بخشی از مقاله

چکیده

فناوریهای نوین شیشه در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشتهاند و محصولات بسیار متنوعی را به بازار روانه کردهاند که یکی از مهمترین و پرکاربردترین آنها شیشه هوشمند الکتروکرومیک است. اما پیش از استفاده گسترده از این نوع شیشه، انجام بررسی های جامع درخصوص تأثیرات حرارتی و روشنایی استفاده از این نوع شیشه در اقلیمهای مختلف ایران ضرورت دارد.

هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر استفاده از شیشه هوشمند الکتروکرومیک بر بار حرارتی، آسایش حرارتی و شدت روشنایی ساختمانی واقع در اقلیم معتدل و مرطوب - رامسر - است. روش تحقیق از نوع شبیهسازی نرمافزاری است؛ برای این منظور، پس از بررسی اجمالی مشخصات و ویژگیهای شیشههای هوشمند الکتروکرومیک، ساختمان طراحیشده برای بخش اداری مؤسسه آموزش عالی آزاد مارلیک در نرمافزار DesignBuilder شبیهسازی شده است.

خروجی نرمافزار برای محاسبات حرارتی، شدت روشنایی، و آسایش حرارتی دریافت و تحلیل شده است. به اینصورت نتایج شبیهسازی میزان بار حرارتی سالیانه گرمایش/سرمایش ساختمان، تعداد ساعتهای نارضایتی حرارتی، میزان آسایش حرارتی بر اساس معیار فنگر و شدت روشنایی بخشهای مختلف ساختمان، در دو حالت »استفاده از شیشههای ساده« و »استفاده از شیشههای الکتروکرومیک« با یکدیگر مقایسه شدهاند.

نتایج شبیهسازی حرارتی ساختمان نشان میدهد استفاده از شیشههای الکتروکرومیک بهجای شیشههای ساده، به کاهش بار حرارتی سالیانه و بهبود آسایش حرارتی منجر شدهاند. نتایج شبیهسازی روشنایی ساختمان نیز نشان میدهد استفاده از شیشههای الکتروکرومیک، شدت روشنایی را در بخش های نزدیک به پنجره کاهش دادهاند بدون اینکه تغییر قابلتوجهی در شدت روشنایی بخشهای دور از پنجره بهوجود آید. درنتیجه استفاده از شیشههای الکتروکرومیک بدون تاریکتر کردن فضا، به کاهش خیرگی ناشی از تابش منجر می شود.

-1 مقدمه

الکتروکرومیسم را می توان تغییر برگشت پذیر در رنگ و خواص نوری مصالح دانست که بر اثر فرایندهای اکسیداسیون - از دست دادن الکترونها - و احیا - به دست آوردن الکترونها - رخ میدهد. این فرایندها با عبور جریان الکتریسیته بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل بین دو الکترود اتفاق میافتد . - Mortimer, et al., 2006: 2 - استفاده صحیح و بهجا از این فناوری میتواند به پیشبرد اهداف بشر -ازجمله در راستای صرفه جویی در استفاده از انرژی- منجر شود. حدود یک سوم انرژی یک ساختمان از طریق پنجره ها هدر می رود. به همین دلیل در سال های اخیر برای کاهش مصرف انرژی در ساختمانها برروی پنجره ها متمرکز شده اند. مطالعات زیادی برای یافتن روش های ذخیره انرژی صورت گرفته و نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از شیشه ها در ساختمان ها به کار رود.

قابلیت صرفه جویی مصرف انرژی شیشه های الکتروکرومیک در شبیه سازی های رایانه ای، مدل های آزمایشگاهی، پیش الگوها و نمونه های تجربی تأیید شده است. البته میزان این صرفهجویی به موقعیت قرارگیری، نوع ساختمان، جهتگیری، نیازهای روشنایی و شرایط آسایش ساختمان بستگی دارد. توارس و همکاران به عنوان یک توصیه کلی عنوان کرده اند که در اقلیم های گرم و آفتابی، میزان صرفهجویی انرژی حاصل از استفاده از شیشههای الکتروکرومیک بیشتر است . - Tavares, et al., 2014: 69 - حال این سؤال پیش می آید که تأثیر استفاده از شیشه های الکتروکرمیک در اقلیم های معتدل و مرطوب بر صرفه جویی مصرف انرژی، آسایش حرارتی یا شدت روشنایی محیط داخلی چقدر است؟

پژوهش حاضر برای پاسخگویی به این سؤال، بخش اداری مؤسسه آموزش عالی آزاد مارلیک را در نرم افزار DesignBuilder شبیه سازی کرده است. شبیه سازی ها با استفاده از فایل اطلاعات اقلیمی شهر رامسر - بهعنوان نمونه ساختمان واقع در اقلیم معتدل و مرطوب - انجام شده اند. شرایط اقلیمی شهر رامسر در شکل 1 مشخص شده است. نتایج شبیه سازی میزان بار حرارتی سالیانه گرمایش/سرمایش ساختمان، تعداد ساعت های نارضایتی حرارتی، میزان آسایش حرارتی بر اساس معیار فنگر و شدت روشنایی بخش های مختلف ساختمان، در دو حالت »استفاده از شیشه های ساده« و »استفاده از شیشههای الکتروکرومیک« با یکدیگر مقایسه شدهاند.

