بخشی از مقاله
چکیده
شیشه در سالهای اخیر از پر کاربرد ترین مصالح ساختمانی برای طراحی نما در ساختمانهای بلند مرتبه اداری و مسکونی توسط معماران بوده است . شیشه علاوه بر مشخصتر نمودن ساختمان نسبت به محیط پیرامون و ایجاد یکپارچگی در سطح نما و وسعت دید داخلی بیشتر نسبت به پنجره های معمولی ، نور ، گرما و انرژی را به فضاهای داخلی هدایت می کند. از دیگر مشخصه های بارز نما های شیشه ایی عدم نیاز به ایجاد دیوارهای بیرونی در سمت نمای ساختمان می باشد .
ایجاد نماهای رنگی در شهر ، با ماندگاری نسبی به لحاظ رنگ ، درخشانی از دیگر خصوصیات نماهای شیشه ای می باشد .معذالک با تمام محسنات گفته شده در بالا ایرادات بسیاری نیز به ان وارد است که از ان جمله بحث ریزش شیشه ها در هنگام زلزله و انتقال حرارتی و انعکاس تابش های خورشیدی به محیط پیرامون از مهمترین انان می باشد .
البته در سالهای اخیر در هر دو مورد پیشرفت های علمی و عملی بسیار زیادی صورت گرفته تا انجا که درسایر کشور ها این نگرانی ها تقریبا می توان گفت به نوعی حتی بر طرف نیز شده است .همچنین درصد بالایی از پرت حرارتی و انتقال ناخواسته گرما و سرمای داخل ساختمان ها در فصول مختلف سال از طریق شیشه ها صورت می گیرد. در صورت استفاده از متریال مناسب این پرت حرارتی کاهش یافته و در نتیجه صرفه جویی قابل ملاحضه ای در مصرف انرژی برای سیستم گرمایش و سرمایش داخل ساختمان انجام می شود .
با توجه به رشد جمعیت و رشد صعودی مصرف انرژی های فسیلی و کاهش منابع ان ، همچنین افزایش تولید گاز های گلخانه ایی، یکی از مهمترین موضوعاتی که در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است بحث جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان ها میباشد.در این تحقیق سعی شده تا بیشتر به مبحث انتقال حرارتی و پایدار سازی نماهای شیشه ای پرداخته شود .و به خصوص به یافته های علمی نانو در زمینه تولید شیشه های هوشمند پرداخته شود. طراحیهایی که براساس نقش های آنها در ساختمان صورت میگیرد، مثل کنترل شدت روشنایی ، کنترل دید به بیرون و کاهش انتقال اشعه ماورای بنفش و این یعنی شیشه ها انرژی را در یک زمان در دوجهت انتقال دهند .
مقدمه
گرمایش و سرمایش معمولا برای بیشتر سال در اکثر اقلیمها مورد نیاز است. انرژی که در حال حاضر در سراسر جهان برای حفظ دمای داخلی ساختمان در سطح آسایش استفاده میشود. 50 - 40 درصد کربن جهان را شامل میشود . - Mc Robie, 2010 - با پیشبینی آینده در مورد کمبود انرژی و افزایش هزینه انرژی، در حال حاضر فشار زیادی از سوی دولت برای تشویق به صرفهجویی در انرژی صورت می گیرد.
انواع جدیدی شیشه از قبیل فتوکرومیک1 ها ، ترموکرومیک2 ها ، ترموتروپیک ها در سالهای اخیر تولید و جایگزین مصالح قدیمی شده اند . طیف نور خورشید به سه ناحیه ماورای بنفش، نور مرئی و مادون قرمز تقسیم بندی می شود. بخش اعظم انتقال حرارت از طریق تابش، در محدوده مادون قرمز 700-300 - نانومتر است - به عنوان تابش گرمایی شناخته شده و عامل گرم شدن داخل ساختمان در تابستان می باشد.
همچنین اتلاف گرمای داخل ساختمان در زمستان به روش تابشی، در این محدوده از طول موج صورت می گیرد. استفاده از شیشه ها با پوشش های انعکاسی - رفلکسی - برای جلوگیری از انتقال حرارت به صورت تابشی معمول است. اما در صورت استفاده از این شیشه ها، میزان نور داخل ساختمان بسیار محدود و کم شده و انرژی مازادی برای تأمین روشنایی داخل ساختمان باید مصرف گردد. این امر یک حالت متناقضی بوده و لازم است شرایط بهینه را انتخاب نمودو ان تعادلی است بین انتقال حداکثر شدت نور مورد نیاز و حداقل انتقال حرارتی .
