طراحي در و پنجره براي كاهش اتلاف انرژي

در و پنجره : يكي از مهمترين بخشهايي كه آلومينيوم در آن بكار مي‌رود ساخت پنجره و قاب مي‌باشد . با توجه به انعطاف‌پذيري و نماي زيباي آلومينيوم ،در و پنجره‌هاي آلومينيومي در جهان طي دهه‌هاي اخير پيشرفت چشمگيري كرده است . از آنجا كه بيشترين اتلاف انرژي در ساختمان از طريق در و پنجره‌ها اتفاق مي‌افتد (حدود ۴۰% از اتلاف انرژي ساختمان از طريق پنجره‌ها صورت مي‌گيرد) همچنين در راستاي نيل به اهدافي چون عايق سازي در برابر صدا و آلودگيهاي صوتي ،

جلوگيري از نفوذ گردو غبار و آلودگيهاي محيط زيست و . . . صنعت در و پنجره‌سازي به تكنولوژيهاي جديد روي آورده است و كارشناسان به طراحي‌هاي ويژه و خاصي در اين زمينه دست يافته‌اند .
در صورتيكه در زمستان به قاب پنجره و يا شيشه آن دست بزنيد خواهيد ديد كه سرد است و اين تبادل حرارتي بين قاب و پنجره و شيشه با فضاي بيرون است . براي رفع اين مشكل با استفاده از شيشه‌هاي ۲ جداره تبادل حرارتي از طريق شيشه به حداقل ممكن خواهد رسيد

. براي كاهش تبادل حرارتي از طريق پنجره ،استفاده از نوعي قاب آلومينيومي با عايق حرارتي كه به گرمابند (Thermal Break) معروف است توصيه مي‌شود . از آنجا كه بحث بهينه سازي مصرف سوخت درساختمان ، در كشورمان مي‌رود تا جايگاه واقعي خويش را پيدا كند و با توجه به آنكه اتلاف انرژي از طريق پنجره‌ها (شيشه‌ يا قاب پنجره) حدود ۴۰% كل اتلاف انرژي ساختمان را شامل مي‌شود جهت آشنايي بيشتر با تكنولوژي شيشه‌هاي ۲ جداره و سيستم ترمال‌بريك به هريك از اين دو نوع تكنولوژي اشاره مي‌شود :

D-1-1) سيستم دو جداره :
عبور انرژي و تبادل حرارتي بين داخل و خارج ساختمان از پنجره به طريق زير صورت مي‌گيرد .
۱ . بدست آوردن و يا از دست دادن انرژي غير خورشيدي بصورتهاي رسنايي و جابجايي
۲ . بدست آوردن گرماي خورشيد بصورت تشعشع
جريان حرارت غير خورشيدي از پنجره نتيجة اختلاف دماي ميان محيط داخل و خارج مي‌باشد . در فصول سرد پنجره‌ها گرما را از داخل به بيرون داده و در فصول گرم نيز گرما را از بيرون به داخل ساختمان وارد مي‌نمايند .

براي مقايسة مواد مختلف از جهت ميزان انتقال حرارتي از فاكتور U استفاده مي‌شود .
فاكتورU اندازة سرعت جريان حرارت غير خورشيدي از يك پنجره و يا نورگير مي‌باشد . هر چه اين فاكتور بيشتر باشد نشانگر ميزان بيشتر جريان حرارتي است . فاكتور U به مصرف‌كننده اين امكان را مي‌دهد كه ميزان عايق‌بودن انواع پنجره‌ها و نورگيرها را با يكديگر مقايسه كند و واحد آن Btu/hr-sq…ft.f مي‌باشد .

استفاده از شيشة دو جداره باعث كاهش قابل توجهي در مقدار فاكتور Uمي‌شود .
شيشة دوجداره دو ورق شيشه است كه توسط يك فاصل (اسپيسر) در دور تا دور آن از هم جدا شده‌اند و اين فاصله‌ها با مواد درزگير به شيشه مي‌چسبند . خواص اصلي دو جداره بدليل وجود همين فاصلة بين دو شيشه است ، بين دو شيشه از هوا يا گاز مخصوص (مانند آرگون ، گزنون، و يا مخلوطي از آنها) پر شده است .
ميلة جداكننده از جنس آلومينيوم و با ضخامتهاي متفاوت است كه دورن آن با مادة رطوبت‌گير (عامل خشك كننده) پر مي‌گردد كه اين ماده سبب جذب رطوبت هواي ما بين دو شيشه مي‌گردد .
شيشه‌هاي دو جداره مي‌توانند بصورت تركيبي از انواع شيشه‌هاي مختلف نظير شيشة ساده، رنگي ، رفلكس ، لمينت ، سكوريت و مات تهيه شوند كه نوع شيشه خود مي‌تواند عامل بسيار مهمي در كاهش ميزان اتلاف انرژي باشد . به عنوان مثال شيشه‌هاي با پوشش Low-e باعث كاهش قابل ملاحظه‌اي در مقولة فاكتور U مي‌شوند .

