سرمایش و گرمایش

مقدمه
بهینه سازی مصرف سوخت در كشور به منظور اجرای برنامه های بهینه سازی و در جهت تحقق و دستیابی بر اهداف مورد نظر برنامه پنج ساله سوم توسعه ، سازمان بهینه سازی مصرف سوخت كشور (I.F.C.O) وابسته به شركت ملی نفت ایران (N.I.O.C) تشكیل گردید .

این سازمان در مراستای اجرای سیاست های استراتژیك بخش انرژی كشور و نیز طبق ماده ۱۲۱ قانون برنامه سوم توسعه اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی كشور در بخش انرژی مبنی بر اعمال صرفه جویی ، منطقی كردن مصرف انرژی و حفظ محیط زیست و تحقق هر چه بهتر سیاست ها با اهداف جلوگیری از اتلاف منابع تجدیدناپذیر و ارتقاء كارآیی مدیریت انرژی فعالیت می نماید . فعالیتهای سازمان بهینه سازی مصرف سوخت كشور در زیر بخشهای خودرو ، حمل و نقل ساختمان مسكن و صنعت متمركز گردیده است .

با توجه به موارد فوق الذكر سهم مصرف سوخت در ساختمان های حدود ۳۸% از سوخت كشور می باشد .
چنانچه اقدامات بهینه سازی در ساختمان ها (مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان ) انجام نگردد و طبق روال كنونی به مصرف ادامه دهیم طی سالهای ۱۳۸۱ الی ۱۳۹۰ به میزان هفتاد میلیارد دلار مصرف سوخت خواهیم داشت . (منبع و مأخذ سازمان بهینه سازی سوخت كشور است )
موارد بهینه سازی در ساختمانها :
موارد بهینه سازی به طور اختصار عبارتند از :

۱- عایقكاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان
۲- مواد و مصالح مورد استفاده برای عایقكاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان
۳- پنجره ها
۴- درزگیری
۵- عایقكاری حرارتی پوسته ساختمان
۶- جزئیات اجرایی ‍: عایقكاری دیوارها ، عایقكاری سقفها ، عایقكاری كفها
۷- اقدامات بهینه سازی در طراحی تاسیسات ساختمانها
۸- مقایسه هزینه های اقدامات بهینه سازی و سایر هزینه های موجود در ساختمانها
۱ – عایقكاری حرارتی پوسته خارجی
ساختمان به واسطه نوع مصالح مصرفی و گونگی قرارگیری اجزاء پوسته خارجی می تواند دمای داخل خود را تا مدتی حفظ نماید به دلیل اینكه همواره ساختمان با محیط اطراف خود مشغول تبادی دمایی است در تابستان گرمای بیرون از طریق سقف ، دیوارها و پنجره ها به داخل ساختمن نفوذ می كند و در زمستان هوای داخل ساختمان كه با صرف هزینه و مصرف سوخت گرم گردیده است از طریق پنجره ها و سقف و كف با بیرون تبادل حرارتی نموده و فضای داخل سرد می شود و ما دوباره باید برای گرم كردن آن سوخت مصرف كنیم .

اقدامات بهینه سازی سعی بر آن دارند كه این تبادل گرمایی بین فضای كنترل شده داخل ساختمان و فضای بیرون را به حداقل برسانند .
۲- مواد و مصالح مورد استفاده برای عایقكاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان
برای عایقكاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان اعم از دیوارها ، سقفها و كف ها می توان از انواع عایقهای حرارتی طبق جزئیات پیشنهادی كه در ضمائم ذكر گردیده استفاده نمود این عایقها شامل موارد ذیل می گردد :
ـ فوم (پلی یورتان)

ـ یونولیت (پلی استایرن)
ـ پشم سنگ
ـ پشم شیشه
۳- پنجره ها
حدود ۴۰% از اتلاف انرژی از طریق پنجره ها صورت می گیرد در صورتیكه در زمستان به قاب پنجره و یا شیشه آن دست بزنید خواهید دید كه سرد است . این دلیل تبادل حرارتی بین قاب پنجره و شیشه با فضای بیرون است .
برای رفع این مشكل با استفاده از شیشه های دوجداره تبادل حرارتی از طریق شیشه به حداقل ممكن خواهد رسید .(در شكل ضمیمه خصوصیات یك پنجره دوجداره استاندارد شرح داده شده است ) برای كاهش تبادل حرارتی از طریق قاب پنجره دو راه حل وجود دارد :

– استفاده از قاب پنجره كه ضریب حرارتی بسیار پائینی دارد (مانند قابهای پی ـ وی ـ سی )
– استفاده از نوعی قاب كه بخش درونی و خارجی آن بوسیله یك عایق حرارتی از یكدیگر جدا شده‌اند
۴- درزگیری
زمستانها كه جلوی پنجره می‌ایستید احساس می‌كنید كه هوای سرد از پنجره به داخل ساختمان وارد می‌شود این نفوذ هوا باعث سرد شدن فضای داخل شده و مصرف بیشتر سوخت را برای گرمایش به همراه دارد برای رفع این نقیصه دو راه‌حل وجود دارد .

استفاده از پنجره‌های استاندارد كه بین قطعات ثابت و متحرك از نوارهای درزگیر استفاده شده و دور شیشه های دو جداره آن لاستیك و اسفنج عرضه می‌گردند بین قسمت متحرك و ثابت پنجره استفاده نموده و دور شیشه‌ها لاستیك مخصوص نصب نمائید .
۵- عایقكاری حرارتی پوسته ساختمان
این نوع عایقكاری‌ها مشتمل بر موارد ذیل است :
– عایقكاری حرارتی سقفها
– عایقكاری حرارتی دیوارها
– عایقكاری حرارتی كفهای مجاور فضای باز
– استفاده از پنجره‌های مناسب در پوسته خارجی
۶- جزئیات اجرائی :
جزئیات اجرائی مشتمل بر موارد ذیل میگردد كه جزئیات آن طبق نقشه ضمیمه گویای آن است .
– عایقكاری دیوارها
– عایقكاری كفها
– عایقكاری سقفها

۷- اقدامات بهینه‌سازی در طراحی تاسیسات ساختمانها
در جهت افزایش كارائی سیستمهای تاسیساتی و كاهش مصرف سوخت در ساختمانها تمهیدات ذیل پیشنهاد می‌گردد .

۷-۱- عایق بندی حرارتی لوله‌های رفت و برگشت:
این عایق بندی شامل لوله‌های آبگرم مصرفی و لوله‌های مصرفی و لوله‌های حامل سیال گرم و سرد جهت گرمایش و سرمایش محیط می‌شود . عایقكاری حرارتی بر روی لوله‌های رفت

و برگشت بایستی حداقل دارای ضخامت ۲ سانتی‌متر باشد .
۷-۲- عایق بندی حرارتی كانالهای هوا
كانالهای هوا (هوای گرم و سرد) بایستی با حداقل ضخامت ۲ سانتی‌متر پوشیده شود به سبب ایجاد شرایط بهداشتی و زیست محیطی استفاده از نوار كانال و بتونه (یاماستیك) توصیه می‌شود .
۷-۳- استفاده از مشعلهای استاندارد
۷-۴- نصب شیرهای رادیاتور مناسب (كاملاً باز و بسته شوند)
جهت كنترل گرمایش فضاها و استفاده حداكثر از ظرفیت گرمایی سیال حامل انرژی بایست از شیرهای رادیاتوری استفاده نمود كه كاملاً در حالتهای باز و بسته قرار می‌گیرند .

۷-۵- عایق بندی حرارتی منابع دو جداره ، منابع كوبلدار ، منابع انبساط و كلكتورها
۷-۶- استفاده از چیلرهای جذبی به جای چیلر تراكمی در كاربرد ظرفیت‌های بیش از ۲۰۰ تن تبرید و مساحت بیش از ۶۰۰ مترمربع توصیه می‌شود .
۷-۷- در اجرای تاسیسات محل موتورخانه مركزی زیر سقف و ترجیحاً در شمال ساختمان و دور از اتاق خوابها باشد .
۷-۸- استفاده از هوای برگشتی و تعبیه كانال برگشت هوا در طراحی سیستمهای تهویه مطبوع در ساختمانهای مسكونی .
۷-۹- هواكش‌ها در سمت و پشت باد در ساختمان در محلهای مناسب قرار گیرند .

