.) (2010) Poz No İş Kaleminin Adı ve Kısa Açıklaması Ölçü Birimi 2010 Birim Fiyatı 04.768/05A01 04.768/05B17 04.768/05B18 04.768/05B19 087.301 Ø 300 mm anma çaplı cam elyafı takviyeli (ctp) plastik borular (ts 4355) (ts en 1796) (manşon ve conta bedeli dahil) 4 atmosfer basınç dayanımlı Mt 36,50 Ø 1900 mm anma çaplı cam elyafı takviyeli (ctp) plastik borular (ts 4355) (ts en 1796) (manşon ve conta bedeli dahil) 6 atmosfer basınç dayanımlı Mt 1.234,00 Ø 2000 mm anma çaplı cam elyafı takviyeli (ctp) plastik borular (ts 4355) (ts en 1796) (manşon ve conta bedeli dahil) 6 atmosfer basınç dayanımlı Mt 1.356,00 Ø 2100 mm anma çaplı cam elyafı takviyeli (ctp) plastik borular (ts 4355) (ts en 1796) (manşon ve conta bedeli dahil) 6 atmosfer basınç dayanımlı Mt 1.512,00 Takriben 80x80x15 cm. cam elyafı ile takviyeli polyester 10 tekne: (ts 8080) duş teknesi Ad 27,80
5.4.1. Cam lifi (elyafı) BBBF Listesinde Cam Tülü kullanılarak hazırlanan imalat pozu sayısı: 67 (İnş.), 2 (Mak.) (2010) Poz No İş Kaleminin Adı ve Kısa Açıklaması Ölçü Birimi 2010 Birim Fiyatı 04.601/1 Cam tülü taşıyıcılı örtüler kanaviçeli M² 1,65 04.605/A 04.618 04.626/03A 18.246/04 Eğimli çatı kaplama malzemeleri altında kullanılan iki yüzü polietilen film kaplı cam tülü taşıyıcılı laminesiz polimer bitümlü örtü (ts 13047) M² 3,17 Asfalt kaplanmış cam tülü pestili asfalt en az 1300 gr/m 2 (ts en 13707) M² 4,62 2 mm elastomer esaslı cam tülü taşıyıcılı örtüler (-20 o C soğukta bükülmeli ceb-c60) M² 5,60 Ahşap çatı üzerine 3mm kalınlıkta plastomer esaslı cam tülü taşıyıcılı polimer bitümlü örtüler ile çatı örtüsü altında 1 katlı su yalıtımı yapılması (-10c soğukta bükülmeli cpb1-c60) (soğuk çatılarda %5 ile %36 arasında eğim olan yerlerde) m² 113,69
5.4.2. Cam yünü (glass wool) Cam yünü ince (5-10 mikron çaplı) ve uzun inorganik cam liflerinin yüksek sıcaklıkta birbirleri ile bağlanması sonucu elde edilir. Lifler arasında milyonlarca küçük boşluk sıkışmıştır. Bu nedenle termal ve akustik yalıtım için ideal bir malzemedir. İzotoprak Camyünü Fabrikası Cam yününün optik mikroskopta görünümü 12
5.4.2. Cam yünü (glass wool) Lif haline gelmeden önce camın termik iletkenlik katsayısı 1.15 W/m o K iken, lif haline getirilip cam yünü şeklinde işlenince termik iletkenlik katsayısı 0.025-0.050 W/m o Kdeğerine kadar düşer. Cam yünü dünyada en çok kullanılan ısı yalıtım malzemesidir. 7 milyar dolarlık pazar payı vardır. Kabaca -50 o C ile +250 o C arasındaki sıcaklıklarda kullanılabilir. Farklı üreticiler daha geniş ve dar aralıklar vermektedir. A sınıfı yanmaz malzemedir. Yoğunluğu sıkışma derecesine göre 10-100kg/m 3 arasında değişir. Cam lifinin çekme dayanımının ve elastisite modülünün yüksekliği titreşim olan 13 bölgelerde ve bağlantı elemanlarında kullanılabilmesini sağlar.
