تحول پنجرهها و تأثیر آنها بر رفتار حرارتی ساختمان
پنجرهها و بازشوها از مهمترین بخشهای هر ساختمان هستند که تأثیر زیادی بر رفتار حرارتی بنا دارند. از گذشته تا امروز، تحول شیشه و قابهای پنجره مانند پنجره معمولی، پنجره ترمال بریک و پنجره UPVC نقش قابل توجهی در کاهش اتلاف انرژی داشته است.
تاریخچه پنجرهها از استفاده از مواد اولیهای همچون پوست حیوانات تا شیشههای مدرن را شامل میشود. در دوران معاصر، پیشرفت تکنولوژی تولید شیشه باعث شد تا پنجرهها به عناصری بزرگتر و پیشرفتهتر تبدیل شوند.
با وقوع بحران انرژی، پژوهشها روی بهبود عملکرد حرارتی پنجرهها متمرکز شد. این متن، علاوه بر مرور تحول تاریخی پنجرهها، به بررسی عواملی مانند نوع قاب (مانند پنجره UPVC و ترمال بریک)، جهتگیری و موقعیت نصب پنجرهها، و راهکارهای مدرن برای بهبود رفتار حرارتی پرداخته است.
پنجره رز
مقدمهای بر تحول پنجرهها: از تاریخ تا تکنولوژی مدرن
گرچه تاریخ کشف شیشه به حدود ۴۰۰۰ سال پیش بازمیگردد، اما استفاده از آن در بناها قدمتی بسیار کمتر دارد. این ماده از دوران رم باستان تا دوران مدرن، تحولات بسیاری را تجربه کرده است. یکی از چالشهای همیشگی انسان، طراحی پنجرههایی بوده که نور طبیعی را به داخل ساختمان بیاورد، هوای گرم را حفظ کند و در عین حال از ورود گرد و غبار و حشرات جلوگیری نماید.
پنجره ارسی
در گذشتههای دور، برای پاسخ به این نیازها از موادی مانند ورقهای نازک سنگ مرمر، میکا، پوست حیوانات، یا کاغذ برنج استفاده میشد. بعدها، پنجرههای شیشهای با ابعاد و فرمهای مختلف در معماریهای گوتیک اروپا و بناهای تاریخی ایران ظهور کردند. بهویژه در ایران، پنجرههای ارسی با شیشههای رنگی و مشبکهای چوبی از شاخصترین نمونهها به شمار میروند که علاوه بر زیبایی، کارکردهایی نظیر کاهش تابش نور، حفظ حریم خصوصی و جلوگیری از ورود حشرات داشتند.
کریستال پالاس
از خانه دیدن فرمایید
ورود تکنولوژی به صنعت پنجرهسازی
با وقوع انقلاب صنعتی، تحولات بزرگی در صنعت شیشهسازی و تولید پنجره رخ داد. تکنولوژی جدید امکان تولید شیشههای بزرگتر و مقاومتر را فراهم کرد. در این دوره، پنجرهها تنها ابزاری برای نورگیری نبودند، بلکه به عنوان عنصری کلیدی در طراحی مدرن بناها مطرح شدند.
اختراع شیشههای دوجداره و سهجداره، تحولی بنیادین در این صنعت بود. پنجرههای ترمال بریک با بهرهگیری از این تکنولوژی، قابلیت عایق حرارتی و صوتی بالاتری پیدا کردند و گزینهای ایدهآل برای کاهش مصرف انرژی شدند. این نوع پنجرهها که از پروفیلهای آلومینیومی با پلیآمید تقویتشده ساخته میشوند، مانع از انتقال حرارت میان فضای داخلی و خارجی ساختمان میگردند.
کارخانه فاگوس
از سوی دیگر، پنجرههای upvc نیز به عنوان گزینهای مقرونبهصرفه و مقاوم در برابر شرایط آبوهوایی مختلف شناخته میشوند. این پنجرهها با داشتن خصوصیات عایق حرارتی و صوتی مناسب، انتخابی محبوب برای ساختمانهای مسکونی و تجاری هستند.