شکل -1 متوسط دمای هوا - خطوط آبی - و متوسط رطوبت نسبی - خطوط قرمز - روزانه در شهر رامسر

-2 پیشینه تحقیق

جنزمارچوینسکی در توصیف شیشههای الکتروکرومیک آنها را شیشههایی با قابلیت تغییررنگ توصیف کرده و البته پیشنهاد استفاده از لایه گس و کرومیک رادرتلفیق شیشههای الکتروکرومیک و گس کرومیک پیشنهاد داده است. 

جین اوورد درمورد سازوکار شیشه الکتروکرومیک این طور میگوید: جریان الکتریکی برقرار شده، سبب میشود تا یونها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی برگردند و شیشه را شفاف کنند. با قطع الکتریسته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره میشود. - - Jin & M. Overend, 2016:6 یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست بهطوریکه میتوان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. دراقلیم گرم و خشک در قسمت سایهاندازی خارجی برای جلوگیری از ایجاد حرارت زیاد و کاهش مصرف از خنککنندهها استفاده میشوند. ودرمورد معایب این شیشهها آسیماکوپولوس به این اشاره کرد که درشیشههای الکتروکرومیک زمان رسیدن از حالت شفاف به حالت مات بین 5 تا 10 دقیقه است که به نسبت زمان زیادی است.

در زمینه مدلسازی تأثیرات حرارتی/روشنایی شیشههای الکتروکرومیک نیز آجاجی و آندری در 2015 تأثیر استفاده از شیشههای الکتروکرومیک دربرابر شیشه ساده را بهکمک ساخت ماکتهایی با ابعاد 75×75×140 سانتیمتر بهصورت تجربی بررسی کردهاند. البته در این ماکت های استفاده شده بررسی بار حرارتی اتاقک را مدنظر نداشتهاند

لی و دیگران در 2015 تأثیر سایهاندازی شیشههای الکتروکرومیک را با سایهاندازهای داخلی معمول، در دو محیط اداری، بهکمک پرسشنامه مقایسه کردند. آنها نتیجه گرفتند کاربران بجز سرعت تیره/روشن شدن شیشههای الکتروکرومیک، از دیگر خصوصیات آنها رضایت داشتند. آنها سطح کنترل تابش، رنگ شیشهها و کنترل خیرگی را در افزایش میزان رضایت استفادهکنندگان مؤثر دانستهاند. آنها همچنین اشاره کردهاند اگرچه رنگی شدن شیشههای الکتروکرومیک باعث تاریک شدن نسبی اتاق شده بود، اما اغلب استفادهکنندگان با این موضوع مشکلی نداشتند. آنها همچنین عملکرد شیشههای الکتروکرومیک در کنترل خیرگی را »عالی« توصیف کردهاند

توارس و همکاران نیز در 2016، ضمن مدل سازی نمونه شیشههای الکتروکرومیک و مقایسه صرفهجویی انرژی حاصل از استفاده از شیشههای الکتروکرومیک در مقایسه با شیشههای ساده و شیشههای دوجداره معمول، نتیجه گرفتند هرچه میزان بار سرمایش ساختمان بیشتر باشد، قابلیت شیشههای الکتروکرومیک در صرفهجویی مصرف انرژی هم بیشتر میشود. آنها همچنین استفاده از شیشههای الکتروکرومیک را در جبهههای شرقی و غربی مؤثرتر از بقیه جبههها دانستهاند

-3 روش تحقیق

در این پژوهش پس از بررسی کتب و مقالات و کسب اطلاع از شرایط اقلیمی شهر رامسر و مطالعه راجع به ویژگی شیشههای ساده والکتروکرومیک از روش مدل سازی در نرم افزار دیزاین بیلدر استفاده شد. در نهایت خروجی این نرم افزار نمودارهایی هستند که این دو شیشه را با هم مقایسه میکنند.

-1-3 مدلسازی نرمافزاری نرمافزارهای شبیه ساز انرژی ساختمان، برنامههای کامپیوتری هستند که برای محاسبه میزان مصرف انرژی در ساختمانها استفاده می شوند. درحال حاضر تعداد این برنامهها زیاد است و هرکدام از آنها دارای مدل و روش حل و فرضیات مخصوص به خود هستند. این برنامه ها به صورت مداوم درحال توسعه هستند.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید