توسعه تراکم شهری در شهر‌های بزرگ و موج گرمای شهری باعث افزایش مصرف انرژی در مجتمع‌های بزرگ شده تا فضای داخل آن را خنک کند. همانند بسیاری از مناطق دنیا، ساختمان‌ها در ایران سهم 36% از مصرف انرژی کشور را دارند. و بخش مسکونی مسئول 33% مصرف انرژی کشور است. پوشش ساختمان رابط بین فضای داخل و فضای خارج است و نقش اساسی در متعادل سازی تغییرات شرایط هوا در داخل سازه دارد و سبب آسایش دمایی برای ساکنین است و نوع پوشش‌ها دائما بار‌های خنک کننده و گرم کننده ساختمان را مشخص میکند.
هرچند استفاده وسیع از نماهای شیشه‌ای به ساختمان‌ها اجازه داده تا نور روز را کنترل کنند و فضای داخلی را روشن سازند. همچنین این امکان را به وجود آورده که میزان حرارت قابل توجه‌ای به فضا وارد کنند و محیط ساختمان را گرم‌تر سازند. این به ویژه در محیط‌های گرم و مرطوب شرجی مثل جنوب و شمال کشور حیاتی است، همچنین در جایی که کاهش گرمای خورشید به اندازه‌ی از دست رفتن گرما مهم است.
پیشرفت‌ها در تکنیک‌های شبیه سازی متخصصان طراحی را قادر میسازد تا نماهای شیشه‌ای یک ساختمان را در فاز طراحی ارزیابی کنند. با این وجود، ابزارهای شبیه سازی موجود در توصیف سیستم‌های شیشه‌ای کارایی بالایی ندارند. این سیستم‌های شیشه‌ای به لطف پیشرفت‌های زیاد در تکنولوژی‌های روکش با استفاده از مدل‌های شیشه‌ای موجود تولید شده‌اند. سنجش کارایی شیشه اغلب از طریق اندازه‌گیر‌ی‌های مشخص انجام میشود که در آن منابع تابشی کنترل شده دخیل هستند. علاوه بر این در این ابزارهای شبیه شازی اغلب مدل آب و هوایی محلی موجود نیست. این فاکتور در ارزیابی ویژگی‌های صحیح جذب گرما نقش مهمی بازی میکند.
بسیاری از ساختمان‌ها بدون توجه به آب و هوایی محلی ساخته میشوند و طراحی ساختمان صرفا برای جلب رضایت نیازها انجام می‌پذیرد در حالی که سیستم گرمایش، سرمایشی سر منشا از دست رفتن مقدار زیادی از انرژی است.
تفاوت بین گرما و نور چیست؟
نور وگرما هر دو نوعی انرژی هستند، نور خورشید شامل هم نور و هم گرما و ترکیبی از انواع مختلفی از تابش‌های الکترومغناطیسی است.
. اگر طول موج نور قرمز رنگ بیشتر شکسته شود و طول موج آن را افزایش دهیم نور قرمز شدیدتری خواهید داشت که حتی چشم انسان قادر به تشخیص شدت رنگ آن نیست. به این نور اینفرارد می‌گویند. و اگر طول موج نور آبی رنگ را کاهش دهید نتیجه آن تشکیل نور التراویلت است. التراویلت بخش پر انرژی نور خورشید است که باعث آفتاب سوختگی نیز میشود اما فقط 3 درصد نور خورشید را شامل میشود. اشعه اینفرارد بیش از نصف تابش خورشید را شامل میشود و آن گرمایی است که شما بر روی پوست خود احساس میکنید.
عملکرد پنجره‌های منعکس کننده‌ی گرما در مقابل تابش دو اشعه التراویلت و نور اینفرارد در مقایسه با نور متفاوت است و اجازه عبور آنها را نمیدهد ولی به نور مرئی اجازه عبور میدهد تا مستقیم ازخودش عبور کند. آنها در مقابله با گرما مثل آینه عمل میکند اما نور را مثل شیشه عبور میدهند.