پنجرههای معمولی در مقابل پنجره ترمال بریک
پنجرههای معمولی، هرچند که همچنان در برخی ساختمانها کاربرد دارند، در مقایسه با پنجره ترمال بریک و upvc از نظر کارایی و عملکرد عایقبندی در سطح پایینتری قرار دارند. امروزه، با توجه به اهمیت بهینهسازی انرژی و کاهش هزینههای مربوط به گرمایش و سرمایش، پنجرههای مدرن جایگزین مناسبی برای انواع قدیمی و معمولی شدهاند.
شرایط فیزیکی و عوامل خارجی موقعیت و جهتگیری پنجرهها
مهمترین بخش حرارتی بنا به منظور دریافت انرژی خورشید، پنجره ترمال بریک است که ورقههای شیشه در ابعاد گوناگون در آن جای میگیرند. رفتار پنجره ترمال بریک در برابر تابش خورشید به اندازه و مکان قرارگیری آن در جهتهای گوناگون بنا بستگی دارد. هر پنجره بدون در نظر گرفتن جهت آن، انرژی گرمایی را به صورت جابهجایی، تشعشع و هدایت انتقال میدهد. نفوذ تابش خورشید به داخل بنا در زمستان و جلوگیری از انتقال انرژی گرمایی از داخل به خارج، نقش مؤثری در گرم کردن بنا دارد. از طرفی نفوذ گرمای خارج در تابستان به داخل بنا آزاردهنده است.
مقدار تابش خورشید وارد شده از پنجره به داخل بنا به زاویه ورود و طول تابش خورشید در طول روز بستگی دارد. در تابستان، از آنجا که مسیر حرکت خورشید با افق ارتفاع زیادی دارد و خورشید از شمال شرق طلوع و در شمال غرب غروب میکند، ضلع جنوبی بنا هنگام طلوع و غروب تابش مستقیم دریافت نمیکند. در طول روز نیز تابش، با زاویه بزرگ، به پنجره ضلع جنوبی برخورد میکند که در این حالت سطح مؤثر پنجره کم است و مقدار زیادی از اشعه منعکس میشود. بنابراین به سادگی میتوان با یک پیشآمدگی کم عمق در جبهه جنوبی، مانع از ورود تابش مستقیم خورشید شد. ضمن اینکه این پیشآمدگی برای ورود شعاعهای خورشید در زمستان مشکلی ایجاد نمیکند.
از آنجا که دریافت تابش خورشید از شرق و غرب بنا در زمان طولانیتر و با زاویه ورود کوچکتری انجام میشود، حفاظت از آن مشکل است. بنابراین وجود پنجره در این دو جبهه باید کمتر از ضلع جنوبی بنا باشد. در ضلع شمالی نیز هنگام طلوع و غروب خورشید در تابستان، تابش مستقیم خورشید به صورت مایل و به مدت کوتاهی وجود دارد که چون در ابتدا و انتهای روز است، تأثیر منفی آن محسوس نیست.
نمودار حرارتی
نمودار 1
از خانه دیدن فرمایید
تحلیل رفتار حرارتی پنجره ترمال بریک در فصل زمستان
در فصل زمستان، بهدلیل زاویه کوچک تابش خورشید با صفحه افق، تابش خورشید در ضلع جنوبی ساختمان در زمان طلوع و غروب بهصورت مایل و در هنگام ظهر تقریباً عمودی است. تابش خورشید به ضلعهای شرقی و غربی بنا، در کمتر از نصف روز و بهصورت مایل وارد میشود. در زمستان، در ضلع شمالی هیچ تابش مستقیم خورشید وجود ندارد، به همین دلیل انتقال انرژی گرمایی عمدتاً از طریق هدایت به خارج و در میزان بسیار کمی از طریق انعکاس انجام میشود.
بطور کلی، حرکت خورشید در ارتباط با جهت جنوبی ساختمان میتواند کاملاً کنترل شود، در صورتی که در سایر جهات چنین امکانی وجود ندارد. زمان تابش مستقیم خورشید بر پنجرههای جنوبی در زمستان بیشتر از تابستان است. این امر به این دلیل است که در زمستان، زاویه ورود تابش خورشید به سطح پنجره ضلع جنوبی به عمود نزدیکتر است و به این ترتیب تابش بیشتری وارد فضا میشود.
