กระจกไม่ได้มีไว้แค่เพียงรับแสง แต่ต้องกันความร้อน/ความเย็น (History of Insulated Glass)

ประวัติ(วัสดุ)ศาสตร์ได้กล่าวถึงประวัติศาสตร์กระจกไปหลายตอน ทุกคนจึงพอจะทราบว่าวัสดุกระจกนั้นมีประวัติศาสตร์อยู่คู่กับสถาปัตยกรรมมาอย่างช้านาน วันนี้ถึงคิวของกระจกฉนวนกันความร้อน

วันนี้ “ประวัติ(วัสดุ)ศาสตร์” โดย Wazzadu Encyclopedia จะขอพาทุกท่านย้อนเวลาไปรู้จักความเป็นมาและการเกิดขึ้นของ ‘กระจกฉนวนกันความร้อน’ กันครับ

ก่อนศตวรรษที่ 20

จุดเริ่มต้นของกระจกฉนวนกันความร้อนมาจากหน้าต่าง 2 ชั้น (double window) แบบเปิด-ปิดแยกกันเพื่อกันลมหนาวมานานหลายร้อยปีในยุโรปเขตหนาว ถึงแม้จะไม่ใช่กระจกฉนวนในความหมายสมัยใหม่ แต่หลักการเหมือนกัน คือ มีช่องอากาศคั่น เพื่อลดการถ่ายเทความร้อน

ค.ศ. 1865

กระจกบานเดียวถือเป็นมาตรฐานของกระจกในสมัยก่อนมานานหลายร้อยปี ถึงแม้ว่าจะรับแสงธรรมชาติและป้องกันลมได้ แต่กระจกบานเดียวกลับเป็นฉนวนที่ไม่ดีนักและทำให้ความร้อนและความเย็นผ่านเข้ามาได้ง่าย กระทั่งในปี ค.ศ. 1865 วิศวกรและนักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน Thomas D. Stetson  ได้ยื่นจดสิทธิบัตรกระจกฉนวน เขาค้นพบว่าหากนำกระจกสองแผ่นมาประกบเข้าด้วยกันเป็นกระจกบานเดียว แล้วปิดผนึกอากาศไว้ตรงกลางระหว่างช่องว่างของกระจก จะสามารถเพิ่มความเป็นฉนวนและป้องกันการสูญเสียความร้อนได้ ในช่วงเวลานี้เทคโนโลยียังไม่พร้อมจึงทำให้ผลิตได้ยาก จึงไม่ได้แพร่หลายนัก

ค.ศ. 1913

จากนั้นเทคโนโลยีได้พัฒนาไปสู่กระจกฉนวนสุญญากาศ (VIG) ที่เสนอแนวคิดขึ้นครั้งแรกในปี 1913 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Zoller ต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าเทคโนโลยีนี้จะได้รับการพัฒนาอย่างจริงจัง

ค.ศ. 1934

Charles D Haven  ได้จดสิทธิบัตรหน่วยกระจกสองชั้นปิดผนึกที่เรียกว่า Thermopane® ซึ่งช่วยลดการถ่ายเทความร้อนและป้องกันการควบแน่นของกระจก เฮเวนตระหนักว่าการขยายตัวและการหดตัวระหว่างแผ่นกระจกภายในและภายนอกจะมีความแตกต่างกัน ทำให้เกิดแรงตึงบนวัสดุยึดติดและสเปเซอร์ ซึ่งเพียงพอที่จะทำลายพันธะด้วยสารเคลือบปิดผนึก เฮเวนสนับสนุนการคายน้ำออกจากช่องว่างอากาศ แทนที่จะเติมก๊าซเฉื่อยลงไป แล้วปิดผนึกอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันผลิตภัณฑ์เสียหาย

การโปรโมตผลิตภัณฑ์เทอร์โมเพนและอาคารโซลาร์เซลล์โดย บริษัท Libbey-Owens-Ford ถือเป็นจุดเริ่มต้นของกระจกฉนวนสุญญากาศในเชิงพาณิชย์ โดยมีเป้าหมายคือช่วยเพิ่มความสบายในอาคารและลดปัญหากระจกเกิดหยดน้ำ ส่งผลให้กระจกสองชั้นประสบความสำเร็จอย่างมากในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ในสหรัฐอเมริกา