پنجره‌های منعکس کننده گرما چگونه کار میکنند؟
پنجره‌های منعکس کننده گرما معمولا از قبل سرهم شده‌اند، دو جداره و دارای قاب شیشه‌ای هستند و بین آن دو گاز نوبل غیر فعال مثل آرگان که باعث توقف خروج گرما میشود وجود دارد که آن به کیفیت عایق حرارتی آن کمک میکند. به سطح داخلی یکی از شیشه‌ها پوشش انعکاس دهنده باریکی اضافه میشود که معمولا از دو یا چند لایه‌ی اکسید متال و یا متال ( مثل مس، تیتانیوم، نقره یا استیل ضد زنگ) استفاده میشود. این پوشش به صورت میکروسکپی باریک است. اگر از پشت پنجره نگاه کنید رنگ قهوه‌ای یا طوسی رنگ کمی در تلالو نور خواهید دید. فرم دقیق و ضخامت پوشش می‌تواند بین تولید کننده‌ها مختلف کلا متفاوت باشد، با تکنولوژی‌های امروز نتیجه‌ی بهتر با یک لایه نقره و یک لایه‌ی اکسید متال (غیر از اکسید نقره) و یک لایه‌ی سوم از متال اکسید بر روی همه تولید میشود. این طرز تولید بهبود یافته، عبور گرما را به شدت چشمگیری کاهش میدهد در حالی که سطح انتقال نور ار افزایش داده است.
پوشش شیشه
به طور معمول کارکرد پوشش منعکس کننده‌ی گرما به یکی از دو طریق زیر انجام می‌پذیرد. یک فرآیند اسپری کردن است، در این مسیر لایه باریکی بر روی سطح شیشه پرتاب میشود تا پوشش‌ای ملایم تولید شود. فرآیند دیگر شامل ذوب گردن شیشه در دمای بالا در فضای حاوی بخار شیمیای است با این روش مواد پوشش‌ای بر روی سطح متراکم میشوند. چیزی تولید خواهد شد که به آن پیرولیتیک شیشه پوشش سخت گفته میشود. پوشش در این شیشه‌ها نسبتا ظریف هستند و به تدیج با رطوبت هوا فرسوده میشود بنابراین فقط در داخل سطح پنجره دوجداره استفاده میشوند. بنابراین شیشه با پوشش سخت برای پنجره‌های تک جداره مناسب است
پنجره‌های عایق بندی شده:
پنجره‌های عایق بندی شده ممکن است دوجداره یا سه جداره باشد، اگرچه دوجداره مرسوم‌تر است. پنجره دوجداره معمولا شامل دو سطح شیشه‌ای با فاصله‌ای میان آنها است. بر حسب معمول با پروفیل آلومینیم که به هر فریم متصل شده است. فضای بین هر پنل ممکن است حاوی هوای خشک یا پر شده از گاز آرگان باشد.
پنجره‌های دو جداره (IGU) میتوانند گرما را از طریق زیر انتقال دهند.
- هدایت- به دلیل مقاومت گرمایی بالا هوای خشک و گاز بین دو پنل شیشه‌ای
- همرفت- به دلیل ناتوانی در(هوای ثابت/خشک) بین پنل‌ها که حرکت کنند و گرما را انتقال دهند.
- تشعشع- به دلیل دو یا چندین پنل که باعث وقفه تشعشع انرژی و نابش کم وقتی که از سطح کم تابش میشود.
حداقل فضای بین پنل‌های شیشه‌ای باید به صورت ایده‌آل 12 میلی متر باشد، اما این فضا می‌تواند از 10 میلی متر تا 16 میلی متر تغییر کند.
گاز آرگان:
انتقال گرما از میان پنجره‌ها می‌تواند با استفاده از گاز آرگان بین پنل‌های دوجداره کاهش یابد.
گاز آرگان کم هزینه، شفاف و غیر سمی است. گاز طبیعی آرگان با هدایت (انتقال) گرمای کم‌تری از هوا خشک است. استفاده از آرگان بین پنل شیشه‌ای به جای هوای خشک می‌تواند میزان گرما را منتقل شده از میان فضای خالی میان دو شیشه کاهش و ارزش واحد R را افزایش دهد. و میزان جلوگیری از دست رفتن انرژی را از 5 تا 20 درصد افزایش دهد. برای مثال هنگامی که فاصله بین پنل‌ها باید به 6 تا 8 میلی متر کاهش یابد، مثل وقتی که می‌خواهیم پنجره‌ی دوجداره را در فریم چوبی موجود( جا بدهیم) مناسب تر است تا از گاز آرگان باید استفاده شود.
فواید دیگر واحدهای شیشه عایق
علاوه بر بهبود کارایی حرارتی پنجره، پنجره‌های دوجداره فواید دیگری مثل کاهش چگالی جایی که شکست حرارتی در فریم است، کاهش انتقال صدا، کاهش نیاز به پوششی مثل پرده را دارند.
