بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه انتقال حرارت توسط تشعشع، جابجایی و هدایت براي پنجرههاي معمـولی بـا شیشـههـاي تـک
لایه و پنجرههاي دوجداره مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر میزان صرفهجویی در منابع انـرژي (گـاز، نفـت، نفـت
سفید و.....) با استفاده از جایگزینی پنجره هاي دوجداره به جاي تک جداره محاسبه گردیده است. پنجـره یکـی
از عوامل مهم در تولید بار سرمایشی و گرمایشی یک سـاختمان مـیباشـد. بـه منظـور کـاهش اتلافـات حرارتـی
ساختمانها میتوان از پنجرههاي دو جداره استفاده نمـود. انـرژي انتقـالی توسـط پنجـره از نـوع انتقـال هـدایتی،
تشعشعی و وزشی و نفوذ هواي خـارج مـی باشـد. روش هـاي جدیـد سـاخت پنجـره از اتـلاف انـرژي بـی مـورد
ساختمان جلوگیري مینماید. استفاده از پنجره دوجداره مرغوب در صرفه جویی سوخت مصرفی مـوثر اسـت و
باعـث صــرفهجـویی در مصــرف وســایل گرمایشـی نیـز مـیشــود. ایــن کـاهش مصــرف شـامل کــاهش ظرفیــت
دستگاه هاي موتورخانه (درصورت وجود سیستم حرارت مرکزي) و رادیاتورها و در صورت استفاده از بخـاري،
کاهش ظرفیت بخاريها است.
واژگان کلیدي: پنجره، اتلاف حرارت، بهینهسازي انرژي، بار سرمایش و گرمایش
1
-1 مقدمه
یکی از مباحثی که امروزه در مجامع بین المللی اهمیت زیادي پیدا کرده و جدال بر سـر آن زیـاد شـده اسـت
مسئله انرژي است؛ به طوري که بسیاري از جنگ هاي دهه هاي اخیر بر سر آن بوده است. خوشـبختانه کشـور مـا
منبع عظیم انرژي در جهان به شمار می رود. اما متاسفانه در مقایسه بـا کشـورهاي پیشـرفته در زمینـه بهینـه سـازي
مصرف انرژي کار زیادي انجام نشده است. و از این منابع به طور صحیح استفاده نمیشود.
مصرف انرژي در بخش ساختمان، بخش بزرگی از مصرف انرژي را شامل میشـود. یکـی از راههـاي صـرفه
جویی آن عایقکاري صحیح و استفاده از شیشههاي مناسـب اسـت. نقـش دیـوار در قـرون وسـطی، محافظـت از
تغییرات آب و هوایی و گرم نگاه داشتن فضـاهاي داخلـی بـوده اسـت. امـروزه نـه تنهـا نماهـا از دیـد معمـاري،
کلنجارهاي زیادي را ایجاد می کنند بلکه باید جوابگوي عملکردهاي زیادي باشند که براي هرکدام می بایست
راه حلی یافت. موضوع دریافت و اتلاف حرارتی، میزان ورود هوا، اختلاف فشـار در طـرف وزش بـاد و طـرف
مقابل آن، که همگی اهمیت خاص خود را دارند.
-2 انتقال حرارت (رسانایی، همرفت، تابش)
سه روش براي انتقال حرارت وجود دارد: رسانایی1، همرفت2 و تابش.3 انتقال حرارت در یک ماده از جهـت
گرمتر به جهت خنکتر اتفاق می افتد.
در رسانایی، حرارت با جریان الکتریکی منتقل میشود، یعنی یک مولکول فلز حرارت را به مولکـول بعـدي
منتقل میکند. وقتی حرارت توسط سیالی مانند آب یا هوا منتقل میشود، به آن همرفت گفته میشود. هنگـامی
که باد می وزد، همرفت با اختلاف درجه حرارت و یا چگالی اتفاق می افتد، که همرفت آزاد نامیـده مـیشـود.
هواي گرمی که از روي رادیاتور به بالا حرکت می کند، مثالی از همرفـت آزاد اسـت. عـلاوه بـر ایـن دو روش
1 conduction 2 convection 3 radiation
2
ذکر شده، حرارت می تواند به صورت امواج الکترومغناطیسی، بدون واسطه ماده و به طور مستقیم از یـک منبـع
نورانی به جسم منتقل شود. مانند حرارتی که از خورشید به زمین می رسد.
وقتی که حرارت در بنا جمع نشود و تامین حرارت با اتلاف آن برابر باشد، به آن توازن حرارتی مـیگوینـد.
در یک سمت این توازن، اتلاف حرارتی را داریـم کـه خـود شـامل دو بخـش اسـت: اتـلاف حـرارت از انتقـال
حرارتی و اتلاف حرارت با تهویه و نفوذ هوا. درجهت دیگر توازن، تـامین و دریافـت حرارتـی را داریـم کـه از
چهار منبع مختلف تامین میشود: تولید حرارت توسط سیسـتم گرمـایش، در سـاختمانهـاي مسـکونی، حـرارت
تولید شده از آشپزي و مصرف آب گرم، انرژي الکتریکی براي روشنایی و دستگاهها، دریافت حرارتی با تـابش
نور خورشید و در ادارات استفاده از کامپیوتر، پرینتر و.... در شکل 1 اتلافها و دریافتهاي حرارتـی یـک
ساختمان به طور شماتیک نشان داده شده است.