۷-۱۰- استفاده از سختی‌گیر
در سیستمهای تاسیساتی و خصوصاً در مكانهائیكه آب دارای املاح بیش از حد استاندارد است استفاده از سختی‌گیر برای آب كل ساختمان توصیه می‌شود . استفاده از سختی‌گیر هم از بعد بهداشتی آب مصرفی و هم از بعد جلوگیری از رسوب املاك در لوله‌های سیستم تاسیسات و مجاوری آب دیگ و منابع دو جداره یا كویل‌دار و استفاده حداكثر از ظرفیت آنها انجام گیرد (توصیه می‌گردد سختی‌گیر از نوع مغناطیسی استفاده گردد) .
۷-۱۱- نصب رادیاتور و فن كویل استاندارد با راندمان بالا
۷-۱۲- نصب رادیاتور و فن كویل در زیر پنجره‌ها

۷-۱۳- نصب ترموستات بر روی دیگ
۷-۱۴- استفاده ازترموستات دردو‌حالت‌سرمایش و گرمایش در ساختمان مهم و ضروری است
۷-۱۵- عایق بندی حرارتی دیگ (دیگها باید با حداقل ضخامت ۳ سانتی‌متر عایق‌بندی شوند)
۷-۱۶- تجهیز سیستم لوله‌كشی آبگرم معدنی به لوله برگشت آبگرم با عیق‌بندی مناسب
۷-۱۷- استفاده از الكتروپمپهای مناسب از نظر ظرفیت و راندمان برای گردش آب
۷-۱۸- آب بندی شیرهای آب
۷-۱۹- تعبیه شیر فلكه مجزا برای هر واحد ساختمانی (آبگرم و آب سرد)

۷-۲۰- كنترل و بررسی و آزمایش كلیه سیستمهای تاسیساتی ساختمان
۸- مقایسه هزینه های اقدامات بهینه سازی و سایر هزینه های موجود در ساختمانها
مقایسه هزینه‌های اقدامات بهینه‌سازی و سایر هزینه‌های موجود در ساختمانها هزینه‌های اقدامات بهینه‌سازی در مقایسه با سایر هزینه‌های ساختمان از كمیت چندانی برخوردار نیست و علاوه بر آن بخشی از هزینه‌ها با توجه به كاهش حجم تاسیسات ساختمانی كاهش می‌یابد .
نقطه نظر فنی و اقتصادی و نتایج حاصله از اقدامات بهینه‌سازی ساختمان بالا
۱- نقطه نظرات فنی حاصل از اقدامات حاصله از بهینه‌سازی در ساختمان عبارتند از :
۱-۱- كاهش مصرف سوخت
۱-۲- كاهش هزینه‌های پرداخت شده توسط مردم برای سوخت مصرفی
۱-۳- ایجاد شرایط مطلوب دمای ساختمان به دلیل بالا رفتن كیفیت ساخت بناها
۱-۴- كاهش آلودگی محیط زیست ناشی از مصرف سوخت های فسیلی
۲- نقطه نظرات ‌اقتصادی‌ حاصل ‌از نتایج اقدامات حاصله از بهینه‌سازی در ساختمان عبارتند از :
۲-۱- عایق كاری حرارتی پوسته ساختمان :
با عایق كاری حرارتی پوسته ساختمان سالیانه معادل ۱۹.۰۰۰.۰۰۰.۰۰۰ ریال (نوزده میلیارد ریال در سال) فقط در مناطق شهری صرفه‌جوئی در مصرف سوخت حاصل می‌گردد .

