پنجرهها در ساختمان | پنجرهها از مهمترين اجزاي ساختمان هستند. پنجره تامين كننده نور، گرما و زيبايي در ساختمان ميباشد و همچنين ميتوان با باز و بسته كردن پنجره به محيط بيروني دسترسي داشت و ضمن تصفيه مناسب،هواي مطلوبي بدست آورد. البته اگر پنجره بطور صحيح ساخته و بكار گرفته نشود و يا در طراحي ساختمان ديدگاههاي انرژي رعايت نشود و پنجره در موقعيت مناسب قرار نگيرد،عامل اصلي افت حرارتي و برودتي در فصول سرد و گرم سال ميشود.
از نظر ميزان مصرف انرژي پنجرهاي كه مقاومت حرارتي آن بيشتر باشد مناسبتر است و بطور كمي ميزان مقاومت حرارتي پنجره به عوامل زير بستگي دارد.
1- نوع شيشه مورد استفاده (شيشه، پلاستيك، شيشههاي با ضريب صدور انرژي پايين و شيشههاي هوشمند)
2- تعداد لايههاي شيشه موجود در پنجره (شيشه تك جداره، دو جداره و . . .)
3- ضخامت لايه هوايي ايجاد شده بين دو شيشه
4- مقاومت حرارتي يا ضريب هدايتي قاب پنجره
5- درزبندي و هوابندي در هنگام نصب
هر يك از پارامترهاي فوق نيز وابسته به مواد تشكيل دهنده، پنجره و كيفيت ساخت آن ميباشد.
پارامترهاي اساسي جهت دسته بندي پنجرهها از نظر كارائي انرژي :
نرخ نشت هوا (Air Leakage)
ضريب عبور نور(Visible Transmittance)
ضريب گرماي ورودي تابش خورشيد (Solar Heat Gain Coefficient)
ضريب انتقال حرارتي كلي ( U-Factor)
اتلاف حرارتي و گرماي خورشيد ورودي به ساختمان سبب جابجايي هوا از روزنهها و درزهاي موجود در قسمتهاي مختلف پنجره ميشود. براي اين منظور به منظور مقايسه كارآيي پنجرهها از پارامتر نرخ نشت هوا (AL) استفاده ميشود. AL كمتر بيانگر جابجايي كمتر هوا از ميان درزهاي پنجره ميباشد.
ضريب عبور نور به خصوصيات اپتيكي لايه شيشه مورد استفاده در پنجره بستگي دارد و ضريب عبور نور بيشتر در پنجره بيانگر عبور نور مرئي در طول روز ميباشد. پنجرههاي با عبور نور بيشتر به منظور ديد بهتر و حداكثر استفاده از روشنايي در طول روز مناسبتر ميباشد.
ضريب گرماي ورودي تابش خورشيد (SHGC) بيانگر بخشي از انرژي گرمايي تابش مستقيم خورشيد است كه از ميان پنجره عبور ميكند و وارد اتاق ميشود و يا در شيشه جذب ميشود و سپس به اتاق انتقال مييابد. SHGC كمتر، بيانگر ورود گرماي كمتر خورشيد به داخل ساختمان است.
افت حرارتي از پنجره با ضريب انتقال حرارت كلي پنجره بيان ميشود. مقدار عايق بودن پنجره در برابر عبور گرما با ضريب عايق حرارتي (R-Value) بيان ميشود كه ضريب عايق حرارتي عكس ضريب انتقال حرارت ميباشد. ضريب عايق حرارتي بزرگتر در پنجرهها بيانگر تبادل حرارت كمتر ميان اتاق و محيط بيرون از طريق پنجره ميباشد.
انواع پنجره از نظر نوع قاب
انواع پنجره از نظر نوع شيشه
انواع پنجره از نظر نحوه عملكرد
انواع پنجره از نظر فنآوري
با پيشرفت صنعت ساختمان، پنجره با قابهاي متعددي توليد ميشود كه مهمترين آنها به شرح زير ميباشد.
1) پنجره با قاب آلومينيومي
2) پنجره با قاب آلومينيومي ترمال بريك
3) پنجره با قاب فيبرگلاس
4) پنجره با قاب تركيبي و كامپوزيتيچ
5) پنجره با قاب چوبي
6) پنجره با قاب و پنيلي (PVC)
7) پنجره با قاب وپنيلي عايق شده
پنجرهها با توجه به نوع شيشه و تعداد لايههاي شيشه به صورت زير تقسيم ميشوند.