همچنین، انرژی پراکنده تابش خورشید در هوا (که بهدلیل ابری بودن آسمان در مواقع مختلف ممکن است تغییر کند) در زمستان بیشتر از تابستان است و شدت تابش در هر دو فصل تقریباً یکسان است. این روند و مقایسهها در نمودار 2 قابل مشاهده است.
با توجه به این نمودار، میتوان دریافت که پنجرههای جنوبی با استفاده از تکنولوژی پنجره ترمال بریک بهترین عملکرد حرارتی را در ماههای مختلف سال دارند. بنابراین، میتوان پنجره مناسب را بهصورت زیر تعریف کرد: انرژی دریافتی از پنجره در زمستان باید بیشتر از مجموع انرژی گرمایی از دست رفته در این فصل و همچنین انرژی گرمایی انتقالیافته به داخل از پنجره در تابستان باشد
نمودار حرارتی پنجره ترمال بریک در ماه های مختلف
ن .2 مقايسه ميزان شدت تابش خورشيد در ارتباط با موقعيت پنجره در چهار جهت جغرافيـايي در يـك روز آفتـابي (عـرض جغرافيايي 40 درجه شمالي ). نكته: در نمودارهاي فوق، منحني (1) پنجره، بدون مانع (داخلي و خارجي) تابش خورشيد است. و منحني(2) پنجره، بـا مـانع (داخلي و خارجي) تابش خورشيد است.
نقش لوور یا سایبان در بهبود عملکرد حرارتی پنجرهها
لوور یا سایبان، یک عنصر مهم در بهبود عملکرد حرارتی پنجرهها است. در فصول گرم سال، برای کاهش ورود تابش خورشید از طریق شیشه پنجره به داخل ساختمان، از سایبان استفاده میشود. استفاده از این سیستم بهویژه در مناطقی که نیاز به کنترل تابش مستقیم خورشید دارند، تأثیر چشمگیری در کاهش دمای داخلی ساختمان دارد. با این حال، لزوم استفاده از سایبان در همه مناطق اقلیمی ضروری نیست.
یکی از روشهای معروف طراحی سایبان پنجرهها، روش نقاب سایه اُلگی (Olgyay) است. این روش به طراحان امکان میدهد سایبانهای مناسب را با توجه به موقعیت و جهتگیری پنجرهها تعیین کنند. سایبانها میتوانند بهصورت افقی یا قائم طراحی شوند و بهصورت ثابت یا متحرک باشند.
علاوه بر این، میتوان سایر ملاحظات طراحی مانند مصالح، امکانات اجرایی، هزینه، زیبایی و همخوانی با نمای بیرونی ساختمان و پارامترهای اقلیمی مانند انتقال حرارت، کوران هوا و نورپردازی طبیعی را نیز در نظر گرفت. هدف اصلی از استفاده از سایبانها، جلوگیری از ورود تابش خورشید در فصل گرم و فراهم آوردن امکان استفاده از تابش خورشید در فصل سرد است.
در نیمکره شمالی، معمولاً سایبانهای افقی برای جبهه جنوبی ساختمان و سایبانهای قائم برای جبهههای شرقی و غربی مناسبتر هستند. در تصاویر 7 و 8، ویژگیهای انواع سایبانهای افقی و قائم بهتفصیل بررسی شده است.
انواع سایبان افقی و عمودی
تأثیر محیط پیرامون و سایت بر رفتار حرارتی پنجره ترمال بریک
محیط پیرامون و سایت مورد نظر، یکی از عوامل مهم در تعیین رفتار حرارتی پنجرهها است. بهعنوان مثال، یک ساختمان منفرد که در یک زمین وسیع قرار دارد، ممکن است در معرض بادهای مزاحم و تابش نامطلوب خورشید باشد. این عوامل میتوانند تأثیر زیادی بر مصرف انرژی و دمای داخلی ساختمان بگذارند.
بادهای مزاحم میتوانند انرژی زیادی را از طریق پنجرهها تلف کنند. استفاده از بادشکن و پوششهای گیاهی در مسیر بادهای مزاحم میتواند به طور قابل توجهی این اتلاف انرژی را کاهش دهد. همچنین، پوشش گیاهی میتواند برای کنترل تابش خورشید به سطح پنجرهها مورد استفاده قرار گیرد.
در جبهههای جنوبی، شرقی و غربی ساختمان، استفاده از درختان پهن برگ میتواند تأثیر زیادی در بهبود تبادل حرارتی پنجرهها داشته باشد. این درختان نه تنها تابش مستقیم خورشید را کاهش میدهند، بلکه در فصول گرم، میتوانند از افزایش دمای داخلی جلوگیری کنند (تصویر 9). فضای سبز و سطوح چمنکاری شده در اطراف ساختمان نیز میتوانند به تنظیم دمای فضای داخلی، بهویژه در طبقه همکف کمک کنند.
نمودار تابش خوررشید
نوری که با انعکاس از یک پنجره جنوبی در طبقه همکف وارد فضا میشود، میتواند تا ده تا پانزده درصد از کل تابش خورشید در طول روز را در داخل فضا وارد کند. اگر رنگ سطح مقابل پنجره روشن باشد، مقدار تابش بیشتری وارد فضا خواهد شد. تابش خورشید منعکس شده از سطح جلوی پنجره طبقه همکف، پس از عبور از شیشه پنجره، با سقف فضا برخورد کرده و در نهایت در عمق بیشتری به کف فضا میرسد. این در حالی است که تابش مستقیم خورشید پس از عبور از شیشه، معمولاً در عمق کمتری در فضا برخورد میکند (تصویر 10).
برای بهبود این فرآیند، میتوان از تکنولوژیهای مدرن ترمال بریک و لوور استفاده کرد. ترمال بریک میتواند بهطور قابل توجهی از انتقال حرارت بین فضای داخلی و خارجی جلوگیری کند، در حالی که لوورها میتوانند با کنترل تابش خورشید و کاهش دمای داخلی، مصرف انرژی ساختمان را کاهش دهند.
تابش انعكاسي به تابشي كه بطور مستقيم از پنجـره در زمستان وارد فضا شده اضافه ميشود، در واقع نور اضافه به گرماي اضـافه تبـديل مـيگـردد( جـدول شـماره 1). پوششهاي با رنگ تيره بيشتر انـرژي گرمـايي را جـذب ميكنند تا پوششهاي با رنگ روشن ، از ايـن جهـت ايـن پوششها وقتي در مقابل تـابش خورشـيد قـرار مـيگيرنـد گرمتر ميشوند. پنجره طبقه همكف يك بنا نسبت به پنجره طبقات ديگر در زمستان انرژي گرمايي كمتري را به خـارج منتقل ميكند چون پوشش جلـوي پنجـره همكـف بـر اثـر تابش خورشيد گرم شده و به تبع آن هـواي جلـوي پنجـره گرم ميشود ، در نهايت كاهش اختلاف دماي هواي داخل و خارج باعث كاهش انتقال گرما به خارج ميشود.
درصد تابش انعكاسي پوششهاي متفاوت
ویژگیهای فیزیکی شیشههای پنجره و نقش آنها در تابش خورشید
یکی از خصوصیات مهم شیشههای پنجره، توانایی عبور دادن تابش خورشید با طول موج کوتاه است. طیف تابش خورشید در سطح زمین شامل حدود 5 درصد امواج ماوراء بنفش (طول موج کمتر از 0.38 میکرون) است.
اکثر شیشههای معمولی تقریباً 50 درصد از این انرژی ماوراء بنفش را عبور میدهند. این ویژگی میتواند باعث تغییر رنگ پردهها و فرشها و آسیب به اشیایی که در پشت شیشه قرار دارند شود. همچنین، تابش مستقیم خورشید ممکن است موجب تغییر رنگ خودروها، برنزه شدن پوست، و حتی سرطان پوست شود.
طیف تابش خورشید
طیف نور خورشید و تأثیر آن
نور مرئی یا نور سفید، شامل 47 درصد انرژی تابش خورشید است. این طیف شامل طول موجهای 0.38 تا 0.78 میکرون میشود. بیشترین انرژی خورشید در طول موج 0.48 میکرون (نور سبز و آبی) قرار دارد، که چشم انسان به آن بسیار حساس است.
بخش دیگر تابش خورشید، امواج مادون قرمز هستند که شامل 48 درصد انرژی تابشی میباشند. این امواج قابل مشاهده نیستند اما به صورت انرژی گرمایی احساس میشوند.