ตั้งแต่นั้นมาวิทยาศาสตร์วัสดุเทคโนโลยีสุญญากาศ และกระบวนการผลิตก็ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้กระจกฉนวนสุญญากาศมีประสิทธิภาพและความทนทานสูงขึ้น เริ่มกลายเป็นทางเลือกสำหรับอาคารที่ต้องการฉนวนกันความร้อนสูง 

หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 (ค.ศ. 1950 – ค.ศ. 1960)

ยุคที่การผลิตอุตสาหกรรมเติบโตอย่างก้าวกระโดด โรงงานสามารถผลิตกระจก Float glass คุณภาพสูง ทำให้กระจกฉนวนกันความร้อนทำได้ง่ายขึ้น รวมทั้งการมาของแนวคิด “อาคารประหยัดพลังงาน” เริ่มได้รับความสนใจ ความต้องการกระจกฉนวนเติบโตอย่างรวดเร็วในสหรัฐอเมริกาและยุโรป

ค.ศ. 1973

วิกฤตน้ำมันปี 1973 ทำให้ประเทศต่าง ๆ หันมาให้ความสำคัญกับการลดพลังงาน รวมทั้งมาตรฐานอาคารใหม่ ๆ เริ่มมีการบังคับใช้กระจกที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นเทคโนโลยี Low-E (Low Emissivity) ถูกคิดค้นในช่วงปลายทศวรรษนี้

ค.ศ. 1996

ท้ายที่สุดกระจกฉนวนกันความร้อนก็ได้รับการพัฒนาและผลิตในเชิงพาณิชย์ได้สำเร็จในปี 1996 ผลิตภัณฑ์กระจกฉนวนสุญญากาศเชิงพาณิชย์ตัวแรกถูกผลิตขึ้นในญี่ปุ่น โดยใช้ผลงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ซึ่งถือเป็นความสำเร็จหลังจากเวลาผ่านไปกว่า 80 ปี

ค.ศ.2000

กระจก Low-E กลายเป็นมาตรฐานของอาคารอย่างแพร่หลาย วิวัฒนาการทางเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูง ทำให้ผลิตภัณฑ์กระจกฉนวนกันความร้อนพัฒนาตามไปด้วย เริ่มมีการใช้แก๊สเฉื่อยอย่าง Argon หรือ Krypton แทนอากาศเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อน เทคโนโลยีการซีลและตัวคั่นเองก็พัฒนาขึ้นอย่างมาก ทำให้ Insulated Glass มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น อาคารกระจกเองก็เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย ทำให้ความต้องการของกระจกฉนวนกันความร้อนเพิ่มขึ้นทั่วโลก

ศตวรรษที่ 21-ปัจจุบัน

Insulated Glass เป็นมาตรฐานสำหรับอาคารทั้งเชิงพาณิชย์และที่พักอาศัย ฉนวนมีคุณภาพสูง มีการพัฒนาเป็น 

• กระจกฉนวน 3 ชั้นTriple Insulated Glass 
• ใช้สุญญากาศเป็นชั้นฉนวน Vacuum Insulated Glass (VIG)  
• กระจกควบคุมแสงอัจฉริยะ (Smart Glass, Electrochromic Glass)

ที่สำคัญคือโลกปัจจุบันภาวะโลกเดือดนั้นรุนแรงเกินกว่าจะควบคุม ทั้งโลกกำลังร่วมกันผลักดันให้ใช้ทรัพยากรที่เหลืออยู่อย่างคุ้มค่า อุตสาหกรรมสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างเองก็ควรตระหนักถึงประเด็นนี้ตั้งแต่เริ่มการผลิตตลอดจนสิ้นอายุขัยของวัสดุ ร่วมกันเลือกวัสดุที่ใช้งานได้ยาวนาน ยั่งยืน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมกันครับ