پوشش ETFE چیست؟ جایگزین سقف و نماهای شفاف در معماری

امروزه برای طراحی سازه‌های سبک وزن و پوشش سقف فضاهای روباز می‌توان از متریال‌های مختلفی چون پارچه معماری PVC ، پارچه PTFE یا پوشش ETFE استفاده کرد. در حقیقت انتخاب یک پوشش مناسب نه تنها بر ظاهر پروژه تأثیر گذار است، بلکه ویژگی‌های دیگری مانند میزان عبور نور، رفتار سازه در برابر تابش خورشید، شرایط جوی و حتی شیوه طراحی فرم و پایداری آن را نیز تعیین خواهد کرد. از همین روی برای طراحی سازه‌ای با بیشترین میزان بهره‌برداری و تناسب با نیازمندی‌های فضا، ضروری است که این مواد و مشخصات فنی آن‌ها را به خوبی بشناسید.

در این خصوص چنانچه طرح معماری پروژه وابسته به ایجاد سطحی سبک، شفاف و متفاوت از سقف‌های متداول باشد، اولین ماده مد نظر طراحان عمدتاً شیشه یا پلی کربنات خواهد بود. اما مسئله اینجاست که شیشه از نظر وزن و پلی کربنات از نظر میزان فرم پذیری و نمای ظاهری، چندان انتخاب معقولانه‌ای محسوب نمی‌شوند. در حالی که یک سقف ETFE با ارائه پوسته‌ای وسیع، سبک و مهندسی شده، بهترین کاربرد را برای پروژه‌های معماری شاخص به همراه دارد. اما سؤال اینجاست که اصلاً پارچه ETFE چیست و چه تفاوتی با سایر منسوجات معماری دارد؟ برای شناخت این ماده و مشخصات آن با ما همراه باشید.

پوشش ETFE چیست؟

عبارت ETFE در واقع مخفف واژه Ethylene Tetra fluoro ethylene (اتیلن تترا فلورو اتیلن) و نوعی کوپلیمر فلوروپلیمری است. گاه به اشتباه این ماده را به عنوان نوعی پارچه معرفی می‌کنند، در حالی که در معماری ساختمان عمدتاً به شکل فیلم یا فویل بسیار نازک تولید و مورد مصرف قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر بر خلاف منسوجات صنعتی چون پارچه پلی استر که از الیاف روکش‌های پلیمری تشکیل شده است، پوشش ETFE یک فیلم ترموپلاستیک است. بنابراین به صورت تک یا چندلایه در ساخت سقف‌هایی با دهنه بسیار بزرگ، نما سازی، دیواره شفاف و سایبان به کار می‌رود.

ضخامت این ماده برای کاربردهای مذکور، معمولاً در محدوده ده تا چند صد میکرومتر قرار دارد. به همین دلیل وزنی بسیار پایین داشته (معادل 1% وزن شیشه‌های معمول) و بار مرده کمتری نسبت به شیشه یا پلی کربنات به همراه دارد. علاوه بر آن فیلم ETFE در مقایسه با شیشه‌های سنتی، به سازه فولادی کمتری احتیاج دارد. به همین دلیل نصب آسان‌تر و اجرای اقتصادی‌تری برای پروژه‌های بزرگ خواهد داشت. در نتیجه با وجود شفافیت، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی و دوام قابل توجهی که در شرایط محیطی مختلف دارد، جز مصالح ساختمانی مناسب برای جایگزینی شیشه خواهد بود.

پارچه ETFE از چه ماده‌ای ساخته شده است؟

از دیدگاه عملی پوشش ETFE از کوپلیمریزاسیون دو مونومر اتیلن (C₂H₄) و تترافلوئورواتیلن (C₂F₄) به دست می‌آید. در واقع پیوندهای کربن-فلوئور موجود در ساختار این پلیمر از پایدارترین پیوندهای شیمیایی هستند و نقش به سزایی در تقویت مقاومت آن در برابر تابش فرابنفش خورشید، اکسیداسیون، فرسایش جوی و… دارند. از سوی دیگر میزان انعطاف پذیری و قابلیت فراوری حرارتی خوب این ماده حاصل وجود بخش‌های اتیلنی زنجیره پلیمری در ساختار آن است. ترکیبی که علاوه بر پایداری شیمیایی بالای ETFE، قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد را فراهم خواهد کرد.

مزایای استفاده از پوشش ETFE در سقف و سازه

• وزن بسیار پایین و کاهش بار مرده :

اجرای سقف ETFE نسبت به بسیاری از مصالح شفاف چون شیشه و حتی برخی از ممبران‌های معماری، وزن و بار مرده کمتری را به بنا وارد می‌کند. چرا که چگالی و ضخامت این پوشش بسیار پایین بوده و در نتیجه بار وارد به اعضای سازه، اتصالات و فونداسیون در دهانه‌های بزرگ به حداقل خواهد رسید.