1) پنجره تك جداره با شيشه شفاف ساده
2) پنجره تك جداره با شيشه دودي و يا برنزي
3) پنجره دو جداره با شيشه شفاف ساده
4) پنجره دو جداره با شيشه دودي و يا برنزي
5) پنجرههاي دو جداره با پوششهاي خاص شيشه جاذب گرماي خورشيد (Selective Surface)
6) پنجره دو جداره با شيشههاي با ضريب صدور پايين (Low-E)
7) پنجرههاي دو جداره با شيشههاي تركيبي (جاذب گرماي خورشيد و ضريب صدور پايين)
8) پنجرههاي سه جداره با شيشههاي تركيبي
پنجرهها از نظر نوع كاربري در ساختمان به صورت زير دسته بندي ميشوند:
1) پنجرههاي ثابت
2) پنجرههاي لولايي قائم (بازشو به سمت بيرون و داخل)
3) پنجرههاي لولايي افقي (بازشو به سمت بيرون و داخل)
4) پنجرههاي كشويي قائم
5) پنجرههاي كشويي افقي
پنجرهها از نظر فنآوري ساخت به منظور بهبود كارايي و كاهش افت حرارتي به صورت زير دسته بندي ميشوند:
1) پنجرههايي كه لايه بين دو شيشه با گازهاي خنثي پر شده است
2) پنجرههايي كه در آنها از اسپيسرهايي(Spacer) با ضريب انتقال حرارت هدايتي پائيني استفاده شده است
3) پنجرهها با پوشش شيشه Low-E و انتخاب طيفي
4) پنجرههاي هوشمند
پنجرهها از نظر صرفه جويي انرژي نقش حساسي دارند، چرا كه حدود 30% از كل تلفات حرارتي ساختمان از پنجرهها صورت ميگيرد. به همين دليل پنجرههايي كه در جاي خوبي نصب نشدهاند يا خوب محافظت نميشوند، ميتوانند هزينه سوخت را بسيار بالا ببرند.
يك پنجره با شيشه تك جداره تقريباً 10 برابر يك ديوار عايقكاري شده هم اندازه خود تلفات حرارتي دارد. چنين پنجرهاي سه مشكل عمده ايجاد ميكند: بالا بودن تلفات حرارت، فراهم نشدن
آسايش ساكنين، بخار گرفتن پنجرهها براي كاستن از مشكلات ناشي از پنجرهها، ميتوان از راههاي مختلف يك لايه هواي ساكن بين محيط داخل و خارج ايجاد كرد. با انجام اين كار تلفات حرارتي پنجره به نصف كاهش مييابد. براي ايجاد اين لايه هوا راههاي مختلفي وجود دارد.
دو جداره كردن پوششهاي شفاف دو جداره كردن شيشه هر پنجرهاي باعث بالا رفتن كارآيي آن ميشود، به ويژه پنجرههايي كه پردهاي روي آنها نصب نشده است.
پنجره دو جداره، داراي دو شيشه ميباشد كه بين آنها يك فضاي كاملاً درزبندي شده قرار گرفته است. اين فاصله معمولا بين 6 تا 20 ميليمتر است.
اگر اين فاصله هوايي 15 ميليمتر انتخاب شود، بهترين كارآيي بدست ميآيد. دو جداره كردن پنجره با وجود اتلاف حرارت را كاهش ميدهد، جلوي ورود نور و گرماي خورشيد را نميگيرد. بنابراين در فصول گرم سال براي كاهش ورود گرما به داخل ساختمان بايد جلوي تابش مستقيم خورشيد به پنجره را گرفت.
در كنار اينها، دو جداره كردن پنجرهها باعث كم شدن ورود سر و صدا به داخل ساختمان ميشود و نيز بخارگيري پنجرهها در فصول سرد سال كاهش مييابد.
براي دو جداره كردن پنجره يك جداره موجود ميتوان يك لايه ديگر از شيشه يا اكريليك شفاف ديگر روي آن نصب كرد و فضاي بين آنها را كاملاً درزبندي كرد. در اين فضا بايد مقداري ماده جاذب رطوبت قرار داد تا رطوبت اين فضا را كاملاً بگيرد.
در برخي از پنجرههاي دو جداره، فضاي مياني را با گازهايي مانند آرگون و كريپتون پر ميكنند تا كارآيي آنها حدود 10% افزايش يابد.
