کاربردهای فناوری نانو در لوله‌های بی‌صدا در ساختمان و فاضلاب

فناوری ‌نانو، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با كنترل سطوح مولكولی و اتمی برای استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. نانو یک مقیاس بوده و به اندازه یک میلیاردم متر ( 10^-9m) می‌باشد. خصوصیات مواد در اندازه‌های نانو‌متری دچار تغییرات می‌شود، بدون این‌که تغییری در ترکیبات شیمیایی آن‌ها ایجاد شود .

زندگی مدرن امروز بشر باعث به‌وجود­آمدن بسیاری از ناهنجاری­های جدید در جوامع گردیده که آلودگی صوتی یکی از این موارد می باشد. کوچک­شدن فضای زیستی در شهرهای بزرگ و استفاده از مصالح سبک و بادوام باعث به­وجود­آمدن و اجباری شدن استانداردهای جدیدی جهت کنترل صدا در محیط زندگی انسان‌ها در جوامع مدرن گردیده است. در این میان وسایل و تجهیزات تأسیساتی داخل ساختمان مثل فن‌ها­، فن کویل سقفی و دیواری­، سیستم‌های لوله‌کشی آب سرد و گرم و سیستم لوله‌کشی فاضلاب از عوامل مؤثر تولید صدا در فضاهای مسکونی می‌باشند. بنابراین ضروری است که در هنگام انتخاب این وسایل به استانداردهای تولید صدا و حد تولید صوت این تجهیزات، به‌عنوان یک مشخصه مهم توجه نمود.
از بین این تجهیزات لوله‌های انتقال فاضلاب به‌علت اینکه به‌صورت غیر مدفون و در داخل فضای مسکونی به‌کار برده می‌شوند، نقش مهمی در انتقال صوت ناخواسته به محیط را دارند. در این مبحث به معرفی لوله‌های بی‌صدا و کاربرد فنانوری‌نانو در این لوله‌ها پرداخته شده است.

تعریف لوله‌ی بی‌صدا

لوله‌های بی‌صدا، سیستمی متشکل از لوله‌ها و لوازم جانبی است که به‌منظور کاهش سروصدای ناشی از تخلیه فاضلاب و آب باران طراحی شده است. این سیستم نسل جدید لوله‌های سه لایه می‌باشد که با استفاده از فناوری نانو و جهت انتقال بدون صدای فاضلاب درداخل ساختمان و انشعابات فاضلاب خارج ساختمان طراحی گردیده است.

  اجزای تشکیل دهنده لوله‌ی بی‌صدای تولید شده با فناوری نانو

• لایه داخلی : از پلی‌ویلین کلراید[1] خالص ساخته شده و دارای مقاومت بالا در برابر حرارت و مواد شیمیایی است، همچنین برای تخلیه بهتر و جلوگیری از انسداد لوله سطح آن کاملاً صاف می‌باشد.

• لایه میانی: لایه میانی توسط مواد معدنی و نانو انباشته شده است. این قسمت از مواد با چگالی بالا مانند PVC معدنی یا پلی پروپیلن [2]و نانو ذرات رس[3] ساخته شده و مهمترین قسمت تشکیل دهنده لوله‌ی ‌بی‌صدا است که به عنوان عایقی قدرتمند در جذب صدا عمل می‌نماید و باعث کاهش انتقال صدا به بیرون از لوله می‌شود. بنابراین وجود این لایه موجب می ‌شود که صدا از بدنه لوله‌های آب و فاضلاب عبور نکند. استفاده از نانوذارت باعث سبکی وزن، مقاومت بالا و کاهش مصرف مواد اولیه در ساخت لوله می شود.

• لایه خارجی: این لایه به‌عنوان لایه محافظ لوله و با خاصیت ضربه­پذیری بالا است که لایه‌های داخلی را از آسیب‌های احتمالی ناشی از عوامل خارجی مانند ضربه و تأثیر عوامل شیمیایی محافظت می‌کند.