ويژگيهاي اصلي شيشه هاي دو جداره عبارتند از : كاهش اتلاف انرژي حرارتي و نم‌زدگي شيشه ، عايق صوتي و كاهش سر و صدا وايمني بيشتر .
شيشه‌هاي دو جداره در زمستان حرارت را نگه داشته و در تابستان از ورود گرما به درون جلوگيري مي‌كنند در نتيجه باعث بهبود تجهيزات گرمايش و سرمايش ساختمان مي‌شوند . اين شيشه‌ها باعث كاهش نفوذ صوت مي‌شوند و از نم‌زدگي شيشه‌ بعلت گرمتر بودن لايه درون شيشة دو جداره جلوگيري مي‌كند . شيشه‌هاي دو جداره با گرم و مطبوع نگه داشتن محيط ، فضاي ساختمان را براي زندگي و انجام كار مساعد مي‌سازند .
با استفاده از هر متر مربع شيشة دو جداره با قاب استاندارد مي‌توان در سال به ميزان ۴۰مترمكعب در مصرف گاز صرفه‌جويي نمود و هزينه‌ها را تا حد زيادي كاهش داد . در صورت شكستن ورق بيروني شيشة دو جداره ممكن است ورق داخلي نشكند و احتمال ريزش و خطرات بعدي به حداقل مي‌رسد . بنابراين استفاده از اين نوع شيشه مي‌تواند باعث افزايش ايمني ساختمان گردد . اگر فاصلة بين دوشيشه ۱۵-۱۲ ميليمتر باشد بهترين كارآيي شيشه دوجداره را مي‌توان كسب كرد ضمن آنكه با استفاده از اين نوع شيشه نفوذ صدا را تا ۴۵ دسي‌بل مي‌توان كم كرد و در نتيجه در خيابانها و مكانهاي شلوغ مي‌توان از محيطي آرام و ساكت برخوردار گشت .
قابل ذكر است كه انواع جديدي از شيشة ‌دو جداره ساخته شده است كه بين دو ورق خلاء وجود دارد . در اين نوع شيشه‌ها فاصله بين دو ورق بسيار كم مي‌باشد . اين نوع شيشه‌ها اولين بار در روسيه ساخته شدند و داراي خواص حرارتي و صوتي بهتري مي‌باشند . شيشه‌هاي دو جداره را مي‌توان بر روي قابهاي آلومينيومي ، آهني و يا قابهايي از جنس PVC تعبيه و استفاده كرد .
استفاده از سيستم شيشة ‌دو جداره به همراه سيستم پنجره‌هاي آلومينيومي گرما‌بند تكنولوژي است كه باعث جلوگيري از اتلاف انرژي به ميزان قابل توجهي مي‌شود .

D-1-2 ) سيستم در و پنجره‌هاي گرمابند(Thermal Break):
اگرچه در و پنجره‌هاي آلومينيومي بدليل خواصي كه قبلاً ذكر شد يكي از محصولات قديمي و كاربردي در صنايع ساختمان سازي محسوب مي‌شوند ، اما با پيشرفت تكنولوژي و اهميت بهينه سازي مصرف انرژي ، اين پنجره‌ها نيز به تكنولوژي جديدي دست يافته‌اند كه به آن ترمال‌بريك يا

گرما‌بند مي‌گويند . پنجره‌هاي آلومينيومي معمولي در هواي سرد رطوبت و سرما را از جدارة داخلي منتقل مي‌كنند و داراي فاكتور U بالايي هستند . سيستم ترمال‌بريك با حذف اين مشكل ، فاكتور U پنجره‌هاي آلومينيومي را از Btu/hr-sq.ft.f2 به Btu/hr-sq.ft.f1 مي‌رساند . حاصل ساخت اينگونه پنجره‌ها اين است كه جدارة خارجي ، گرما و يا سرما را به جدارة داخلي انتقال نمي‌دهد . سيستم ترمال‌بريك پروفيلهاي عايق حرارتي از دو مقطع پروفيل آلومينيومي از هم مجزا كه توسط نوارهاي پلاستيكي پلي‌آميد به هم متصل شده‌اند تشكيل شده است .