اهمیت و ضرورت پژوهش
حدود یک سوم انرژی یک ساختمان از طریق پنجره ها هدر می رود. به همین دلیل تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها بر روی پنجره ها متمرکز شده است. 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 برده شود. به عنوان مثال شیشه ای را تصور کنید که قابلیت تغییر از حالت شفاف به حالت کدر، توسط یک کلید را داشته باشد.
می توان از این شیشه برای پنجره خانه - در حالت نیاز به ایجاد عدم دید - ، برای جلوی فروشگاه ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود این که استفاده از این شیشه ، هنوز متداول نشده است اما نمونه های زیادی در تمام دنیا از ان وجود دارد. اما پنجره های هوشمند موجود، از پنجره های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره های با ذرات معلق، همگی به کمک ما شتافته تا به طریق هوشمند به کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها و اماکن عمومی کمک کند.
تعریف شیشه های هوشمند
شیشه هوشمند گونه ای از شیشه است که با استفاده از فناوری های نوین می توان با آن میزان جذب نور و انتقال حرارت و یا حتی میزان تابش در طول موج های مختلف نور خورشید را در این گونه از شیشه ها کنترل نمود . مطالعات زیادی برای یافتن روش های ذخیره انرژی صورت گرفته و نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از پنجره های شیشه ای در ساختمان ها به کار برده شود. تصور کنید در یکی از گرم ترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیماً به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هایی با شیشه های غیر شفاف برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق ندارید و یا همچنین دوست دارید تا زمانی که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک های فتوکورمیک دودی شوند. در انواع دیگر از شیشه ها جریان الکتریکی سبب کدری و یا شفافی شیشه میگردد .
الکتروکروماتیکها موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کند. جریان الکتریسیته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییردر خصوصیات مواد ان شده و باعث می گردد تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. نور خورشید به شیشه ها می تابد، اما از طرفی جریان الکتریکی برقرار شده، سبب می شود تا یون ها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی وارد شوند و شیشه را شفاف نمایند. با قطع الکتریسیته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره می شود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که می توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد.
تاریخچه استفاده از شیشه های هوشمند
در سالهای اخیر شیشه دو جداره به عنوان ضرورت اصلی برای فراهم آوری عایق حرارتی در ساختمان ها شناخته شده است. پیشرفت های اخیر به عایق سازی مناسب و افزایش بهینه سازی حرارت متمرکز شده است که دلایل اقتصادی و ضرورت کاهش میزان انتشار دی اکسید کربن از اهم ان می باشد. هدر روی گرما در یک ساختمان به معنای مقاومت کم مصالح آن است. این امر تاکنونعمدتاً از طریق شیشه پنجره یا به عبارت بهتر، شیشه های تک جداره حادث می شده است. امروزه شیشه های هوشمند ضمن تامین اسایش ، مانعی برای انتقال نا خواسته گرما و سرما در طرفین شیشه هستند .
شیشه های دو جداره ، شیشه های رنگی با خاصیت فتوولتائیک و شیشه با پوشش نانو با ضخامت های مختلف، شیشه را در مقابل ذخیره سازی انرژی تقویت می کند. اهمیت حفظ ذخایر انرژی غیر قابل بازیافت و کمبود ذخایر انرژی فسیلی دربسیاری از کشورها، کارشناسان را بر آن داشته تا به بهینه سازی انرژی دقت وسواسانه تری مبذول دارند. ساختمان ها از عمده ترین مصرف کنندگان انرژی بوده و شیشه به لحاظ جایگاه خاص خود در ساختمان نقش عمده ای در هدر روی انرژی ایفا می کند.
باتلاش در جهت تقویت قابلیت های شیشه همچون انتقال نور و حذف معایب آن، با تدابیری همچون استفاده از شیشه ها دو جداره ، شیشه های با قابلیت انتقالی، انعکاسی و جذبی، ممانعت از گریز اشعه فرابنفش از داخل ساختمان به بیرون یا ممانعت انتقال گرمای خورشید به داخل ساختمان و ... وتلفیق جنبه های معمارانه با مهندسی و تکنولوژی ساخت میتوانیم در جهت مدیریت انرژی گام برداریم.