شکل 1: اجزاء تشکیل دهنده لوله بی‌صدا]1[.

مزیت استفاده از نانو رس‌ها در لوله‌های بی‌صدا:

نانورس‌ها کانی‌هایی هستند که حداقل یکی از ابعاد آنها در حد نانومتر باشد. این مواد به دلیل ارزانی و در دسترس بودن، توجه زیادی در زمینه‌ی فناوری نانو به خود جلب کرده‌اند. نانورس‌ها شامل صفحات کوچک و نامنظم رسی هستند که در حدود 1 نانومتر ضخامت و 100 نانومتر قطر دارند. نانورس ها یکی از مواد پرکننده‌ی مهم برای پلیمرها هستند که به دلیل ساختارشان باعث ایجاد استحکام، مدول بالا، مقاوت حرارتی و جذب صدا می‌شوند. معمولاً با حل کردن مواد پلیمری مانند پلی‌پروپیلن و نانورس در یک حلال و تبخیر کردن حلال، کامپوزیت‌ها‌ی بر پایه نانورس ایجاد می‌شوند. خواص این کامپوزیتها به نحوه‌ی ایجاد کامپوزیت و درصد اجزای تشکیل دهنده‌ی آنها بستگی دارد. نانورس می‌تواند به‌صورت نانوکامپوزیت یا میکروکامپوزیت با پلیمر تشکیل شود. اما تحقیقات نشان داده است که نانوکامپوزیت آن خواص بهتری از خود نشان می‌دهد.

شکل 2: تهیه نانوکامپوزیت‌ و میکروکامپوزیت پلیمر و نانورس

شکل 3: تصویر میکروسکوپی کامپوزیت پلی پروپیلن و نانورس

فیزیک انتشار صوت از لوله‌های فاضلاب به داخل فضای مسکونی

مکانیزم انتشار صوت از لوله‌های فاضلاب به دو صورت می‌‌باشد:

1. روش انتقال صوت توسط بست‌ها و از طریق سازه ساختمان(منبع صدای مستقیم)

در این روش برخورد حرکت آب و فاضلاب به دیواره‌های لوله منبع تولید صدا می‌باشد. برخورد آب باعث ایجاد ارتعاش و لرزش در لوله شده و انتقال صوت ناشی از لرزش و ارتعاش سیستم لوله­کشی به سازه و توسط سازه به داخل محیط مسکونی منتقل می‌شود.

شکل 4: انتقال صوت مستقیم از طریق ارتعاش لوله و بست‌ها

2. روش انتشار صوت از طریق مولکول‌های هوا و از جداره لوله(منبع صدای غیرمستقیم)

در این روش منبع تولید صدای ایجاد شده بستگی به شدت جریان آب دارد و صوت ناشی از عبور جریان آب و فاضلاب توسط مولکول­های هوا منتقل می‌شود و از جداره لوله به محیط مسکونی انتقال می‌یابد.

شکل 5: امواج صوت درون لوله و انتقال آن‌ها از طریق مولکول‌های هوا ]2[.

• طبق استاندارد موجود در مورد کنترل صوت تجهیزات مختلف در فضاهای مسکونی، میزان مجاز شدت آلودگی صوتی سیستم‌های تأسیساتی لوله‌کشی، حداکثر مقدار 30 دسی‌بل تعیین گردیده است، اما به کمک فناوری نانو و با استفاده از لوله‌ی ‌بی‌صدا، صدای حاصل از جریان حداکثر، حدود 18 دسی بل خواهد بود.

شکل 4: میزان سطح صدای ایجاد شده به ازای مقادیر مختلف(5/0، 1،2،4) از سرعت جریان آب از درون لوله(به ازای لیتر بر ثانیه). این تست توسط موسسه Fraunhofer آلمان انجام گرفته است]3[.