۲-۲- استفاده از پنجره‌های دو جداره استاندارد :
با استفاده از پنجره‌های دوجداره در ساختمانهای مناطق شهری صرفه‌جوئی در مصرف سوخت حدود ۱۶۶.۰۰۰.۰۰۰.۰۰۰ ریال (یكصد و شصت و شش میلیارد ریال در سال) را به دنبال خواهد داشت .
۲-۳- عایق كاری حرارتی كلیه تجهیزات سیستم گرمایش مركزی :
با این اقدام می‌توان سالیانه حدود ۵.۲۴۰.۰۰۰.۰۰۰ ریال (پنج میلیارد و دویست و چهل میلیون ریال) در مناطق شهری صرفه‌جوئی نمود .
۲-۴- كنترل ترموستاتیك سیستم گرمایش :
كنترل ترموستاتیك می‌تواند مصرف سوخت را به میزان قابل توجهی كاهش داده و معادل

۲۳۰.۰۰۰.۰۰۰ ریال (دویست و سی میلیون ریال در هر سال) در مناطق شهری صرفه‌جوئی به دنبال خواهد داشت .
* ضمناً موارد فوق‌الذكر از منبع و ماخذ سازمان بهینه‌سازی سوخت كشور استفاده گردیده است .
پایه و اساس كنترل و بررسی طراحی و نظارت بر اجراء طرح‌های تاسیساتی
به منظور طراحی تاسیساتی از نظر فنی و اقتصادی برابر دستورالعمل و ضوابط عمومی و خصوصی اعلام شده و رعایت كلیه مقررات ملی ساختمان یك ضرورت است .
بنابراین با توجه به موارد ذیل اساس و پایه طراحی تاسیساتی و نظارت بر اجراء طرح‌ها مشخص و اعلام می‌گردد .

 

۱- پایه و اساس طراحی تاسیساتی (مكانیكی و الكتریكی)
برابر مقررات و آئین نامه‌های سازمان نظام مهندسی ساختمان ، ساختمانهائیكه دارای پنج طبقه و با متراژ بیش از ۲۰۰۰ مترمربع داشته باشند نیاز به طرح مهندسی كه توسط مهندسین پایه یك و مهندسین مشاور ذیربط طبق اصول و مبانی تعریف شده مهندسی بایستی خواستار طرح تاسیساتی گردیده و سپس با توجه به موارد اعلام شده كه بایستی در تهیه طرح رعایت شده

باشد مورد بررسی و كنترل فنی (كنترل مضاعف) و تائید كمیته فنی شهرداری را نیاز دارد .
۲- پایه و اساس نظارت بر اجراء طرحهای تاسیساتی
ساختمانهائیكه دارای طرح مهندسی و تائید شده كمیته فنی شهرداری را دارند عیناً در مراحل اجراء طرح بایستی توسط مهندسین ناظر تاسیساتی و با مشاورین فاز سه اجرائی ساختمانهای بزرگ (پنج طبقه به بالا) كنترل و به مرحله اجراء درآید و درخصوص طرحهائیكه زیر پنج طبقه می‌باشد مسئولیت كنترل و بررسی با نظارت مقیم بر اجراء طرح‌های ساختمانی و تاسیساتی می‌باشد.

________________________________________
۱- سیستم‌های گرمایش و سرمایش :
۱-۱ – استفاده از كنترل مركزی دما مجهز به سنسور دمای هوای خارج
۱-۲ – نصب شیرهای دماپایی (ترموستاتیك) برای رادیاتورها
۱-۳ – نصب دیگ‌های آب گرم با بازدهی بالا
۱-۴ – نصب دمپر خودكار برای تنظیم دقیق نسبت سوخت و هوا
۱-۵ – عایق كاری بدنه دیگ های آب گرم
۱-۶- آب بندی نشتی‌های موجود در دریچه‌های ورودی محفظه احتراق

۱-۷- عایق كاری لوله‌های آب گرم سیستم های گرمایش و آب گرم مصرفی
۱-۸- عایق كاری لوله‌های توزیع گاز
۱-۹- استفاده از پمپ‌هایی با بازده بالا و ضریب توان بالا
۱-۱۰ – نصب كنترل كننده‌های تنطیم خودكار
۱-۱۱ – استفاده از انرژی (آنتالپی) هوای برگشتی برای فضاهای غیرحساس
۱-۱۲ – استفاده از چیلرهای جذبی به جای چیلرهای تراكمی
۱-۱۳ -استفاده از سیستم های جداگانه گرمایش و شبكه انتقال و لوله كشی مركزی
۱-۱۴- كنترل و بررسی مداوم تجهیزات موتورخانه (پمپ‌هاـ شیرها ـ فلنج‌ها )
۱-۱۵ – تهیه و اجرای برنامه منظم تعمیر و نگاهداری تاسیسات و تجهیزات
۱-۱۶ – عایق كاری كانال های توزیع هوا
۱-۱۷ – عایق كاری دیگ های مبدل حرارتی ، منبع انبساط و…
۱-۱۸- استفاده از تكنولوژی كلكتورهای خورشیدی برای تامین آب گرم مصرفی

۲- اصلاح مشخصات حرارتی پوشش خارجی ساختمان :
۲-۱ – نصب فوم عایق ( پلی استایرن ) روی سقف طبقات
۲-۲- عایق كاری سقف ، كف و دیوارها
۲-۳- عایق كاری داخلی دیوارهای خارجی
۲-۴- تزریق چسب اپوكسی روی درزها و شیارهای دیوارهای خارجی
۲-۵- درزبندی و نصب نوار هوابندی گرداگرد درها و پنجره ها
۲-۶- نصب سیستم های خودكار برای بستن درهای اصلی ورودی و خروجی
۲-۷- استفاده از درهای ورودی دومرحله‌ای با فضاهای میانی در ساختمانهای پرتردد
۲-۸- استفاده از شیشه‌های باز تابنده نور (رفلكس) و برچسب‌های شفاف روی پنجره‌ها
۲-۹- نصب پنجره های دو جداره به جای پنجره های معمولی
۲-۱۰- خاكبرداری محیط اطراف ساختمان عایق كاری سطوح خارجی دیوارهای زمین
۳- اصلاح سیستم روشنایی و ضریب توان :
۳-۱- تعویض لامپ های رشته ای موجود با لامپ های كم مصرف
۳-۲- استفاده از نور طبیعی پیرامون مكان های اداری
۳-۳- استفاده از روشنایی موضعی بجای افزایش سطح روشنایی كل
۳-۴- استفاده از رنگ های روشن در سقف دیوارها ، كف اتاق ها و …
۳-۵- نصب تایمر و سلول های نوری جهت كنترل روشنایی محوطه بیرونی ساختمان
۳-۶- نصب كلیدهای چندگانه جهت كنترل سطح روشنایی در راهروها و سالنهای كنفرانس
۳-۷- نصب دیمر جهت تنظیم و كاهش توان روشنایی بر حسب نیاز
۳-۸- اصلاح و بهبود ضریب قدرت در تابلوهای اصلی برق
۳-۹- استفاده از كلید جریان نشتی و اتصال زمین مستقل ( طرح آماده است )

 

۳-۱۰- تهیه و اجرای برنامه منظم تعمیر و نگهداری سیستم روشنایی برای حفظ بازده و افزایش طول عمر .
* رویكرد كلی طرح نباید مغایر با اصول صرفه‌جوئی در مصرف انرژی باشد .

انتخاب جهت استقرار ساختمان
به طور کلی انتخاب جهت استقرار ساختمان به عواملی چون وضع طبیعی، میزانی از فضاهای خصوصی ، کنترل و کاهش صدا و نیز دو عامل با د و تابش آفتاب بستگی دارد . قسمت عمده ای از وظیفه ی یك معمار آن است که ساختمان را به نحوی قرار دهد تا بیشترین استفاده از نور

خورشید در رابطه با شرایط گرمایی ، بهداشتی و روانی آن حاصل گردد . درست همانگونه که فصول مختلف سال در نتیجه تغییر محور زمین نسبت به خورشید از یكدیگر متمایز هستند .
جهت یك ساختمان نیز تحت تاثیر مقدار انرژی خورشیدی تابیده شده به دیوارهای آن در ساعات مختلف قرار دارد .
در زمستان عرض جغرافیایی۴۰ درجه شمالی یك دیوار جنوبی حدود سه برابر دیوارهای شرقی یا غربی انرژی خورشیدی دریافت می نماید. در صورتیكه در تابستان مقدار کل انرژِی تابیده شده به دیوارهای جنوبی و شمالی تقریباً ½ انرژی تابیده شده به دیوارهای شرقی و غربی است. در عرض‌‌های جغرافیایی کمتر حتی این اختلاف شدیدتر بوده و به همین دلیل جهت یك ساختمان به