نوار پلي‌آميد مانع انتقال حرارت از يك محيط به محيط ديگر مي‌شود . كه در واقع عنوان ترمال‌بريك براي اين سيستم به اين علت است كه حرارت را مي‌شكند و مانع از نفوذ آن به محيط ديگر مي‌شود . پلاستيكهاي پلي‌آميد مصرفي در اين سيستم داراي خصوصيات زير مي‌باشند : بالا بودن نسبت استحكام مكانيكي به وزن ، پائين بودن ضريب انبساط حرارتي ، مقاومت در برابر مواد شيميايي ، آب ، اشعه و حرارت ، حفظ خواص مكانيكي در دماي بالا و طول عمر زياد .

نوارهاي پلي‌آميد در محل اتصال به مقاطع آلومينيومي داراي چسب جامدي به صورت رشته سيم سفيد رنگ‌مي‌باشند كه هنگام عبور از كوره در دماي ۱۸۰ درجه سانتي‌گراد فعال مي‌شوند وچسبندگي پلي‌آميد به قطعات را بيشتر كرده وباعث استحكام بيشتر مقاطع مي‌شود . معمولاً براي افزايش خواص پلي‌آميدها مواد افزودني به آنها اضافه مي‌كنند . از جمله اين مواد ، الياف كوتاه شيشه(فايبرگلاس)مي‌باشد . افزايش اين مواد باعث مي‌شود كه استحكام كششي و مدول الاستيسيته به ترتيب ۱۰۰% و ۲۰۰% افزايش پيدا كنند و پروفيل‌هاي عايق شده در دماي بالاتر تغيير شكل بدهند .
استفاده از پروفيل‌هاي ترمال‌بريك باعث مي‌شود مقدار اتلاف حرارت تقريباً۱۰% اتلاف حرارتي از طريق پروفيل‌هاي معمولي شود . قابل ذكر است كه بيشترين مقدار حرارت از طريق شيشه‌ها تلف مي‌شود و در سيستم ترمال‌بريك از شيشه‌هاي دو جداره استفاده مي‌شود كه اتلاف حرارتي از طريق آنها تنها ۲۵% اتلاف حرارتي از طريق شيشه‌هاي يك‌جداره مي‌باشد ، پس با همراه ساختن سيستم ترمال‌بريك و شيشه‌هاي دوجداره مي‌توان اتلاف حرارتي را تا حد بسيار بالايي كاهش داد .
همانطور كه در سيستم شيشة ‌دو جداره توضيح داده شد در بين دو جدارة‌ شيشه‌ها مواد جاذب رطوبت قرار دارند كه مانع از نفوذ رطوبت به محيط ديگر مي‌شوند .
چنانچه حدود ۱۰% درصد از سطح خارجي ساختمان پنجره باشد آنگاه حدود ۲۵% از اتلاف حرارتي ساختمان كاسته خواهد شد و در حدود ۱۵% از مقدار سرمايه‌گذاري اولية موتور‌خانه و تاسيسات حرارتي و برودتي كاسته مي‌شود و مصرف انرژي ۲۰% كاهش مي‌يابد .

ويژگي‌هاي حائز اهميت در و پنجره‌هاي ترمال‌بريك :
۱) عايق صوتي :
علاوه بر مسايل فوق‌استفاده از سيستم‌ترمال‌بريك باعث عدم ورود سر و صدا به محيط منزل مي‌شود . امروزه جلوگيري از نفوذ آلودگيهاي صوتي به محيطهاي كاري بيمارستاني ، سالن‌هاي فرودگاه ها ، مدارس و. . . حائز اهميت است . طبق استانداردهاي موجود در اين سيستم در صورت استفاده از ۲ جداره شيشه ۴ ميليمتري با حد فاصل هوايي ۱۲ ميلي‌متر ميزان صدا در

فركانس ۱۰۰۰ سيكل برثانيه ۳۵ دسي‌بل كاهش مي‌يابد (با افزايش فركانس ، ميزان اين كاهش به ۷۴db مي‌رسد) در فرودگاهها كه ميزان صدا هنگام برخاستن هواپيما از زمين حدودdb120 است با استفاده از پنجره‌هاي استاندارد كاهش صدا تا db 74 در داخل سالن فرودگاه امكان پذير است كه صداي غرش هواپيما را به صدايي كمي‌بلندتر از صداي زنگ تلفن تبديل مي‌كند .