پوشش دوم (دوجداره)
انتخاب کم هزینه‌تر برای بهبود کارایی حرارتی پنجره‌های تک جداره ی موجود نصب جداره دوم است. تحقیق‌ها نشان میدهد که جداره دوم ارزش R از 0.36 به 0.56 افزایش داده است. جداره ی دوم می‌تواند به عنوان جایگزین عملی برای نصب شیشه عایق در قاب پنجره‌های یک جداره موجود است.
پنجره‌های کنترل نور و حرارت خورشید
پنجره کنترل کننده خورشید به پنجره‌ای گفته میشود که رنگی است. و سطح انعکاس‌ای با پوشش low-e دارد. بسیاری ار این ویژگی‌ها دائما در یک محصول ترکیب شده تا کنترل حرارتی بهتری ارائه کنند.
پنجره‌های شیشه‌ای رنگی
اکسید متال در زمان تولید اضافه شده تا پنل‌های شیشه‌ای رنگی تولید کند. ویژگی‌های کنترل حرارت خورشید از شیشه‌های رنگی بر پایه اینکه رنگ‌ها تیره گرمای بیشتری جذب میکنند.
بنابراین شیشه‌ی با رنگ تیره، معمولا به سطح دمای بالاتری می‌رسد تا شیشه‌ای با رنگ روشن. بنابراین شیشه‌ی رنگی به عنوان شیشه‌ی جذب کننده گرما یاد میشود.
پنجره‌های شیشه‌ای منعکس کننده‌ی گرما چگونه کار میکنند؟
تصور کنید که تابستان است و آفتاب به شدت در ساختمان می‌تابد. شیشه‌ها انعکاس دهنده گرما عملا اجازه میدهند که نور مرئی از آن بدون محدودیت بگذرد. اما پوشش متالیک، نور با طول موج بلند را منعکس میکند و مثل آینه بسیار موثر هستند. بنابراین نور خورشید مثل همیشه وارد ساختمان میشود اما گرمای خورشید بازگردانده میشود. حتی زمانی که خورشید در حال گردش است و مستقیما نمی‌تابد، اشیا گرم شده توسط موج اینفرارد خورشید و تششع التراویلت (مثل ماشین‌ها و خیابان‌ها و غیره) هنوز میتوانند اشعه اینفرارد را بازبتاباند. اما شیشه‌های منعکس کننده گرما آنها را به فضای بیرون بازمی‌تاباند. هنگامی که گرمای کم‌تری وارد خانه شود به مراتب به انرژی کم‌تری برای خنک کردن فضا نیاز است. بنابراین شیشه‌های منعکس کننده‌ی گرما در کاهش هزینه‌های شما بسیار موثر است.
پنجره انعکاس دهنده
پنجره انعکاس دهنده پوششی دارد که معمولا به سطح پنل‌های شیشه اضافه میشود این پنجره‌ها قدرت انعکاس بالاتری نسبت به شیشه‌های استاندارد دارد. انعکاس می‌تواند با توجه به انواع طول موج تغییر کند.
- انعکاس دهنده اشعه‌هایی با طول موج کوتاه باشد.
- انعکاس دهنده اشعه با طول موج بلند باشد.
قابلیت انعکاس به نوع پوشش خاص و جهت شیشه بستگی دارد. پوشش با انعکاس بالا معمولا ویژگی‌های انتقال نور کمی دارد. در نتیجه این نوع پنجره‌های شیشه‌ای برای کاربرد در مقیاس کوچک مناسب است.
پوشش انعکاس دهنده معمولا به پنجره‌های رنگی اضافه میشود تا کارایی کنترل حرارتی شیشه را بالا ببرد.
قابلیت انعکاس معمولا به پنجره‌های رنگی اضافه میشود تا کارایی کنترل حرارتی پنجره (شیشه) را بالا ببرد.
انعکاس معمولا به سمت فضای روشن تر اتفاق می‌افتد. یعنی در طول روز سمت بیرونی پنجره سطح انعکاس بالاتری دارد.
شیشه‌های low-e
پوشش low-e با ویژگی‌های کنترل حرارت و نور خورشید پوشش متالیک میکروسکپی است که به سطح پنل‌های شیشه‌ای اضافه میشوند و اجازه میدهند که نور عبور کند اما اجازه عبور اشعه اینفرارد با طول موج کوتاه را نمی‌دهند. این جریان گرما اشعه‌ها را سرکوب میکند.
شیشه‌های سان انرژی انعکاس دهنده انرژی گرما
شیشه اجازه میدهد که نور بدون هیچ محدودیتی از آن عبور کند همچنین توامنا با خود گرما یا انرژی حرارتی را منتقل میسازد. اگر پشت پنجره باشید پوست شما این انرژی را دریافت میکند.