خوبی می تواند تعیین کننده شرایط ناراحت کننده یا شرایط آسایش هوای داخلی و نور باشد .
جهت استقرار در رابطه با اقلیم
اقلیم گرم و خشک : با توجه به اینکه استقرار منطقه ۲۲ شهرداری تهران از نظر جغرافیایی در اقلیم گرم و خشک می باشد ، در مناطق گرم و خشک باید میزان تهویه طبیعی در روز رابه حداقل ممکن رساند چون در اثر ورود هوای گرم خارج به داخل ، دمای هوا و سطوح داخلی نیز افزایش می یابد ، به خصوص در طول روز که سرعت باد زیاد و در نتیجه میزان تهویه طبیعی نیز زیادتر است ، تغییرات دمای هوای داخلی در سطحی نزدیک به دمای خارج تغییر می نماید ، ازطرف دیگر ، چون رطوبت هوای اینگونه مناطق کم است ، حتی با جریان هوایی با سرعت کم امکان سرد شدن بدن از طریق تبخیر عرق بدن وجود داشته و در نتیجه احتیاج به سرعت زیاد هوا برای خنک سازی از راه تبخیر لازم نمی باشد . سرعت هوا برای ایجاد چنین وضعیتی می تواند ۱۵ سانتیمتر در ثانیه باشد و این سرعتی است که در نتیجه اختلاف دمای سطوح و همچنین درنتیجه نفوذ هوای خارج به داخل از

طریق درز پنجره ها ، در هوای اتاق به وجود می آید و بدین ترتیب نیازی به باز بودن پنجره ها نخواهد بود . در عصر و شب به دلیل پایین بودن دمای هوای خارج نسبت به دمای هوا و سطوح داخلی ، تهویه طبیعی امکان سریع خنک شدن هوای داخلی را به وجود می آورد .

نیاز به کوران در عصرو شب ، وجود پنجره های بازشو را ضروری می سازد .اما باید به این نکته توجه داشت که راندمان تهویه با اندازه پنجره ها متناسب نیست . با هماهنگ ساختن محل ، شکل و نحوه بازشدن پنجره ها ، اندازه آنها را می توان به قدری کوچک انتخاب نمود که حرارت کسب شده از طریق آنها به حداقل رسانده و در عین حال امکان تهویه به طور مفید را به وجود آورد البته باید به مشکل ورود گردوغبار به داخل ساختمان توجه داشت .

نقش پنجره‌ها در جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان
در خانه‌هایی با پنجره‌های قدیمی و بدون استفاده از نوآوری‌ها و فناوری‌های نوین، نزدیک به ۳۰ درصد اتلاف انرژی ساختمان، از راه پنجره‌ها رخ می‌دهد.

پنجره‌ها نور، گرما و زیبایی را به خانه می‌آورند و به درک فضای زیست کمک می‌کنند. پنجره‌ها منابعی برای آگاهی ما از تغییر زمان و آشنایی با موقعیت مکانی هستند.

اما پنجره‌ها می‌توانند راه‌های موثری برای اتلاف گرمای درون ساختمان در زمستان، و ورود گرمای ناخواسته در تابستان باشند. این نکته به جز اثر نامطلوب بر هزینه‌های گرمایش و سرمایش ساختمان است.

 

عملکرد گرمایی پنجره‌ها بر پایه‌ سه نوع جریان است: تهویه، انتقال و تشعشع.

هر یک از جریان‌های گرمایی نقش مهمی در اتلاف گرمایی در زمستان یا گرمای ناخواسته در تابستان دارند.

ساختار یک پنجره را می‌توان به سه قسمت شامل چارچوب، شیشه و یراق آلات تقسیم کرد که دو قسمت اول، به دلیل مساحت بزرگ‌تر، نقش مهم‌تری در عملکرد حرارتی پنجره دارند.

در سال‌های اخیر، توسعه فناوری تولید، پژوهش و آزمایش روی مواد گوناگون، تغییرات و پیشرفت‌های بسیاری در ساختمان چارچوب پنجره و شیشه مورد استفاده در آن پدید آورده است، بهره‌گیری از موادی مانند پی.وی. سی (وینیل) برای تولید پروفیل پنجره و همچنین تولید شیشه‌های کم تابش، شیشه‌های جاذب گرما و… از جمله این پیشرفت‌هاست.