• میزان عبور بالای نور طبیعی :

یکی از مهم‌ترین دلایل و مزیت‌های پارچه ETFE شفافیت بالای آن است. به نحوی که بخش قابل توجهی از نور مرئی را عبور می‎دهد و امکان ایجاد سقف‌های شفاف یا نیمه شفاف را برای پروژه‌های خاص فراهم می‌کند. علاوه بر آن می‌توان با تغییر آرایش لایه‌ها در سیستم‌های چندلایه، میزان تابش و سایه اندازی را کنترل کرد.

• مقاومت مناسب در برابر عوامل محیطی :

همان طور که پیش‌تر اشاره کردیم به دلیل ساختار به خصوص فلوروپلیمری ETFE، این پوشش پایداری بالایی در مقابل تابش اشعه مضر UV، شرایط جوی متغیر و حتی بسیاری از مواد شیمیایی دارد. چسبندگی پایین سطحی آن نیز امکان تجمع آلودگی‌ها را به حداقل می‌رساند و به نظافت کمتری احتیاج پیدا خواهد کرد.

• انعطاف‌پذیری در طراحی و اجرای فرم‌های پیچیده :

پوشش ETFE به صورت تک لایه یا کوشن‌های چند لایه طراحی می‌شود. این قابلیت منجر می‌شود تا طراحان بتوانند با آزادی عمل بیشتری از آن برای ایجاد سقف‌های وسیع و پوسته‌هایی با فرم‌های منحنی، آزاد و هندسه‌های غیر متعارف استفاده کنند.

محدودیت‌ها و معایب پوشش ETFE در طراحی سازه‌های سبک

• افزایش حرارت و تابش مستقیم خورشید :

شفافیت بالای فیلم‌های ETFE می‌تواند با عبور مستقیم تابش خورشید و تجمع حرارت در اقلیم‌های گرم مشکل ساز باشد. از همین روی نیازمند کنترل کننده نور، چندلایه سازی یا پوششی ثانویه برای ایجاد سایه خواهد بود.

• هزینه اولیه بالای طراحی و اجرا :

طراحی یک سازه با این ماده نیازمند سیستم‌هایی جهت قاب بندی، آب بندی، اتصال و حتی تجهیزات تأمین هوای تحت فشار در مدل‌های کوشنی است. از همین روی نسبت به پوشش‌های معماری متداول هزینه بالایی دارد.

• حساسیت بیشتر به طراحی و جزئیات اجرایی :

حساسیت به دقت در اجرای جزئیات مهندسی در این نوع پوشش بیش از سایر منسوجات صنعتی است. در واقع عملکرد صحیح آن تحت تأثیر معیارهای مختلفی چون طراحی هندسه، اتصالات، فشار داخلی کوشن و نحوه انتقال بار است.

• مقاومت مکانیکی محدود نسبت به شیشه:

پوشش ETFE از نظر مقاومت کششی در سطح مناسبی قرار دارد اما نازک بودن آن منجر به آسیب پذیری در برابر اجسام تیز و ضربه خواهد شد. در نتیجه نسبت به شیشه یا پلی کربنات نیازمند حفاظت بیشتری است.

ویژگی‌های فنی و مشخصات سقف  ETFE

چگالی : 1.67 تا 1.75 g/cm³ (چگالی پایین ETFE باعث می‌شود پوشش نهایی وزن بسیار کمی به سازه تحمیل کند.)

ضخامت‌های رایج : حدود 100 تا 300 میکرومتر (ضخامت بیشتر معمولاً وزن و مقاومت مکانیکی فیلم را افزایش می‌دهد.)

وزن فیلم ETFE : حدود 175 تا 525 گرم در مترمربع (این بازه برای ضخامت‌های 100 تا 300 میکرومتر است.)

استحکام کششی : حدود 44 تا 53 MPa (نشان‌دهنده ظرفیت بالای فیلم در تحمل کشش؛ مقدار دقیق به نوع فیلم و شرایط آزمایش وابسته است)

دمای ذوب : حدود 265 تا 270°C (بیانگر پایداری حرارتی پلیمر در برابر افزایش دماست؛ دمای ذوب با ترکیب پلیمر تغییر می‌کند.)

جذب آب : کمتر از 0.05٪ (جذب رطوبت بسیار پایین به حفظ خواص فیزیکی فیلم در محیط‌های مرطوب کمک می‌کند.)

عبور نور : حدود 90٪ یا بیشتر برای فیلم‌های شفاف در برخی نمونه‌ها (امکان استفاده مؤثر از نور طبیعی در سقف‌ها و پوسته‌های شفاف را فراهم می‌کند.)

مقاومت در برابر UV و هوازدگی : بالا (ساختار فلوئوردار ETFE مقاومت مناسبی در برابر تابش، شرایط جوی و پیرشدگی ایجاد می‌کند.)

طول عمر : حدود 30 تا 50 سال (این عدد به طراحی، شرایط محیطی و نگهداری سیستم وابسته است.)

انواع سیستم‌های پوشش ETFE

برای طراحی نما یا سقف ETFE می‌توان نسبت به نیاز پروژه و الزامات آن از سبک‌های مختلفی از این پوشش شفاف استفاده کرد. در حقیقت این مدل‌ها از نظر ساختار داخلی فرق چندانی با یکدیگر ندارند. اما شیوه طراحی و تولید لایه‌های آن باعث می‌شود تا در نحوه نگه‌داری، میزان کنترل نور و عملکرد حرارتی با یکدیگر متفاوت باشند. بنابراین در پروژه‌های کوچک یا با محدودیت بالا در وزن، پوشش ETFE تک لایه اجرا می‌شود. در حالی که سقف‌های گسترده و دهانه‌های بزرگ نیازمند سیستم‌های چند لایه یا کوشن‌های هوابندی شده هستند. در ادامه به طور مختصر با این چهار دسته بندی اصلی آشنا خواهید شد:

ETFE تک‌ لایه :

در مدل‌های تک لایه، تنها یک لایه نازک از فیلم ETFE روی سازه نگه دارنده کشیده و مهار می‌شود. این ساختار با وزن بسیار پایین و بیشترین عبور نور، مناسب اجرایی پوشش‌های سبک، نماها و پروژه‌هایی است که شفافیت نور در اولویت قرار دارد. البته از نظر عایق حرارتی بودن و کنترل تابش نسبت به مدل‌های چند لایه محدودتر هستند.

ETFE چند لایه :

در یک سیستم چند لایه، دو یا چندلایه از پارچه ETFE را با فاصله‌ای مشخص روی یکدیگر قرار می‌دهند. سپس با ایجاد فاصله هوایی میان این لایه‌ها، عملکرد حرارتی و کنترل میزان تابش نسبت به نمونه‌های تک لایه بهبود پیدا خواهد کرد. این ساختار همچنان وزن پایینی دارد و عملکرد حرارتی بهتری برای پروژه‌های خاص ارائه خواهد کرد.

Cushion  ETFE:

منظور از کوشن ترکیبی از چند لایه فیلم است که در پیرامون به یک فریم متصل می‌شوند. همچنین فضای میان لایه‌ها با هوای کم فشار پر می‌شود تا این فشار داخلی فرم پایدارتر و حالت سه بعدی پوشش را برای سازه ایجاد کند. چنین ساختاری برای سقف‌های بزرگ، آتریوم، استادیوم و فرم‌های معماری پیچیده کاربردی خواهد بود.

ETFE چاپ‌شده :

در نمونه آخر، تنها از الگو یا نقاط چاپی اضافه‌ای بر روی سطح پوشش ETFE استفاده می‌شود تا میزان تابش مستقیم خورشید و ورود انرژی حرارتی کاهش یابد. همچنین با تنظیم مقدار تراکم و الگوی چاپ می‌توان علاوه بر ایجاد تعادل میان عبور نور طبیعی و تابش، ظاهر متفاوتی در پوسته ساختمان ارائه کرد.

کاربردهای پوشش ETFE در سازه‌های پارچه‌ای و غشایی

همان طور که متوجه شدید، یک سقف ETFE در فضایی کاربردی خواهد بود که وزن پایین و حداکثر میزان عبور نور حائز اهمیت است. چرا که این پوشش می‌تواند به صورت تک لایه روی شبکه‌ای نگه دارنده نصب یا به شکل کوشن‌های چند لایه با نمای منحصر به فرد اجرا شود. به این ترتیب کاربرد آن مختص به استخرها، پارک آبی، اتریوم ها، استادیوم ها و سقف های بزرگ مراکز تجاری و تفریحی به خصوص خواهد بود. پروژه‌هایی مانند Eden Project در انگلستان و National Aquatics Center (Water Cube) پکن، از نمونه‌های شناخته‌شده استفاده گسترده از کوشن‌های ETFE هستند.

با وجود نمونه‌های قابل مشاهده از کاربرد این ماده در سراسر جهان، نمی‌توان آن را با پارچه‌های کششی سازه چادری یکسان در نظر گرفت. چرا که پوشش ETFE یک فیلم پلیمری بدون بافت پارچه ای است و برای ایجاد دهانه های وسیع، به سیستم نگه دارنده یا کوشن هوایی نیاز دارد. در مقابل اما پارچه های معماری مانند پلی استر روکش شده با PVC به دلیل قابلیت جوشکاری، انعطاف پذیری بیشتر و تنوع در رنگ و ابعاد، برای اجرایی بسیاری از پروژه ها مانند سایبان پارکینگ، آلاچیق پارچه ای و سازه چادری جایگزین عملی تری هستند.

فیلم ETFE در مقایسه با پارچه PVC ؛ کدام بهتر است؟

اجرای سقف ETFE می‌تواند از نظر وزن و عبور نور مزایای بسیاری داشته باشد. چرا که شفافیت این فیلم‌ها حدود 80 الی 95 درصد عبور نور طبیعی داشته در مقایسه با پارچه وزن کمتری خواهد داشت. اما ساخت و اجرای آن نسبت به سازه پارچه ای کششی پیچیده تر است و نیازمند سیستم های بسیار تخصصی تر خواهد بود. بنابراین برای راه اندازی یک سایبان و پوشش مقاوم، چنانچه عبور مستقیم نور در اولویت نباشد، پارچه های پلی استر با روکش PVC انتخابی ایده آل تر هستند.

پارچه‌های معماری PVC دارای قابلیت جوش حرارتی هستند و فرایند ساخت و تولید ساده‌تری خواهند داشت. از سوی دیگر به علت تنوع بالا در رنگ و فرم به خوبی با هر سبکی از معماری و کاربری همخوانی پیدا می‌کنند. وجود لایه‌های محافظ اضافه چون پوشش PVDF بر روی PVC نیز دیگر مزیتی است که مقاومت سطحی پارچه را در برابر هوازدگی، آلودگی و تابش بهبود می‌بخشد. به این ترتیب برای پروژه‌های دائمی که حفظ ظاهر پوشش اهمیت بیشتری دارد، بهترین گزینه محسوب می‌شود.

چه پوششی برای طراحی سایبان و سقف مناسب است؟

چنانچه علاقه‌مند به نصب و راه اندازی یک سایبان یا سقف برای فضای باز پروژه خود هستید، با توجه به شرایط اقلیمی ایران، انتخاب نوع پوشش باید متناسب با میزان تابش خورشید، دمای محیط، بارندگی، باد، میزان آلودگی و وضعیت بهره برداری صورت بگیرد. از آنجایی که پارچه پلی استر دارای روکش ضد آب PVC و محافظ PVDF است، کارایی قابل قبولی برای طراحی فرم‌های مختلف، آب‌بندی، قابلیت جوش و مقاومت سطحی مناسب در برابر شرایط جوی فراهم می‌کند. این پوشش نه تنها برای سازه‌های چادری که حتی برای اجرای سقف متحرک پارچه‌ای نیز از عملکرد خوبی برخوردار است.

این در شرایطی است که پوشش ETFE به دلیل ورود نور طبیعی و شفافیت بسیار در مقابل تابش‌های شدید خورشید و تابستان‌های گرم ایران، بازدهی کمتر و هزینه بیشتری را تحمیل می‌کند. در نتیجه برای اجرای پروژه‌های کوچک و خاص چون سایبان گلخانه یا سقف متحرک استخر که نیازمند پوشش شفاف هستند، ما پلی کربنات را به شما پیشنهاد می‌کنیم. زیرا دارای محافظ UV بوده و طراحی و نصب ساده‌تری را با قیمتی اقتصادی فراهم می‌کند. بنابراین انتخاب پوشش نباید صرفاً بر اساس نام متریال انجام شود و باید با هندسه سازه، اقلیم، ابعاد دهانه و نوع استفاده از فضا هماهنگ باشد.

جمع بندی

انتخاب و اجرای پروژه های معماری مرتبط با سازه های سبک، پیش از هر چیز نیازمند بازدید تخصصی و تحلیل فنی الزامات فضاست تا بتوان بهترین پوشش را نسبت به این معیارها انتخاب کرد. از سوی دیگر این پوشش باید در تناسب با فرم مد نظر کارفرما، طول عمر بالا، استانداردهای معماری و کارایی لازم باشد. در این خصوص شرکت ساینا به عنوان مجری و سازنده انواع سازه های سبک، کششی و متحرک اماده است تا با ارائه مشاوره رایگان، شما را در این مسیر یاری کند. کافی است با ما تماس بگیرید تا فضای پروژه شما را مورد آنالیز قرار داده و انتخابی مناسب در اختیارتان بگذاریم.

سوالات متداول