۲)قابليت جلوگيري از نفوذ آب و گرد و غبار :
با توجه به معضل آلودگي در قرن حاضر قابليت در و پنجره‌ها براي جلوگيري از نفوذ گرد و غبار ، دود و آلودگي مهم است . اين امر با طراحي مناسب در توليد و نيز دقت در نصب در و پنجره ممكن خواهد بود . لنگة متحرك پنجره بايد به دقت طراحي و نصب گردد . با زوارهاي لاستيكي در سيستم آب‌بندي لنگة متحرك قاب ، راه نفوذ هوا مسدود مي‌شود . اين امر فقط با توجه فراوان و مونتاژ دقيق پروفيل ميسر است .

۳) قابليت جلوگيري از نفوذ آب :
طراحي مناسب و ايجاد منافذ و شيب‌هاي لازم در مقاطع پروفيل و نيز وجود محلهايي جهت تخليه آب و هدايت آن به خارج از پنجره كمك بزرگي در جلوگيري از نفوذ آب به داخل ساختمان مي‌كند كه اين نوع طراحي با توجه به خاصيت اكسترود پذيري و قابليت شكل‌پذيري مناسب آلومينيوم امكان پذير است .

علاوه بر آن در سيستم ترمال‌بريك براي جلوگيري از نفوذ آب و گرد و غبار از نوارهاي لاستيكي اتيلن پروپيلن دي متاكريلات استفاده مي‌شود . اين نوار لاستيكي با مقاومت خوبي در برابر شرايط جوي براي مصارف خارجي در تماس با هوا مناسب مي‌باشد .
امروزه در طراحي كلي يك ساختمان توجه به مقاطع پروفيلهاي در و پنجره الزامي است زيرا مهندسان عمران در و پنجره‌ را ا

ز مهمترين بخشهاي ساختمان مي‌دانند . استفاده از سيستمهاي ترمال‌ بريك باعث مي‌شود كه :
۱) تلفات حرارتي ساختمان در فصل سرما در حد ۲۰ الي ۳۰ درصد كاهش يابد .
۲) تلفات برودتي ساختمان در فصل گرما در حد ۱۰ الي ۲۰ درصد كاهش يابد .
۳) در مصرف انرژي در حد ۱۰ الي ۲۵ درصد كاهش حاصل شود كه نتيجة آن كاهش هزينه‌هاي سرمايه گذاري ساختمان در حد ۱۰ الي ۲۰ درصد است .
۴) جلوگيري از نفوذ باد باران و گرد و غبار به ساختمان و نيز تقليل آلودگي‌هاي صوتي .
۵) امكان طراحي قسمت بيرون و داخل پنجره در دو رنگ متفاوت .
۶) دستيابي به طراحي زيبا ، جذاب ،بادوام و با صرفه اقتصادي و قابل بازيافت به طبيعت پس از پايان عمر ساختمان .

D-2) سقف‌هاي كاذب آلومينيومي :
يكي ديگر از كاربردهاي آلومينيوم در صنايع ساختمان توليد سقف‌هاي كاذب مي‌باشد . نياز فروشگاههاي ساختماني بزرگ ، هتلها و بيمارستانها به محيطي زيبا و آرام ، نياز استخرها و محيطهاي مرطوب به سقفهايي با مقاومت به خوردگي بالا و . . . باعث گشته است تا آلومينيوم اين بار خود را به شكل سقف‌هاي كاذب (دامپا و تايل) ، كناره‌ها و سايبان‌ها در عرصة ساختمان وارد نمايد . انواع سقفهاي كاذب با طرحهاي مختلف با لاية پشم سنگ همراه كه اين سقفها را به عايقي مناسب تبديل مي‌كند در بناها بكار مي‌روند .

