پنجره ها در ساختمان

پنجره ها از مهمترين اجزاي ساختمان هستند. پنجره تامين كننده نور، گرما و زيبايي در ساختمان مي باشد و همچنين مي توان 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 ديدگاه هاي انرژي رعايت نشود و پنجره در موقعيت مناسب قرار نگيرد،عامل اصلي افت حرارتي و برودتي در فصول سرد و گرم سال مي شود.

از نظر ميزان مصرف انرژي پنجره اي كه مقاومت حرارتي آن بيشتر باشد مناسبتر است و بطور كمي ميزان مقاومت حرارتي پنجره به عوامل زير بستگي دارد
۱- نوع شيشه مورد استفاده (شيشه، پلاستيك، شيشه هاي با ضريب صدور انرژي پايين و شيشه هاي هوشمند)

۲- تعداد لايه هاي شيشه موجود در پنجره (شيشه تك جداره، دو جداره و . . .)
۳- ضخامت لايه هوايي ايجاد شده بين دو شيشه
۴- مقاومت حرارتي يا ضريب هدايتي قاب پنجره
۵- درزبندي و هوابندي در هنگام نصب
هر يك از پارامترهاي فوق نيز وابسته به مواد تشكيل دهنده، پنجره و كيفيت ساخت آن مي باشد.

پارامترهاي اساسي جهت دسته بندي پنجره ها 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)

نرخ نشت هوا (Air Leakage) :

اتلاف حرارتي و گرماي خورشيد ورودي به ساختمان سبب جابجايي هوا از روزنه ها و درزهاي موجود در قسمت هاي مختلف پنجره مي شود. براي اين منظور به منظور مقايسه كارآيي پنجره ها از پارامتر نرخ نشت هوا (AL) استفاده مي شود. AL كمتر بيانگر جابجايي كمتر هوا از ميان درزهاي پنجره مي باشد.

 

ضريب عبور نور (Visible Ttansmittance) :

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 مي باشد. پنجره هاي با عبور نور بيشتر به منظور ديد بهتر و حداكثر استفاده از روشنايي در طول روز مناسبتر مي باشد.

ضريب گرماي ورودي تابش خورشيد (Solar Heat Gain Coefficient) :

ضريب گرماي ورودي تابش خورشيد (SHGC) بيانگر بخشي از انرژي گرمايي تابش مستقيم خورشيد است كه از ميان پنجره عبور مي كند و وارد اتاق مي شود و يا در شيشه جذب مي شود و سپس به اتاق انتقال مي يابد. SHGC كمتر، بيانگر ورود گرماي كمتر خورشيد به داخل ساختمان است.

ضريب انتقال حرارتي كلي (U-Factor) :

افت حرارتي از پنجره با ضريب انتقال حرارت كلي پنجره بيان مي شود. مقدار عايق بودن پنجره در برابر عبور گرما با ضريب عايق حرارتي (R-Value) بيان مي شود كه ضريب عايق حرارتي عكس ضريب انتقال حرارت مي باشد. ضريب عايق حرارتي بزرگتر در پنجره ها بيانگر تبادل حرارت كمتر ميان اتاق و محيط بيرون از طريق پنجره مي باشد.

انواع پنجره ها :

انواع پنجره از نظر نوع قاب
انواع پنجره از نظر نوع شيشه
انواع پنجره از نظر نحوه عملكرد
انواع پنجره از نظر فن آوري

انواع پنجره از نظر نوع قاب :

با پيشرفت صنعت ساختمان، پنجره با قابهاي متعددي توليد مي شود كه مهمترين آنها به شرح زير مي باشد.
۱) پنجره با قاب آلومينيومي
۲) پنجره با قاب آلومينيومي ترمال بريك
۳) پنجره با قاب فيبرگلاس

۴) پنجره با قاب تركيبي و كامپوزيتيچ
۵) پنجره با قاب چوبي
۶) پنجره با قاب و پنيلي (PVC)
7) پنجره با قاب وپنيلي عايق شده

انواع پنجره از نظر نوع شيشه :

پنجره ها با توجه به نوع شيشه و تعداد لايه هاي شيشه به صورت زير تقسيم مي شوند.
۱) پنجره تك جداره با شيشه شفاف ساده
۲) پنجره تك جداره با شيشه دودي و يا برنزي
۳) پنجره دو جداره با شيشه شفاف ساده

۴) پنجره دو جداره با شيشه دودي و يا برنزي
۵) پنجره هاي دو جداره با پوشش هاي خاص شيشه جاذب گرماي خورشيد (Selective Surface)
6) پنجره دو جداره با شيشه هاي با ضريب صدور پايين (Low-E)
7) پنجره هاي دو جداره با شيشه هاي تركيبي (جاذب گرماي خورشيد و ضريب صدور پايين)
۸) پنجره هاي سه جداره با شيشه هاي تركيبي

انواع پنجره از نظر نحوه عملكرد :

پنجره ها از نظر نوع كاربري در ساختمان به صورت زير دسته بندي مي شوند:
۱) پنجره هاي ثابت

۲) پنجره هاي لولايي قائم (بازشو به سمت بيرون و داخل)
۳) پنجره هاي لولايي افقي (بازشو به سمت بيرون و داخل)
۴) پنجره هاي كشويي قائم
۵) پنجره هاي كشويي افقي

انواع پنجره از نظر فن آوري :

پپنجره ها از نظر فن آوري ساخت به منظور بهبود كارايي و كاهش افت حرارتي به صورت زير دسته بندي مي شوند:
۱) پنجره هايي كه لايه بين دو شيشه با گازهاي خنثي پر شده است
۲) پنجره هايي كه در آنها از اسپيسرهايي(Spacer) با ضريب انتقال حرارت هدايتي پائيني استفاده شده است
۳) پنجره ها با پوشش شيشه Low-E و انتخاب طيفي
۴) پنجره هاي هوشمند

صرفه جويي انرژي در پنجره ها :

پنجره ها از نظر صرفه جويي انرژي نقش حساسي دارند، چرا كه حدود ۳۰% از كل تلفات حرارتي ساختمان از پنجره ها صورت مي گيرد. به همين دليل پنجره هايي كه در جاي خوبي نصب نشده اند يا خوب محافظت نمي شوند، مي‌توانند هزينه سوخت را بسيار بالا ببرند.