 

در خانه‌هایی با پنجره‌های قدیمی و بدون استفاده از نوآوری‌ها و فناوری‌های نوین، نزدیک به ۳۰ درصد اتلاف انرژی ساختمان، از راه پنجره‌ها رخ می‌دهد.

اما اکنون با بهره‌گیری از پیشرفت‌های علوم و فناوری این مقدار تقریبا به نصف کاهش یافته است.

پژوهش‌هایی که اکنون در حال انجام است، نوید پیشرفت‌ها و بهبودهای بیشتری در ساختار پنجره‌ها و مواد سازنده چارچوب و شیشه آنها را می‌دهد.

به دنبال بحران‌های مربوط به انرژی که آغاز آن را می‌‌توان دهه ۱۹۷۰ دانست، بحث درباره انواع روش‌های جلوگیری از اتلاف انرژی و منابع آن در همه جهان، به ویژه کشورهای صنعتی که مهم‌ترین مصرف کنندگان انرژی هستند آغاز شد.

از آن زمان تاکنون انواع روش‌ها و راهکارهایی که جهت صرفه‌جویی در کاربرد انرژی و هدر رفتن آن، سودمند دانسته می‌شد بررسی شده است.

توجه به جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان‌ها به ویژه ساختمان‌های مسکونی و تجاری، از آغاز درصد مواردی بود که ضرورت آن تشخیص داده شده بود.

پنجره‌ها نیز به عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای ساختمانی که می‌تواند نقش مهمی را در اتلاف انرژی یا بهره‌گیری از آن داشته باشد شناخته شدند و پیشرفت‌های بسیاری در این زمینه به دست آمد که پژوهش و بررسی در این زمینه همچنان ادامه دارد.

انواع مواد به کار رونده در چارچوب، انواع شیشه‌ها، چند جداره نمودن شیشه‌ها و اصلاح روش‌های درزبندی از مواردی است که روی آن بسیاری انجام گرفته است.

در این جا به چنین مواردی با توجه به تازه‌ترین پیشرفت‌های علمی و فنی پرداخته می‌شود. عملکرد گرمایی پنجره‌ها، اصولا بر پایه سه گونه جریان گرمایی است:

تهویه:

یعنی سرما یا گرما از شکاف‌ها و بازشوهای پنجره، از درون به بیرون و برعکس، جریان می‌یابد. به عبارتی جریان یافتن گرما از راه نفوذ هوا و تهویه طبیعی. این جریان گرما، به دنبال جریان هوایی که از راه پنجره وارد می‌شود و تفاوت دمای دو سوی آن است.

نسیم هوای بیرون از ساختمان در اثر نیروی «فشار _ مکش» سبب جا به جایی هوا در درون ساختمان می‌شود. فشار مثبت، در سمتی که باد می‌وزد ایجاد شده، فشار منفی (مکش)، در سوی دیگر پدید می‌آید.

برای تهویه طبیعی، باید بازشوها را در دیوارهایی با فشار متفاوت قرار داد.

زمانی بیشترین حجم هوا، جا به جا می‌شود که پنجره‌ها در بخش‌هایی از نمای ساختمان قرار گیرند که اختلاف فشاری در آن جا موجود باشد.

قرار دادن پنجره ها روی دیوارهای مقابل که در مسیر مستقیم جریان هوا قرار دارند، سبب ایجاد جریان سریع هوا، با عرض کم در درون اتاق خواهد شد.

اگر پنجره‌ها بر روی بخش میانی چنین دیوارهایی نصب شوند، جریان هوا، به طور مستقیم از وسط اتاق می‌گذرد و اگر پنجره‌ها در گوشه‌های دیوار باشد، جریان هوا از روی دیوار جانبی اتاق خواهد گذشت.

در هر دو مورد، هر چند سرعت جریان هوا زیاد است، تهویه مناسب نیست.

تهویه فضای درونی در صورتی بهتر انجام می‌شود که پنجره‌های ورودی هوا در جاهایی با اختلاف فشار زیاد قرار گرفته باشد.