انواع شیشه و کاربرد آنها در پنجره ترمال بریک
پنجره ترمال بریک به عنوان یکی از تکنولوژیهای نوین در ساختمانسازی به شدت وابسته به کیفیت و نوع شیشهای هستند که در آنها استفاده میشود. انتخاب شیشه مناسب تأثیر قابلتوجهی در عملکرد حرارتی، صرفهجویی انرژی و زیبایی این پنجرهها دارد. در این مقاله انواع شیشهها و کاربرد آنها را بررسی میکنیم.
شیشه معمولی
شیشههای تکجداره معمولی به علت ضریب انتقال حرارت بسیار بالا (6 w/m²·°C)، گزینهای ناکارآمد برای ساختمانهای مدرن محسوب میشوند. این نوع شیشهها تقریباً منسوخ شدهاند و استفاده از آنها به شدت محدود شده است. به جای آن، شیشههای دوجداره و چندجداره با عملکرد بهتر در انتقال حرارت پیشنهاد میشوند.
نمودار عبور تابش خورشيد از شیشه معمولی
عبور شعاع تابش خورشيد از شيشه معمولي.
شیشههای بازتابی
شیشههای بازتابی با پوشش یک لایه فلزی یا اکسید فلزی، نور خورشید را بازتاب میدهند و در کاهش گرما مؤثر هستند. این شیشهها برای پنجرههای شرقی و غربی که نور خورشید به صورت مستقیم تابیده میشود، مناسباند اما برای پنجرههای جنوبی توصیه نمیشوند.
کاربردها:
- کنترل تابش نور مزاحم
- افزایش حریم خصوصی
- بهبود طراحی ظاهری
شیشههای کنترلکننده انرژی (Low-E)
شیشههای Low-E یا کمگسیل، یکی از بهترین گزینهها برای پنجره ترمال بریک محسوب میشوند. این شیشهها با عبور نور مرئی و جلوگیری از عبور اشعه مادون قرمز و ماوراءبنفش، مانند یک عایق حرارتی عمل میکنند.
مزایا:
- کاهش اتلاف انرژی در زمستان
- جلوگیری از ورود گرمای خورشید در تابستان
- حفظ کیفیت نور ورودی
مشخصات فنی:
- ضریب انتقال حرارت: 1.1 تا 1.3 w/m²·°C
- مناسب برای اقلیمهای سرد و گرم
شیشههای هوشمند
شیشههای هوشمند، نسل جدیدی از شیشهها هستند که به نور، گرما یا جریان برق واکنش نشان میدهند و شفافیت آنها قابل کنترل است.
انواع شیشههای هوشمند:
- الکتروکرومیک: با جریان برق تغییر رنگ میدهد.
- ترموکرومیک: به دما حساس است و با گرما تیرهتر میشود.
- فتوکرومیک: با تابش نور تغییر رنگ میدهد.
- کریستال مایع: با جریان برق شفاف یا مات میشود.
كنترل تابش با شيشه هاي هوشمند.
شیشههای چندجداره
برای کاهش مشکلات شیشههای تکجداره، از شیشههای دو یا چندجداره استفاده میشود. این شیشهها با یک لایه هوای ساکن یا گاز بیاثر (مانند آرگون یا کریپتون) در بین جدارهها، انتقال حرارت را به شدت کاهش میدهند.
نکات فنی:
- فاصله ایدهآل بین دو لایه: 16 میلیمتر
- استفاده از گازهای بیاثر برای کاهش بیشتر انتقال حرارت
- ترکیب انواع شیشهها (مانند Low-E و بازتابی) برای عملکرد بهتر
مكانيزم شيشة e-low.
پیشنهادات برای مناطق مختلف
- مناطق سردسیر: استفاده از شیشههای دوجداره با جداره داخلی Low-E
- مناطق گرمسیر: استفاده از شیشههای بازتابی در لایه خارجی
مقايسه ضريب انتقال حرارت شيشه ها به همراه قاب هاي مختلف.
با انتخاب صحیح شیشه و استفاده از پنجره ترمال بریک، میتوان به بهینهسازی مصرف انرژی و افزایش راحتی و زیبایی در ساختمان دست یافت. اگر سوال یا نیاز به مشاوره دارید، با ما در تماس باشید.
