شیشه کنترل کننده انرژی چیست؟

امروزه شیشه یکی از متنوع‌ترین و معروف‌ترین مصالح ساختمانی است و همچنین بیشترین مساحت پنجره را شیشه تشکیل می‌دهد. انتخاب نوع شیشه متناسب با کاربری ساختمان به‌گونه‌ای که بهترین عملکرد را داشته باشد، بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله به بررسی شیشه کنترل کننده انرژی یا شیشه لویی (Low-E) می پردازیم.

کارشناسان تخمین زده‌اند که 70 درصد از تلفات انرژی در ساختمان‌ ها از طریق پنجره‌ ها و درها اتفاق می‌ افتد. مهندسان نما برای حل این مشکل به شیشه‌های دو‌جداره یا چند جداره رو آوردند که با بالا رفتن تعداد جداره‌ های آن، میزان عایق بودن آن نیز بیشتر می‌شود، ولی این موضوع نیز به دلیل سنگینی بیش‌ از حد شیشه‌ های چند جداره مورد استقبال مهندسان سازه قرار نگرفت.

یکی از راه‌ های بهبود عملکرد حرارتی و خورشیدی استفاده از پوشش‌ های Low-E) Low-Emissivity) است. برای دست‌یابی به درک مناسب از این پوشش‌ها، دانستن و فهمیدن طیف انرژی خورشید مهم است.

عایق بندی پنجره‌ها بدون رعایت استانداردهای روز شیشه‌های دوجداره و سه جداره امکان پذیر نیست، یک پنجره دوجداره زمانی عایق بندی کاملی خواهد داشت که شیشه بکار رفته در آن قابلیت عایق صوتی و حرارتی مناسبی داشته باشد.

شیشه کنترل کننده انرژی (Low-Emissivity)

در عصر حاضر با توجه به پیشرفت علم مهندسی و معماری، نیاز به استفاده از سیستم‌های مبتنی بر شیشه و فلز برای خلق طرح‌های معماری چشم‌نواز با بیشترین گذر نور رو به افزایش است. اما این موضوع همیشه برای مهندسان مکانیک و تأسیسات معضلی محسوب می‌شد، چراکه شیشه به دلیل خواص ذاتی‌اش عایق حرارتی خوبی محسوب نمی‌شود و مشکلاتی را برای گرمایش و سرمایش ساختمان به وجود می‌آورد.

در این میان مهندسین علم مواد و شیشه دست‌به‌کار شدند تا با استفاده از تکنولوژی پیشرفته‌ ای ضرایب گذر‌دهی حرارتی شیشه‌ها را کمتر کنند تا بتوانند با استفاده از آن در شیشه‌های دوجداره به عملکرد شیشه‌های چند جداره دست یابند. در حال حاضر شیشه‌ های کنترل‌کننده انرژی معروف به SUNERGY این امکان را به طراحان و مشاوران می‌دهد تا با استفاده از آن‌ها بتوانند طرح‌های زیبا و درعین‌حال با خصوصیات ذاتی بهتری برای حفظ و هدر رفت انرژی به وجود آورند. این شیشه‌ها درصورتی‌که در محل مناسب استفاده شوند، عملکرد بسیار مناسبی را از خود نشان خواهند داد.

شیشه کنترل کننده انرژی یا Low-E به شیشه هایی گفته می شوند که به علت لایه Coating روی یک طرف آن، انتقال حرارت بسیار کمتری نسبت به شیشه های معمولی دارند. این نوع شیشه ها اغلب در ساختمان هایی استفاده می شود که بخش اعظم آن را شیشه تشکیل می دهد. این نوع شیشه ها در انواع مختلف می باشد، نوع رنگی این شیشه ها به Low-E-Sun مشهور است.

مشاهده می شود که با نصب شیشه کم گسیل یا شیشه لویی در جداره های نورگذر ساختمان در شرایط نصب یکسان انتقال حرارت هدایتی (تلفات از طریق رسانش) در پنجره ها و نورگیر های ساختمان که با ضریب انتقال حرارت جدار نسبت مستقیم دارد به حدود نصف کاهش می یابد.

نحوه عملکرد شیشه کنترل کننده انرژی

همانطور که می‌ دانیم انتقال حرارت به واسطه سه مکانیزم رسانش، همرفت و تابش صورت می گیرد. در مورد چارچوب پنجره فقط انتقال حرارت رسانشی اهمیت دارد، اما در مورد شیشه انتقال حرارت تابشی مهم تر بوده و کنترل تابش از اهمیت بسزایی برخوردار است.