هرچند این ویژگی در اوج گرمای تابستان و سرمای زمستان ایده‌آل به نظر نمیرسد. ایا بهتر نبود که در روزه‌های گرم تابستان پنجره شما گرما را به صورت اتوماتیک باز پس میداد؟ و در عمق تاریکی شب‌های زمستان بهتر نبود اگر پنجره‌ی منزل مسکونی شما از خروج مقادیر قابل توجهی انرژی گرمایی گران جلوگیری می‌کرد؟
شیشه‌های تابش خورشیدی مشهور به سان انرژی انتخاب عالی برای مقابله با آفتاب تند مناطق نیمه بیابانی است. ویژگی‌های محصولات سان انرژی پوشش پایدار پیرولیتیک است که دریافت گرمای تابش خورشید را کاهش میدهد در حالی که روشنایی بالایی را انتقال میدهد و انعکاس آن کاهش می‌یابد و استفاده کم از انرژی الکتریکی اطمینان حاصل میکند که ساختمان شما عایق خوبی برای جلوگیری از خروج گرما و ورود آن است.
پنجره‌های سان انرژی چقدر تفاوت ایجاد میکند ؟
شیشه‌های منعکس کننده گرما عملا اجازه میدهند که نور مرئی از آن بدون محدودیت بگذرد. اما پوشش متالیک نور با طول موج بلند را منعکس میکند(بسیار موثر همانند آینه است. بنابراین نور خورشید مثل همیشه وارد خانه شما میشود اما گرمای خورشید بازگردانده میشود. حتی زمانی که خورشید در حال گردش است و مستقیما نمی‌تابد، اشیا گرم شده و توسط امواج اینفرارد خورشید تشعشع التراویلت (مثل ماشین‌ها و خیابان‌ها و غیره) هنوز می‌تواند اشعه اینفرارد را بازبتاباند. اما شیشه‌های منعکس کننده‌ی گرما آنها را به فضای بیرون بازمی‌تابانند. هنگامی که گرمای کم‌تری وارد خانه شما میشود به مراتب به انرژی کم‌تری برای خنک کردن فضا نیاز دارید. بنابراین شیشه‌ها منعکس کننده گرما در کاهش هزینه‌های شما بسیار موثر است.
گرم‌تر در شب
حال تصور کنید که شب سرد زمستان است و هیچ نور و گرمایی از خورشید به خانه شما وارد نمی‌شود اما شما شومینه‌ای روشن در منزل دارید که خانه شما را گرم میکند. اگر شما ار در و پنجره‌های نرمال استفاده کنید یک چهارم ار انرژی گرمایی فضای داخلی شما از طریق پنجره‌ها به بیرون می‌رود.
حتی با پنجره‌های دوجداره مقدار قابل توجهی گرما از بین می‌رود. اما چگونه اتفاق می‌افتد؟ گرمای خانه‌ی شما شیشه اندرونی را گرم میکند( توسط هدایت، جابجایی و تابش) فضای خالی‌ای بین دو پنل شیشه‌ای دوجداره وجود دارد بنابراین گرما به راحتی با هدایت و جابجایی فرار میکند. اما پنل داخلی از خود تشعشع اینفرارد میدهد که آن نیز به گاز بین دو پنل انتقال میدهد و پس از آن گاز نیز آن را به پنل خارجی منتقل میکند، اما بر خلاف شیشه‌های معمولی اشعه اینفرارد موجو در فضا به این شیشه سان انرژی برمی‌خورد و به داخل خانه بازتاب میشوند.
به نسبت گرمای کمی که از شیشه‌های این نوع از دست می‌رود به آنها پنجره‌های low emittance یا شیشه‌های کم نشر می‌گویند. از آنجایی که واحدهای انعکاس دهنده اجازه‌ی عبور گرمای کم‌تری میدهند. و عایق گرمایی آنها نسبت به پنجره دوجداره معمولی افزایش یافته است. و پوشش low-e به طور قابل ملاحظه‌ای فاکتورهای عایق گرمایی را افزایش میدهد.
به نسب گرمای کمی از پنجره‌های این نوع از دست می‌رود- به همین دلیل به آنها یا شیشه‌های کم نشر می‌گویند. از آنجایی که واحدهای انعکاس دهنده اجازه عبور گرمای کم‌تری میدهند و عایق گرمایی آنها نسبت به پنجره‌های دوجداره معمولی افزایش یافته است.