5.4.2. Cam yünü (glass wool) Cam yünü kimyasal olarak inerttir. Metallerle korozif reaksiyon yapmaz. Neme maruz kalacaksa korunmalıdır. Buhar kesiciler Çatı izolasyonunde şilte şeklinde (çıplak) Çatı izolasyonunde şilte şeklinde (folyolu) Duvar levhası şeklinde Kalınlık: 25-200 mm Genişlik: 1200 mm Uzunluk: Kullanıcının isteğine bağlı olarak değişken (5-30 metre) 14
5.4.2. Cam yünü (glass wool) BBBF Listesinde Cam Yünü kullanılarak hazırlanan imalat pozu sayısı: 35 (İnş.), 393 (Mak.) (2010) Poz No İş Kaleminin Adı ve Kısa Açıklaması Ölçü Birimi 2010 Birim Fiyatı 04.734/A26B 18.233/8 18.259 19.050/2 2,5cm kalınlığında, yüklenemeyen, bir yüzü akrilen kaplı inorganik menşeli cam yünü (ts 901, ts 901-1 en 13162) plaka: teknik ve yapıda ısı ve ses yalıtımında kullanılan 1.dinamik sertlikte ısı iletkenlik hesap değeri<=0.040w/mk 24 kg/m3 yoğunluğunda M² 16,25 Mevcut betonarme, önyapımlı hazır beton plak veya kaplama tahtalı ahşap çatı döşemesi üzerine (6cm) cam yünü dolgulu 0.70 mm kalınlığında trapezoidal alüminyum levhalar (en aw 3003 al-mn1 cu) ile çatı örtüsü yapılması M² 47,66 Ahşap, çelik ve betonarme kiriş veya âşıklı çatı üzerine, arası 6 cm cam yünü dolgulu üst ve alt kat elyaflı çimentolu oluklu levhalarla ısı yalıtımlı (sandviç sistem) çatı örtüsü yapılması M² 49,14 Çatı arasında döşeme üzerine 8 cm kalınlıkta cam yünü ile ısı yalıtımı yapılması (18 kg/m3 yoğunluğunda) çatı 15 arasında döşeme üzerine cam yünü (şilte) ile ısı yalıtımı yapılması. M² 9,58
5.4.2. Cam yünü (glass wool) BBBF Listesinde Cam Yünü kullanılarak hazırlanan imalat pozu sayısı: 35 (İnş.), 393 (Mak.) (2010) Poz No İş Kaleminin Adı ve Kısa Açıklaması Ölçü Birimi 2010 Birim Fiyatı 265.501 261.502 230.604 2,5 cm kalınlıkta 50 kg/m³ yoğunlukta cam yünü levha bir yüzü alüminyum folyo kaplı cam yünü levha veya şilte, veya taş yünü levha ile kanalın dıştan yalıtımı. kanal izolesi M² 17,10 Borular arası 3 cm. kalınlığında şilte tipi cam yünü teknik izolasyon malzemesi ile izoleli içi tek katlı ve dışı çift katlı alüminyum borudan imal edilmiş hava kanalı diğer özellikler bft 261-501 gibi. izoleli alüminyum bükülebilir (flexible) borudan M² 54,00 Boru dış çapı (3/4") 27 ø mm. cam yünü et kalınlığı 30 mm. prefabrik boru cam yünü üzeri bez kaplamalı boru izolasyonu teknik yalıtım camyünü ile) (ts 901-1 en 13162, ts ıso 8142) Mt 4,05 16
5.4.3. Cam köpüğü (glass foam) Cam tozu veya parçacıkları saf karbonla veya kireçtaşı ile birlikte ergitilir. Taneler birbirine kaynaşacak kadar ergidiğinde karbon oksijenle reaksiyona girerek gaz çıkartmaya başlar. Yüksek viskozite sayesinde gaz kabarcıkları cam içinde kapalı boşluklar oluşturur. Soğuma sırasında bu boşluklar geometrik yapısını korur. o K= o C+273 Okside cama karıştırılan %2 karbon tozunun ısıtma ile camı kabartıcı etkisi 17
5.4.3. Cam köpüğü (glass foam) Kabarcıklar o kadar çoktur ki cam opak görünüm kazanır. Karbon nedeniyle rengi siyah, gri, fümedir. Foamglass Cam köpüğü düşük termal iletkenlik katsayısı ile etkili bir ısı yalıtım malzemesidir (<0.060 W/m o K). Yüksek ısı tutuculuğa sahiptir. Isı yalıtım panelleri ve sıcak soğuk boru yalıtımında kullanılır. 18
5.4.3. Cam köpüğü (glass foam) Çok hafiftir (100-200 kg/m 3 ). Suda yüzer, Kapalı bir boşluk yapısı olduğundan suyu emmez (%0.2). Su buharı, nem, duman geçirmez. Kapalı yüzme havuzları gibi nemin yüksek olduğu mekanlarda bile ayrıca buhar kesici membran uygulamasına gerek kalmadan ısı yalıtımı sağlanır. İnorganik olduğu için böcekten etkilenmez. Çoğu kimyasala ve asite karşı dirençlidir. Sadece hidroflorik asitten etkilenir. Yüksek alkalili maddelerden de etkilenebilir. Polimer türevli bazı yalıtım malzemelerinin tersine CFC ve HCFC gazları çıkartmaz. Ozon tabakasına zararı yoktur. 19