انتقال:

یعنی گرمایی که به سبب انتقال، از راه پنجره وارد می‌شود. این جریان گرما نیز به تفاوت دما در دو سوی پنجره، بستگی دارد.

اما در این جا چهار شیوه گوناگون، مقدار گرمای منتقل شده را تعیین می‌کند:

رسانایی:

انتقال گرما، پیرو ضریب رسانایی و اختلاف دما، در دو سوی جسم مورد بررسی است برای نمونه، هوای ساکن یک عایق شناخته شده است.

ضریب رسانایی شیشه، ۳۰ بار و ضریب رسانایی بیشتر فلزات حتی هزار بار بیشتر از هواست.

رسانایی، ساز و کار انتقال گرما از راه تماس فیزیکی است. گرما از بخش گرم‌تر یک پنجره به بخش سردتر آن انتقال می‌یابد.

هر مولکول، مولکول کنار خود را تحریک می‌کند و انرژی را انتقال می‌دهد. رسانایی، نه تنها در جامدات (چارچوب‌ها و شیشه پنجره)، بلکه در هوای میان لایه‌های شیشه نیز انجام می‌شود.

میزان انتقال گرما از یک ماده، به دلیل اختلاف دما را مقدار «U» می‌نامند. هر چه U، کمتر باشد، گرمای کمتری انتقال می‌یابد.

همرفت:

گرما، می‌تواند از راه همرفت نیز از یک مایع یا گاز، به یک سطح، منتقل شود، به شرط آ که سیلان مجاور سطح ثابت باشد. «همرفت طبیعی» عبارت است از جا به جایی مایع یا گاز که تابعی از تفاوت‌های دمای محل است.

«همرفت اجباری» بر اثر منابع بیرونی پدید می‌آید؛ به طور مثال از باد یا تاسیسات گرمایش، سرمایش و تهویه.

همرفت، جا به جایی گرما درون یک سیال مانند هواست. هنگامی که مولکول‌های هوا، به طور فیزیکی از نقطه‌ای به نقطه‌ دیگر جا به جا می‌شوند، گرما انتقال می‌یابد.

یک سطح شیشه‌ای گرم می‌تواند هوای مجاور خود را گرم کند و سبب بالا رفتن دمای آن شود.

یک سطح شیشه‌ای سرد، با هوای نزدیک خود گرم می‌شود و این توده هوا، پس از آن که گرمای خود را از دست داد، پایین می‌آید این جریان همرفتی در سمت بیرونی و درونی پنجره و میان جداره‌های شیشه روی می‌دهد.

تشعشع:

یک جسم دریافت کننده، می‌تواند تشعشع گرمایی منتشر شده از یک منبع را منتقل، جذب یا بازتابش کند. هر سطحی، تشعشع را پخش می‌کند.

انتشار موج بلند بسته به دمای سطح است. در سطح‌هایی با دمای اندک، این طیف در محدوده پرتو فرو سرخ (پرتوفروسرخ یا پرتو با موج بلند) است.

شدت تشعشع منتشر شده، به تابندگی سطح بستگی دارد. مقدار تشعشع منتشر شده، از سطح‌های دیگر، بیشتر پیرو عامل‌های بصری است، یعنی آن چه که جسمی می‌تواند از هر جسم دیگر در محیط ببیند.

بخشی از تشعشع دریافتی، منتقل یا بازتابش و بقیه آن، جذب می‌شود. پیچیدگی دیگر مساله این است که تابش، جذب و بازتابش، پیرو طول موج و زاویه برخورد هستند.

از سوی دیگر، قابلیت‌ تابش و جذب در یک سطح کدر، هم ارزش هستند.

برای نمونه، شیشه شفاف معمولی، تشعشع خورشید را به شدت از خود می‌گذراند، اما تشعشع فرو سرخ ساطع شده از اشیای دیگر در همان اتاق را عبور نمی‌دهد.بیشتر این دمای ناشی از تشعشع، جذب می‌شود.

در ارتباط با زاویه برخورد، میزان تابش معمولی در پایین‌ترین اندازه است. ۴ درصد و تنها، زمانی به مقدار بسیاری افزایش می‌یابد که میان ۶۰ تا ۷۰ درجه، بیشتر از اندازه معمولی باشد.