شکل :1 اتلاف ها و دریافت هاي حرارتی یک ساختمان به طور شماتیک
3
-3 پنجره
پنجره متشکل از یک چارچوب فلزي، چوبی یا پلاستیک همـراه بـا شیشـه داخـل آن در سـاختمانهـا نصـب
می گردد. پنجره ها که در حقیقت جزء جدا نشدنی هر ساختمانی می باشند، در انتقال حرارت هدایتی و تشعشـعی
نقش بسزائی را در هر مجموعه ساختمانی دارند.. براي تعریف پنجره لازم است که ابتدا دیوار تعریف شود.
دیوار جداکننده دو محیط مختلف با درجات حرارت و وضعیتهـاي متفـاوت مـیباشـد. پنجـره در حقیقـت
یک نوع بازشو در دیوار است که قاب آن میتواند فلز، چوب و یا پی وي سی باشد و داخل قاب نیز یک لایـه،
دولایه و یا سه لایه شیشه قرار میگیرد. نکته مهم در استفاده از پنجره انتقـال نـور در حـد شـفافیت آن همـراه بـا
صرفه جویی در انتقال حرارت محیط خارج و داخل و همچنین زیبائی آن است.
پنجره ها عمدتا با ضریب انتقال حرارت اکتسابی آنها4 و مقدار نفوذ هـوا از درزهـا مشـخص مـیشـوند. سـایر
مشخصات پنجرهها از جمله جنس قاب و ساخت آن نیز در مرغوبیت پنجره مهم میباشد.
نقش پنجره در بار سرمایشی به مراتب بیشتر از بار گرمایشی است چون در بار گرمایشی انتقال حرارت توسط
پنجره صرفا از نوع انتقال هدایتی است در صورتیکه در بار سرمایشی انتقال حـرارت عـلاوه بـر نـوع هـدایتی آن
شامل انتقال تشعشعی نیز میشود. به همین جهت تمهیدات لازم جهت افزایش مرغوبیت پنجـرههـا از دیـد صـرفه
جویی انرژي عمدتا حول مسائل مربوط به انتقال بارهاي سرمایشی اسـت. هرچنـد کـه پنجـره هـاي بسـیار جدیـد
قادرند که با تغییر وضعیت خود انرژي اکتسابی تشعشعی را در فصول سرد به داخـل محـیط زنـدگی انتقـال و در
نتیجه در انرژي مصرفی ساختمانها صرفه جویی به عمل آورند.
به طور کلی پنجره ها به سه صورت یک جداره، دو جداره و سه جداره تولید میشوند. در کشورهاي صنعتی
پنجره دوجداره بیشترین مورد مصرف را دارد و در سایر کشورها عمدتا پنجرهها از نوع یک جداره میباشند.
انرژي سرمایشی و گرمایشی که از طریق پنجره هاي واحـدهاي سـاختمانی در ایـالات متحـده آمریکـا هزینـه
می گردد حدود 20 میلیارد دلار در سال میباشد، که این رقم حدود 25 درصد هزینه گرم کردن و خنک کـردن
ساختمانها در ایالات متحده آمریکا میباشد.
4 Solar Heat Gain Coeficient – SHGC
4
به منظــور آگاهی هرچه بیشتر از نحوه عملکرد پنجره تولید بار حرارتی و سرمایشی ساختمان عملکــرد یک
لایه شیشه مطابق با توصیه انجمن مهندسان تاسیسات آمریکا شرح داده می شـود. شـکل 2 تبـادل انـرژي در یـک
لایه شیشه را نشان میدهد.
شکل :2 تبادل انرژي در یک لایه شیشه
همانطور که در شکل بالا ملاحظه می گردد حرارت اکتسابی از تشعشع به طور کامل به محـیط داخـل منتقـل
نشده و قسمتی از آن به محیط خارج منعکس میشود. انتقال هدایتی و تشعشـعی نیـز براسـاس اخـتلاف درجـات
حرارت محیط خارج و داخل انجام میگیرد. فرمول کلی براي انتقال حرارت از طریق شیشه به شرح زیر است:
Q U A(T0 −Ti ) SHGC AE (1)
که در آن SHGC ضریب کلی حرارت اکتسابی خورشید (بدون واحد)، A مساحت پنجره بر حسب فوت
مربع و E مقدار حرارت اکتسابی برحسب بی تی یو بر ساعت در فوت مربع میباشد.
لازم به توضیح است در فرمول فوق بار حاصل از نفوذ هواي خارج بـه داخـل از طریـق قـاب پنجـره در نظـر
گرفته نشده است.
