شیشه‌های پوشش‌دار، کنترل‌کننده انرژی (Low-E)

شیشه‌های پوشش‌دار، کنترل‌کننده انرژی (Low-E)

(نسل جدید شیشه در خدمت صرفه‌جویی مصرف انرژی) شیشه به عنوان یکی از مصالح پر‌مصرف ساختمان است که علاوه بر تامین نور داخل،  ارتباط بصری با خارج ساختمان را امکان‌پذیر می‌سازد. اما با توجه به خاصیت عایقکاری کمی که دارد، همواره در فصل سرد و گرم سال مشکل‌ساز بوده است به همین دلیل است که در زمان‌های گذشته و حتی در حال از وسایل مختلفی نظیر سایه‌بان‌ها و پرده در تابستان جهت جلوگیری از ورود نور و گرمای شدید خورشید و در زمستان‌ها از پرده‌های ضخیم جهت جلوگیری از اتلاف گرمای داخل ساختمان استفاده می‌شود. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و پوشش دادن لایه‌های بسیار نازک روی شیشه ـالبته با تجهیزات بسیار پیشرفته ـ شیشه‌هایی تولید می‌گردد که تا حد زیادی کاستی‌های شیشه معمولی را مخصوصاً در رابطه با اتلاف و کسب انرژی حرارتی خنثی می‌کند در عین حال تامین نور مرئی را که از خواص اصلی شیشه می‌باشد حفظ می‌نماید. امروزه در کنار بحث عایقکاری حرارتی در بخش‌های مختلف ساختمان، به استفاده از پنجره‌های دو‌جداره تاکید می‌گردد که دارای شیشه‌های معمولی هستند، در صورتی که استفاده از شیشه Low-E در یکی از جدار‌ه‌های پنجره دو‌جداره یا شیشه‌های طلقی (Laminate)، باعث کاهش چشمگیری در تبادل انرژی ساختمان با فضای بیرون می‌گردد. شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی یا Low-Emissivity که در فارسی به شیشه کم گسیل ترجمه شده است، شیشه‌ای است که انتقال حرارت بسیار کمتری نسبت به شیشه معمولی دارد و مانند یک عایق حرارتی شفاف عمل می‌کند. از آنجا که مساحت زیادی از سطح جانبی ساختمان‌ها را شیشه تشکیل می‌دهد، استفاده از شیشه Low-E به جای شیشه معمولی، کمک بزرگی در کاهش مصرف انرژی ساختمان خواهد نمود. این نوع شیشه در انواع مختلف تولید می‌گردد. شکل ظاهری بعضی از آنها مشابه شیشه معمولی و بی‌رنگ است و نوع رنگی آن به Low-E-Sun مشهور است. عملکرد شیشه Low-E پارامتر‌های مورد نظر در ارزیابی شیشه‌های Low-E انواع شیشه Low-E و کاربرد آن‌ها مقدار صرفه‌جویی انرژی با استفاده از شیشه‌های Low-E مزایای استفاده از شیشه Low-E عملکرد شیشه Low-E این نوع شیشه‌ها اجازه عبور بخش مرئی طیف نور خورشید را می‌دهند اما طیف حرارتی ( امواج مادون قرمز ) و امواج مضر ( ماوراء بنفش ) را منعکس و فیلتر می‌کنند. این شیشه‌ها انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما که ترکیبی از پدیده های هدایت، جابجایی و تابش است و در پارامتر U-Value نشان داده می‌شود را به مقدار زیادی کاهش می‌‌دهند و همچنین انتقال حرارت تابشی ( کسب انرژی خورشید ) را نیز تحت کنترل دارند که در پارامتر G-Value یا SHGC نشان داده می‌شود.   پارامتر‌های مورد نظر در ارزیابی شیشه‌های Low-E پارامتر‌هایی که در انتخاب شیشه مهم هستند و باید به آن‌ها توجه نمود عبارتند از: 1)  عبور نور مرئی (Visible Transmittance): VT درصد عبور نور از شیشه را نشان می‌دهد. این پارامتر در ارزیابی پنجره‌های کارآمد انرژی از نقطه نظر تامین نور ساختمان مفید است. مثلاً در مناطقی که نور خورشید کم است مسلماً باید از شیشه‌هایی استفاده کنیم که قابلیت عبور نور بیشتری داشته باشد و بالعکس در مناطقی که نور خورشید زیاد است برای جلوگیری از تابش شدید نور خورشید به داخل ساختمان باید از شیشه‌هایی که عبور نور کمتری دارند استفاده کرد. این مسئله در مورد پنجره‌های شمالی ـ جنوبی و شرقی ـ غربی هم صدق می‌کند، مثلاً شیشه پنجره‌ای که در ضلع شرقی یا غربی ساختمان است بهتر است دارای عبور نور کمتری باشد و شیشه مناسب برای پنجره‌های شمالی باید درصد عبور نور بیشتری داشته باشد، از مقایسه شیشه دو‌جداره و شیشه Low-E با یکدیگر می‌توان دریافت شیشه Low-E تغییر زیادی در عبور نور مرئی ایجاد نمی‌کند. 2) UV:  این فاکتور مقدار عبور نور ماوراء بنفش خورشید را به داخل ساختمان نشان می‌دهد. بدیهی است به دلیل مضرات این اشعه هرچه مقدار آن کمتر باشد بهتر است. 3) ضریب انتقال حرارت (U-factor یا U-value) : پارامتری است که مقدار انتقال حرارت از هر جسم را نشان می‌دهد و برای بیان میزان عایقکاری شیشه نیز بکار می‌رود. بر حسب بیان می‌شود و شامل انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تابشی برای یک پنجره در شرایط محیطی مشخص می‌باشد. ضریب انتقال حرارت هر‌چه کوچک‌تر باشد به معنی انتقال حرارت کمتر و در نتیجه عایقکاری بیشتر است. شیشه تک جداره ساده شیشه دو‌جداره ساده شیشه دو‌جداره جاوی یک جدار شیشه Low-E ضریب انتقال حرارت   6 2.5 الی 3 1.1 الی 1.3 4) ضریب کسب حرارت خورشیدی (SHGC): در بعضی متون به G-value مشهور است. بیان‌کننده عبور حرارت و انرژی خورشید از شیشه می‌باشد. بدون توجه به دمای خارج، حرارت می‌تواند از میان شیشه به وسیله تابش مستقیم یا غیر‌مستقیم خورشید ( به صورت انعکاس از زمین یا سطوح دیگر ) نیز کسب شود. بعضی از تابش‌ها مستقیماً از میان شیشه عبور می‌کنند و برخی دیگر ممکن است جذب شیشه شده و سپس به صورت غیر مستقیم وارد فضای ساختمان شوند. SHGC به صورت عددی مابین 0 و 1 است. SHGC کمتر یعنی حرارت خورشیدی کمتری از پنجره عبور می‌کند و برعکس. علیرغم اینکه کاهش تابش نور خورشید از درون پنجره در برخی از آب و هوا‌ها و در بعضی فصول به نفع ماست، اما در فصل زمستان ماگزیمم بودن کسب حرارت خورشیدی می‌تواند بسیار مفید باشد. به همین خاطر شیشه‌های Low-E در چندین نوع تولید می‌شوند که علیرغم اینکه همگی دارای U-value پایین هستند اما SHGC متفاوت دارند که این امر باعث عملکرد بهتر آنها در مناطق آب و هوایی متفاوت خواهد گردید. بالای صفحه 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: 1) U-value 2) SHGC 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 و اما شیشه‌های Low-E به خاطر تفاوت در کسب حرارت خورشیدی به چند دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از: 1) شیشه Low-E با کسب حرارت خورشیدی بالا High-SHGC Low-E این نوع Low-E، اتلاف حرارت را کاهش می‌دهند اما به حرارت خورشید اجازه عبور می‌دهند. در مناطقی که فصول سرد بیشتر از فصل‌های گرم هستند، پنجره‌هایی با این نوع شیشه‌ها مناسب‌ترند. عملکرد این شیشه‌ها در فصل زمستان بهتر از فصول دیگر است. 2) شیشه Low-E با کسب حرارت خورشیدی متوسط Moderate-SHGC Low-E این نوع شیشه‌ها اتلاف حرارت را کاهش می‌دهند و امکان کسب نور خورشید را در حد قابل قبولی فراهم می‌کنند، لذا برای هر دو منطقه سرد و گرم مناسبند. 3) شیشه‌های Low-E با کسب حرارت خورشیدی پائینLow-SHGC Low-E هوایی گرم هستند یا تابستان گرمتری دارند، ایده‌آل می‌باشند. شیشه‌های Low-E-Sun از این دسته‌اند که می‌توانند مانند شیشه رفلکس در رنگ‌های مختلف وجود داشته باشند و حتی می‌توانند مانند شیشه معمولی بدون رنگ باشند. دو پارامتر مهم شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی یعنی U-value و SHGC باعث می‌شود که این شیشه هم در تابستان و هم در زمستان عملکرد خوبی داشته باشد، در زمستان گرمای ساختمان را حفظ کرده اما اجازه عبور گرمای خورشید به ساختمان را بدهد و در تابستان از عبور گرما به داخل ساختمان جلوگیری کند. بالای صفحه مقدار صرفه‌جویی انرژی با استفاده از شیشه‌های Low-E استفاده از شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی که مقدار U-value آن بسیار کمتر از شیشه تک جداره معمولی است باعث صرفه‌جویی بیشتر انرژی می‌گردد. فرض کنید در زمستان دمای بیرون صفر درجه سانتیگراد است و می‌خواهید دمای ساختمان را 21 درجه حفظ نمائید. اگر پنجره شما شیشه 4 میلیمتر تک جداره معمولی باشد که مقدار U-value آن 6 است، به ازای هر متر‌مربع شیشه، شما به W 126=6*21 در ساعت انرژی حرارتی نیاز دارید. در مورد شیشه دو‌جداره معمولی که مقدار ‌U-value آن 3 است، W 63=3*21 انرژی حرارتی نیاز دارید در صورتی که در مورد شیشه Low-E که مقدار U-value آن 1/1 است، W 1/23=1/1*21 انرژی حرارتی نیاز است که 80% کمتر از شیشه معمولی می‌باشد. بنابراین در زمستان سوخت کمتر و در نتیجه هزینه کمتری جهت گرم نگه داشتن ساختمان مورد نیاز می‌باشد. این صرفه‌جویی می‌تواند برای فصول گرم نیز در نظر گرفته شود. مزایای استفاده از شیشه Low-E آسایش حرارتی در زمستان 1) آسایش حرارتی در تابستان 2) کاهش هزینه سالانه انرژی 3) هزینه کمتر برای تاسیسات گرمایشی و سرمایشی 4) جلوگیری از ورود اشعه‌های مضر خورشید 5) تامین روشنایی مناسب برای ساختمان 6) کاهش هزینه مورد نیاز برای روشنایی 7) جلوگیری از بخار کردن شیشه در فصول سرد سال 8)