به‌طور کلی سروصدا به‌وسیله ارتعاشات مواد جامد، مایع و یا گاز منتقل می‌شود. مقاومت ارائه شده توسط مواد به صدا، به چگالی آن‌ها بستگی دارد و این به‌ نوبه خود، تعیین کننده سرعت امواج صوت است. در هنگام انتقال صوت از محیطی به محیط دیگر، برای مثال حرکت صوت از آب به هوا، قسمتی از انرژی صوت جذب، قسمتی منعکس و بقیه انتقال می‌یابد. با کاربرد فناوری نانو و استفاده از مواد عایق صوتی نانو ساختار در لوله‌های بی‌صدا، به دلیل ساختار، طراحی و خصوصیات مواد به‌کار رفته در لوله، با ضخامت کمی از این نانو مواد، صدای حاصل از جریان آب به گونه‌ای موثر جذب مواد ‌نانو موجود در لایه میانی شده و درصد انتقال صوت به محیط بیرون از لوله به مقدار زیادی کاهش می‌یابد.

شکل 6: نحوه انتشار صدا از درون لوله به محیط بیرون

شکل 7: نحوه انتشار صدا از درون لوله‌ی ساخته شده با فناوری‌نانو به محیط بیرون

مهم‌ترین ویژگی‌های لوله‌های بی‌صدا با استفاده از فناوری نانو

• کاهش صدا در سطح 17-6 دسی بل در شرایط استاندارد
• مقاومت فیزیکی و شیمیایی بسیار بالا به ویژه مقاومت ضربه ای و حرارتی
• کارائی و عمر مفید بسیار طولانی
• سرعت و سهولت بسیار زیاد در کار نصب و اجرا و در نتیجه صرفه­جوئی در زمان و هزینه­ها
• وجود سطوح داخلی کاملاً صاف و صیقلی و منتفی بودن امکان انسداد
• اتصال آسان قطعات به یکدیگر و کاهش هزینه‌های اجرایی به دلیل نبود نیاز به چسب یا جوش دادن
• آب­بندی پایدار در تمام شرایط از جمله نشست ساختمان و لرزش غیر­مخرب
• سبکی وزن و سهولت در حمل­و­نقل در مقایسه با سیستم­های آلیاژی
• قابلیت انطباق با تمام لوله و اتصالات فاضلابی قدیمی استاندارد اعم از پلیمری و آلیاژی

آینده فناوری نانو در لوله‌های بی‌صدا

طی برگزاری هفتمین جشنواره برترین‌های فناوری نانو در سال 1390، محصول لوله‌ بی‌صدا، رتبه نخست بخش محصولات برگزیده را به دست آورد. فناوری ساخت این لوله که طی سال های اخیر تنها در اختیار چند کشور پیشرفته نظیر آلمان و سوئیس قرار داشت، با همکاری شرکت دانش بنیان پارسا پلیمر شریف به دست آمد. کیفیت لوله‌های تولید شده در داخل کشور با استانداردهای اروپایی کاملا منطبق است و این محصولات توانایی رقابت با بازهای آسیا و اروپا را دارند و از اولین نمونه کارهای انجام شده این لوله‌ها، می‌توان به استفاده از لوله‌های بی‌صدا در مجتمع خلیج فارس شیراز اشاره کرد. با توجه به جدید بودن و ویژگی‌های منحصربه‌فرد این محصول انتظار می‌رود که در سال‌های آینده استفاده از لوله‌های بی‌صدا در صنعت ساختمان رشد چشمگیری داشته باشد.

—————————————————

[1]polyvinyl chloride (PVC)

^[2]Polypropylene

 [3]nanoclay

برخی از شرکت‌های تولید کننده لوله بی‌صدا

————————————–

منابع

[1] www.dizayngrup.com

[2] www.pipelife.com

[3] www.irannano.org

—————————————————

ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

(توجه: جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید)

همچنین برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.

 ====================================================================================