• یک قسمت منعکس می‌ شود.
• یک قسمت در داخل شیشه جذب می‌ شود.
• یک قسمت مستقیما از شیشه عبور می‌کند.

شیشه کنترل کننده انرژی حاوی نانو لایه‌های فلزی و سرامیکی است که برای جلوگیری از انتقال حرارت طراحی شده است. جهت کاهش اتلاف انرژی از طریق شیشه‌های ساختمان، از شیشه‌هایی با پوشش خاص، موسوم به Low-E (کم گسیل) استفاده می‌شود و در نتیجه زمانی که شیشه گرم می‌شود به جای اینکه گرمای خود را گسیل کند، آن را بازتابش می‌کند. شیشه دوجداره تولید شده دارای یک جداره شیشه کنترل کننده انرژی است که ضریب انتقال حرارت آن بسیار کمتر از شیشه‌های معمولی است و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی در فصل سرما و گرما می‌شود و به عنوان یک عایق حرارتی شفاف عمل می‌کند.

پوشش‌ های Low-E

پوشش‌های Low-E جهت به حداقل رساندن میزان نور ماوراءبنفش و مادون‌ قرمز که می‌ توانند از شیشه عبور نمایند، بدون کاهش نور قابل ملاحظه استفاده می‌گردند. این شیشه‌ ها دارای قابلیت تشعشع پایین (emissivity) هستند و باعث بهبود خواص عایق‌بندی آن‌ها می‌شود. به عنوان مثال شیشه‌های معمولی قابلیت تشعشع 84/0 دارند. این در حالی است که این میزان در شیشه‌های Low-E به مقدار 2/0 می‌ رسد.

شیشه‌ های Low-E دارای یک پوشش نازک و شفاف میکروسکوپی می‌ باشند که از موی انسان نازک‌تر بوده و منعکس‌کننده‌ دما در داخل خانه می‌ باشند. در زمستان هنگامی که انرژی گرمایی داخلی سعی در فرار از طریق پنجره‌ ها و رفتن به فضای سردتر بیرون را دارد، این شیشه‌ ها مانع آن شده و باعث کاهش گرمایی و اتلاف انرژی می‌شود. در فصل تابستان دقیقا موضوع برعکس است.

بهینه سازی انرژی خورشید با استفاده از شیشه Low-E

برای دست‌یابی به درک مناسب از این پوشش‌ ها، دانستن و فهمیدن طیف انرژی خورشید مهم است. نور ماوراءبنفش (UV)، نور مرئی و نور مادون‌ قرمز (IR) قسمت‌های مختلف طیف خورشید را تصرف کرده و تفاوت آن‌ها در طول موجشان است. نور ماوراء بنفش که باعث کم رنگ شدن پارچه‌ ها، پوشش‌ های دیوار و … می‌شود، طول موجی بین 310 تا 380 نانومتر دارد. نور مرئی بخشی از طیف با طول موج‌های 380 تا 780 نانومتر را تصرف کرده است. نور مادون‌قرمز که به صورت گرما به ساختمان می‌تابد، دارای طول موج بیش از 780 نانومتر است.

پوشش‌های Low-E جهت به حداقل رساندن میزان نور ماوراءبنفش و مادون‌قرمز که می‌توانند از شیشه عبور نمایند، بدون کاهش نور قابل ملاحظه (نور ورودی) استفاده می‌گردند. این شیشه‌ها دارای قابلیت تشعشع پایین (Emissivity) هستند و باعث بهبود خواص عایق‌بندی آن‌ها می‌شود. به عنوان مثال شیشه‌ های معمولی قابلیت تشعشع 0.84 دارند. این در حالی است که این میزان در شیشه‌های Low-E به مقدار 0.2 می‌رسد.