اگر تصميم داريد ساخت ساختمان جديدي را شروع كنيد، با يك مشاور آشنا به اصول صرفه جويي تماس بگيريد. اما اگر مي خواهيد ساختمان موجود خود را بهينه سازي كنيد و از هزينه هاي خود بكاهيد، اين بروشور مي‌تواند راهنماي خوبي براي شما باشد.

جلوگيري از تلفات حرارتي پنجره ها :

يك پنجره با شيشه تك جداره تقريباً۱۰ برابر يك ديوار عايكاري شده هم اندازه خود تلفات حرارتي دارد. چنين پنجره اي سه مشكل عمده ايجاد مي كند: بالا بودن تلفات حرارت، فراهم نشدن

آسايش ساكنين، بخار گرفتن پنجره ها (شكل ۱)براي كاستن از مشكلات ناشي از پنجره ها، مي توان از راه هاي مختلف يك لايه هواي ساكن بين محيط داخل و خارج ايجاد كرد. با انجام اين كار تلفات حرارتي پنجره به نصف كاهش مي يابد. براي ايجاد اين لايه هوا راه هاي مختلفي وجود دارد.
دو جداره كردن
پوشش هاي شفاف

دو جداره كردن شيشه هر پنجره اي باعث بالا رفتن كارآيي آن مي شود، به ويژه پنجره هايي كه پرده اي روي آنها نصب نشده است.
پنجره دو جداره، داراي دو شيشه مي باشد كه بين آنها يك فضاي كاملاً درزبندي شده قرار گرفته است. اين فاصله معمولا بين ۶ تا ۲۰ ميليمتر است.

اگر اين فاصله هوايي ۱۵ ميليمتر انتخاب شود، بهترين كارآيي بدست مي آيد. دو جداره كردن پنجره با وجود اتلاف حرارت را كاهش مي دهد، جلوي ورود نور و گرماي خورشيد را نمي گيرد. 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 پنجره ها باعث كم شدن ورود سر و صدا به داخل ساختمان مي شود و نيز بخارگيري پنجره ها در فصول سرد سال كاهش مي يابد.
براي دو جداره كردن پنجره يك جداره موجود مي توان 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.

پر كردن با گاز :

در برخي از پنجره هاي دو جداره، فضاي مياني را با گازهايي مانند آرگون و كريپتون پر مي كنند تا كارآيي آنها حدود ۱۰% افزايش يابد.

عايق هاي ويژه پنجره :

اين عايق ها را كه به شكل برچسب هاي شفاف ساخته مي‌شوند به راحتي مي‌توان بر روي شيشه پنجره‌ها چسباند و بخشي از خواص پنجره‌هاي دو جداره را در آن‌ها به وجود آورد. اين برچسب‌ها باعث مي‌شوند ورود گرما در تابستان تا ۸۰% كاهش يابد. علاوه بر اين انواع كم تابش اين محصولات (Low-E) قادرند تلفات حرارتي زمستاني را نيز تا ۳۰% 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.

انواع شيشه :

شيشه هاي مات و رنگي :

شيشه هاي مات و رنگي براي كنترل نور و انرژي در ساختمان استفاده مي شوند. براي توليد اين شيشه ها معمولاً تركيبات اضافي به مواد اوليه شيشه قبل از مرحله ذوب اضافه كنيد. اين تركيبات موادي مانند كبالت، نيكل براي شيشه هاي دودي، اكسيد آهن براي شيشه هاي آبي، اكسيد آهن براي شيشه هاي زرد و سبز مي باشند.

شيشه هاي با پوشش سطحي :

به منظور كاهش اتلاف انرژي از پنجره و يا جلوگيري از ورود تشعشعات ماوراي بنفش و مادون قرمز پوشش هاي انتخاب طيفي بر روي سطح شيشه نشانده مي شود. اين پوشش ها 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 مي شوند. براي ايجاد پوشش بر روي شيشه در خط توليد شيشه هاي فلوت هنگامي كه شيشه وارد حوضچه قلع مذاب شده و به آرامي سرد مي گردد در زماني كه دماي آن به حدود ۶۰۰ 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 مي شود كه به روس اسپاترينگ (Sputtering) انجام مي‌شود. در اين روش شيشه توسط ماده مورد نظر براي ايجاد يك لايه نازك بمباران اتمي مي‌شود.

شيشه‌هاي پوشش‌دار، كنترل‌كننده انرژي (Low-E) :

(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 :

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.

پارامتر‌هاي مورد نظر در ارزيابي شيشه‌هاي Low-E :

پارامتر‌هايي كه در انتخاب شيشه مهم هستند و بايد به آن‌ها توجه نمود عبارتند از:
۱) عبور نور مرئي (Visible Transmittance):
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.
۲) UV:
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.

۳) ضريب انتقال حرارت (U-factor يا U-value) :
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 ۶ ۲٫۵ الي ۳ ۱٫۱ الي ۱٫۳

۴) ضريب كسب حرارت خورشيدي (SHGC): 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.