پنجره چوبی و آهنی
مزایا و معایب پنجره چوبی
چوب بهعنوان یکی از قدیمیترین مواد مورد استفاده برای قاب پنجره، دارای مزایایی مانند ضریب انتقال حرارتی پایین است. با این حال، مشکلاتی مانند پوسیدگی، تورم و گسترش آتشسوزی، استفاده از این نوع پنجرهها را محدود کرده است.
پنجره آهنی
قابهای آهنی به دلیل استحکام بالا در گذشته بسیار محبوب بودند. اما زنگزدگی و اتلاف حرارتی بالا از چالشهای اصلی این نوع قابهاست که باعث کاهش استفاده از آنها در ساختمانهای مدرن شده است.
پنجره UPVC
ساختار و مزایا
قابهای UPVC از مواد پلیمری تشکیل شدهاند که باعث کاهش اتلاف حرارت و آلودگی صوتی میشود. ساختار چند حفرهای این قابها باعث میشود که هوا بهعنوان عایق طبیعی عمل کند.
مزایای کلیدی:
- انتقال حرارت پایین
- مقاومت در برابر رطوبت و خوردگی
- تنوع در یراقآلات و طراحی
پنجره آلومینیومی ترمال بریک
مشکلات پنجره آلومینیومی
آلومینیوم به دلیل رسانایی بالا در انتقال حرارت، مناسب پنجرههای مدرن نیست. اما استفاده از فناوری ترمال بریک این مشکل را برطرف کرده است.
فناوری پنجره ترمال بریک
در این فناوری، پروفیلهای آلومینیومی بهوسیله تیغههای پلیآمید از هم جدا میشوند و انتقال حرارت بهحداقل میرسد. این قابها علاوه بر کاهش اتلاف انرژی، در برابر آتشسوزی مقاومتر هستند.
مزایای پنجره ترمال بریک:
- مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی
- کاهش هدررفت انرژی
- بازیافتپذیری کامل آلومینیوم
نقش شیشه در معماری
شیشههای چند جداره، شیشههای کنترلکننده انرژی و شیشههای هوشمند به همراه قابهای UPVC و ترمال بریک، راهحلهایی برای کاهش مصرف انرژی هستند. این فناوریها نه تنها به بهبود معماری شهری کمک میکنند، بلکه در معماری روستایی نیز نقش مهمی ایفا میکنند.
خدمات تولید و اجرای پنجره آلومینیوم ترمال بریک در کرج با انواع رنگ بندی
شرکت یو وین صنعت از سال 2007 در کرج به عنوان یکی از پیشروهای تولید و نصب پنجره ترمال بریک آلومینیومی فعالیت خود را آغاز کرده است. این شرکت با تمرکز بر کیفیت و استفاده از بهترین پروفیل های ترمال بریک، خدمات تولید و نصب پنجره آلومینیومی ترمال بریک با ویژگیهای منحصر به فرد را ارائه میدهد. مهمترین ویژگی این پنجرهها استفاده از نوار پلی آمید در ساختار آنها است که عایقپذیری در برابر دما، حرارت و رطوبت را به محصولات آلومینیومی مانند پنجرههای آلومینیومی کشویی اضافه میکند. پنجرههای دوجداره و سهجداره ترمال بریک یو وین صنعت بهویژه برای ایجاد محیطی آرام و عایقکاری شده در برابر گرما و سرما کاربرد دارند. این شرکت همچنین امکان خرید و اجرای پنجرههای دوجداره ترمال بریک و کشویی با قیمت مناسب را برای مشتریان فراهم کرده است. پنجرههای ترمال بریک یو وین صنعت از مرغوبترین آلومینیوم ساخته میشوند و طول عمر و دوام بالایی دارند.
سوالات متداول – پروفیلهای ترمال بریک
پروفیلهای ترمال بریک چه ویژگیهایی دارند؟
پروفیلهای ترمال بریک با طراحی عایق حرارتی و صوتی، باعث کاهش هزینههای انرژی و افزایش راحتی محیط داخلی میشوند.
آیا پروفیلهای ترمال بریک برای همه مناطق مناسباند؟
بله، این پروفیلها برای شرایط مختلف آبوهوایی مناسباند و در مناطق گرمسیری، سردسیر، و معتدل عملکرد عالی دارند.
از خدمات ما دیدن فرمایید