اين عايقها را كه به شكل برچسبهاي شفاف ساخته ميشوند به راحتي ميتوان بر روي شيشه پنجرهها چسباند و بخشي از خواص پنجرههاي دو جداره را در آنها بوجود آورد. اين برچسبها باعث ميشوند ورود گرما در تابستان تا 80% كاهش يابد. علاوه بر اين انواع كم تابش اين محصولات (Low-E) قادرند تلفات حرارتي زمستاني را نيز تا 30% كاهش دهند.
اين عايقها از نظر قيمت با پنجرههاي دو جداره قابل رقابت هستند. به ويژه در ساختمانهاي دو جداره قابل رقابت هستند. به ويژه در ساختمانهاي موجود كه تعويض پنجرهها با پنجرههاي دو جداره هزينه زيادي به همراه خواهد داشت.
شيشههاي مات و رنگي براي كنترل نور و انرژي در ساختمان استفاده ميشوند. براي توليد اين شيشهها معمولاً تركيبات اضافي به مواد اوليه شيشه قبل از مرحله ذوب اضافه كنيد. اين تركيبات موادي مانند كبالت، نيكل براي شيشههاي دودي، اكسيد آهن براي شيشههاي آبي، اكسيد آهن براي شيشههاي زرد و سبز ميباشند.
به منظور كاهش اتلاف انرژي از پنجره و يا جلوگيري از ورود تشعشعات ماوراي بنفش و مادون قرمز پوششهاي انتخاب طيفي بر روي سطح شيشه نشانده ميشود. اين پوششها با توجه به نوع كاربري بر سطح داخلي و يا خارجي شيشه قرار ميگيرند كه سبب بازتاب حرارت داخلي ساتع شده از ساختمان به درون ساختمان و يا انعكاس امواج نوراني مادون قرمز و ماوراي بنفش ميشوند. براي ايجاد پوشش بر روي شيشه در خط توليد شيشههاي فلوت هنگامي كه شيشه وارد حوضچه قلع مذاب شده و به آرامي سرد ميگردد در زماني كه دماي آن به حدود 600 درجه سانتيگراد مي رسد، مواد ويژه اي به صورت بخار بر روي حوضچه قرار مي گيرند و سرد شدن شيشه سبب ميشود تا يك لايه ميكروسكوپي از مواد بر روي شيشه ايجاد شود.
روش ديگر ايجاد پوشش بر روي شيشه بعد از توليد نهايي شيشه انجام ميشود كه به روس اسپاترينگ (Sputtering) انجام ميشود. در اين روش شيشه توسط ماده مورد نظر براي ايجاد يك لايه نازك بمباران اتمي ميشود.
(نسل جديد شيشه در خدمت صرفهجويي مصرف انرژي)
شيشه به عنوان يكي از مصالح پرمصرف ساختمان است كه علاوه بر تامين نور داخل، ارتباط بصري با خارج ساختمان را امكانپذير ميسازد. اما با توجه به خاصيت عايقكاري كمي كه دارد، همواره در فصل سرد و گرم سال مشكلساز بوده است به همين دليل است كه در زمانهاي گذشته و حتي در حال از وسايل مختلفي نظير سايهبانها و پرده در تابستان جهت جلوگيري از ورود نور و گرماي شديد خورشيد و در زمستانها از پردههاي ضخيم جهت جلوگيري از اتلاف گرماي داخل ساختمان استفاده ميشود.
امروزه با پيشرفت تكنولوژي و پوشش دادن لايههاي بسيار نازك روي شيشه ـالبته با تجهيزات بسيار پيشرفته ـ شيشههايي توليد ميگردد كه تا حد زيادي كاستيهاي شيشه معمولي را مخصوصاً در رابطه با اتلاف و كسب انرژي حرارتي خنثي ميكند در عين حال تامين نور مرئي را كه از خواص اصلي شيشه ميباشد حفظ مينمايد.
امروزه در كنار بحث عايقكاري حرارتي در بخشهاي مختلف ساختمان، به استفاده از پنجرههاي دوجداره تاكيد ميگردد كه داراي شيشههاي معمولي هستند، در صورتي كه استفاده از شيشه Low-E در يكي از جدارههاي پنجره دوجداره يا شيشههاي طلقي (Laminate)، باعث كاهش چشمگيري در تبادل انرژي ساختمان با فضاي بيرون ميگردد.