D-2-1) سقف كاذب دامپا :
متشكل از ورق آلومينيوم با ضخامت در حد ۵ ميليمتر و عرض‌هاي مختلف است كه با روش رول فرمينگ بصورت پروفيل با طول‌هاي مختلف بر اساس سفارش مشتريان توليد مي‌گردد . استفاده از يك لايه پشم سنگ يا پشم شيشه اين نوع سقف را به عايقي مناسب تبديل مي‌كند . از مزاياي دامپا مي‌توان موارد زير را ذكر كرد : دامنة مصرف وسيع ، ظاهري آراسته و دكوراتيو ،آكوستيك ، غير قابل اشتغال ، قابليت نصب سريع ، دسترسي ساده و سريع به تجهيزات پشت سقف ، تنوع و زيبايي رنگ ، دوام ، قابليت نصب بر روي ديوار ، قابليت تجهيز به هر نوع چراغ ، دريچه ، بلندگو و قابل شستشو . مجموع اين خواص باعث شده تا دامپا مناسب براي استفاده در مراكز صنعتي

بيمارستانها ، هتلها ، استخرها و محيطهاي مرطوب سالنهاي ورزشي و حتي فضاهاي باز مثل سقف پمپ بنزين‌ها باشد .

D-2-3)سقف كاذب از نوع تايل (Tile) :
عبارتست از نوعي سقف كاذب پيش ساخته متشكل از قطعات مربع شكل آلومينيومي كه رنگ‌آميزي شده ودرداخل شبكه‌بندي آلومينيومي مخصوص قرار مي‌گيرند . اين روش اجرا ، امكان برداشتن و نصب مجدد آنرا جهت دسترسي به تاسيسات پشت سقف مسير مي‌گرداند .
اين سقف كاذب جهت جذب بيشتر صدا بصورت سوراخدار نيز توليد مي‌گردد و امكان بهر‌ه‌گيري از پشم سنگ جهت ايزولاسيون در اين سيستم مسير مي‌باشد . از اين سيستم جهت استفاده در سالنهاي اجتماعات ، سقف سينماها و اماكن وسيع استفاده مي‌گردد .

نوع ديگري از سقفها سازه هاي آلومينيومي مي‌باشند كه به دليل شكل‌پذيري بالاي آلومينيوم در شكلهاي مختلف توليد شده و به هم وصل مي‌شوند . از مزاياي اين نوع سقفها و سازه‌ها سبكي آنهاست كه نصب و جابجايي را تسهيل كرد و سرعت كار را بالا مي‌برند .
ضمن آنكه خطرات ناشي از سقوط و تخريب بدليل سبك بودن آلومينيوم به حداقل مي‌رسد . از اين سيستم درساخت غرفه‌ها و سازه‌هاي هوايي استفاده مي‌شود .

D-3) نماهاي آلومينيومي – شيشه‌اي :
خواص و ويژگيهاي منحصر به فرد آلومينيوم ، انقلاب جديدي در مهندسي معماري و ساختمان براه انداخته است . نماهاي آلومينيومي با قابليت شكل‌پذيري بالا ، امكان استفاده از شيشه‌هاي دو جداره را فراهم نموده است . علاوه بر آن وجود خطرات احتمال زلزله هر چه سبك بودن ساختمان را بسيار مهم مي‌نمايد . نماهاي آلومينيومي بر آورده ساختن اين امر را مقدور كرده است . علاوه بر مسئله سبكي ، مقاومت ، خوردگي و قابليت استفاده آلومينيوم در مناطق با آب و هواي مختلف ،

قابليت رنگ‌پذيري و توليد ساختارهاي زيبا و با دوام باعث استفادة چشمگير اين فلز در ساختمان شده است . استحكام بالاي اين فلز همراه با سبكي آن توليد نمايي با ارتفاعهاي بلند را مقدور كرده است زيرا كه آلومينيوم با استحكام بالا مي‌تواند در برابر بارهاي اعمالي مقاومت كرده و تغيير شكل و اعوجاج پيدا نكند . كه پارامتر مهمي در ساخت نماهايي با ارتفاع بلند مي‌باشد وجود تنوع در سيستم نماهاي اختصاصي قابليت انتخاب بهترين نوع سيستم را با توجه به شرايط آب و هوايي و ژئوفيزيكي منطقه و مشخصات سازه نيز ممكن مي‌نمايد .

ساختمان (Three Brindley Piace)كه به عنوان ساختمان نمونه سال در ۱۹۹۹ انتخاب شد ساختماني است كه در آن از پنجره‌هاي آلومينيومي اكسترودشده استفاده شده است . نماي روبه روي اين ساختمان.در صفحة بعد آمده است .