انواع شیشه Low-E و کاربرد آن‌ها

برای انتخاب شیشه‌های Low-E مناسب برای هر منطقه آب و هوایی باید به دو پارامتر توجه کرد:

• u-value: این رتبه‌بندی است که به پنجره داده می‌شود، بر اساس اینکه چقدر افت گرما از طریق آن انجام می‌گیرد. u-value کم شیشه‌های Low-E باعث می‌شود که این شیشه‌ها عایق حرارتی خوبی باشند و تبادل حرارتی را از طریق هدایتی، جابجایی و تابشی کاهش دهند.
• SHGC: ضریب گرمای خورشیدی SHGC: مقداری از تابش خورشید است که از طریق پنجره پذیرفته می‌شود این می‌تواند به طور مستقیم منتقل، جذب و یا در داخل منعکس می‌شود. هر چه ضریب SHGC بیشتر باشد، این شیشه‌ ها مقدار زیادی از انرژی حرارتی خورشید را از خود عبور می‌ دهند و به گرمایش ساختمان کمک می‌کنند. بدین ترتیب شیشه با SHGC بالا برای مناطق سردسیر و یا نماهای کم آفتاب مناسب هستند و بالعکس.

مزایای استفاده از شیشه Low-E

• آسايش حرارتی در زمستان و تابستان
• هزينه انرژی در سال
• هزينه كمتر براي تاسيسات گرمايشی و سرمايشی
• جلوگيری از ورود اشعه‌ های مضر خورشيد
• تامين روشنايی مناسب برای ساختمان و در نتیجه کاهش هزینه مورد نیاز برای روشنایی
•  محافظت از اشیایی همچون پارچه، مبلمان و پوشش کف با مسدود کردن 90 درصد از اشعه‌ی UV
• قابل استفاده در انواع مختلف پنجره با رنگ‌بندی متنوع
• دارای بالاترین امتیاز بهره‌وری انرژی

ضرورت استفاده از شیشه کنترل کننده انرژی

طبق تحقيقات شورای اقتصاد صرفه جويی انرژی امريكا (ACEEE)، حتی در خانه های جديد حدود 20% از اتلاف حرارت در زمستان و 75% از ورود گرما در تابستان از طريق پنجره ها صورت می گيرد. بديهی است گسترده ترين و متاسفانه نامناسب ترين قسمت پنجره از لحاظ اتلاف انرژی، همان شيشه است.

قبل از پيشرفت هاي اخير، مكانيسمي كه براي جلوگيری از انتقال حرارت در شيشه مورد توجه قرار ميگرفته، تنها بر پايه رسانش و دوجداره كردن شيشه ها استوار بوده كه البته دو جداره كردن شيشه ها نمی تواند انتقال حرارت تابشی را به ميزان مطلوب كاهش دهد.

در این میان مهندسین علم مواد و شیشه دست‌ به‌ کار شدند تا با استفاده از تکنولوژی پیشرفته‌ ای ضرایب گذر‌دهی حرارتی شیشه‌ها را کمتر کنند تا بتوانند با استفاده از آن در شیشه‌های دوجداره به عملکرد شیشه‌های چند جداره دست یابند. در حال حاضر شیشه‌ های کنترل‌کننده انرژی معروف به Low-E این امکان را به طراحان و مشاوران می‌دهد تا با استفاده از آن‌ ها بتوانند طرح‌ های زیبا و درعین‌حال با خصوصیات ذاتی بهتری برای حفظ و هدر رفت انرژی به وجود آورند. این شیشه‌ ها درصورتی‌که در محل مناسب استفاده شوند، عملکرد بسیار مناسبی را از خود نشان خواهند داد.

نکات جالبی که باید درباره شیشه های ساختمانی بدانید:

• جالب است بدانید علل بسیار زیادی در سنجش چگونگی عملکرد انرژی وجود دارد و هم چنین در بهبود این چگونگی عملکرد نیز این روش ها تاثیر فراوانی دارد.
• درزبندی پنجره ها اهمیت بسیاری دارد، چراکه اگر این امر به خوبی انجام نشود در روند عملکرد پنجره ها نیز تاثیر منفی دارد.
• اگر پنجره از مواد ضعیفی ساخته شده باشند یا عایق بندی آن ها از جنس مواد و قاب های ضعیفی مانند آلومینیوم باشد، باید از ساختار گرمایشی مناسبی در داخل و خارج از ساختمان استفاده کرد.
• در تعویض پنجره های قدیمی باید به ایجاد تبادل میان هوای داخل و بیرون توجه شود.
• برای عایق بندی پنجره ها روش های ساده و کم هزینه انتخاب کنید. یکی از کم هزینه ترین روش های موثر و قدیمی برای درزگیری پنجره ها، عایق بندی آن ها با استفاده از لایه واصطلاحا فیلم پلاستیکی می باشد.