شيشههاي كنترلكننده انرژي يا Low-Emissivity كه در فارسي به شيشه كم گسيل ترجمه شده است، شيشهاي است كه انتقال حرارت بسيار كمتري نسبت به شيشه معمولي دارد و مانند يك عايق حرارتي شفاف عمل ميكند. از آنجا كه مساحت زيادي از سطح جانبي ساختمانها را شيشه تشكيل ميدهد، استفاده از شيشه Low-E به جاي شيشه معمولي، كمك بزرگي در كاهش مصرف انرژي ساختمان خواهد نمود. اين نوع شيشه در انواع مختلف توليد ميگردد. شكل ظاهري بعضي از آنها مشابه شيشه معمولي و بيرنگ است و نوع رنگي آن به Low-E-Sun مشهور است.
عملكرد شيشه Low-E
پارامترهاي مورد نظر در ارزيابي شيشههاي Low-E
انواع شيشه Low-E و كاربرد آنها
مقدار صرفهجويي انرژي با استفاده از شيشههاي Low-E
مزاياي استفاده از شيشه Low-E
عملكرد شيشه Low-E
پارامترهاي مورد نظر در ارزيابي شيشههاي Low-E
انواع شيشه Low-E و كاربرد آنها
مقدار صرفهجويي انرژي با استفاده از شيشههاي Low-E
مزاياي استفاده از شيشه Low-E
اين نوع شيشهها اجازه عبور بخش مرئي طيف نور خورشيد را ميدهند اما طيف حرارتي
( امواج مادون قرمز ) و امواج مضر ( ماوراء بنفش ) را منعكس و فيلتر ميكنند.
اين شيشهها انتقال حرارت ناشي از اختلاف دما كه تركيبي از پديده هاي هدايت، جابجايي و تابش است و در پارامتر U-Value نشان داده ميشود را به مقدار زيادي كاهش ميدهند و همچنين انتقال حرارت تابشي
( كسب انرژي خورشيد ) را نيز تحت كنترل دارند كه در پارامتر G-Value يا SHGC نشان داده ميشود.
پارامترهايي كه در انتخاب شيشه مهم هستند و بايد به آنها توجه نمود عبارتند از:
VT درصد عبور نور از شيشه را نشان ميدهد. اين پارامتر در ارزيابي پنجرههاي كارآمد انرژي از نقطه نظر تامين نور ساختمان مفيد است. مثلاً در مناطقي كه نور خورشيد كم است مسلماً بايد از شيشههايي استفاده كنيم كه قابليت عبور نور بيشتري داشته باشد و بالعكس در مناطقي كه نور خورشيد زياد است براي جلوگيري از تابش شديد نور خورشيد به داخل ساختمان بايد از شيشههايي كه عبور نور كمتري دارند استفاده كرد. اين مسئله در مورد پنجرههاي شمالي ـ جنوبي و شرقي ـ غربي هم صدق ميكند، مثلاً شيشه پنجرهاي كه در ضلع شرقي يا غربي ساختمان است بهتر است داراي عبور نور كمتري باشد و شيشه مناسب براي پنجرههاي شمالي بايد درصد عبور نور بيشتري داشته باشد، از مقايسه شيشه دوجداره و شيشه Low-E با يكديگر ميتوان دريافت شيشه Low-E تغيير زيادي در عبور نور مرئي ايجاد نميكند.
اين فاكتور مقدار عبور نور ماوراء بنفش خورشيد را به داخل ساختمان نشان ميدهد. بديهي است به دليل مضرات اين اشعه هرچه مقدار آن كمتر باشد بهتر است.
پارامتري است كه مقدار انتقال حرارت از هر جسم را نشان ميدهد و براي بيان ميزان عايقكاري شيشه نيز بكار ميرود.
بر حسب بيان ميشود و شامل انتقال حرارت هدايتي، جابجايي و تابشي براي يك پنجره در شرايط محيطي مشخص ميباشد. ضريب انتقال حرارت هرچه كوچكتر باشد به معني انتقال حرارت كمتر و در نتيجه عايقكاري بيشتر است.
شيشه تك جداره ساده شيشه دوجداره ساده شيشه دوجداره
ضريب انتقال
حرارت 6 2.5 الي 3 1.1 الي 1.3
در بعضي متون به G-value مشهور است. بيانكننده عبور حرارت و انرژي خورشيد از شيشه ميباشد. بدون توجه به دماي خارج، حرارت ميتواند از ميان شيشه به وسيله تابش مستقيم يا غيرمستقيم خورشيد ( به صورت انعكاس از زمين يا سطوح ديگر ) نيز كسب شود.