دانلود تحقیق طراحی در و پنجره برای کاهش اتلاف انرژی

در و پنجره : یکی از مهمترین بخشهایی که آلومینیوم در آن بکار می‌رود ساخت پنجره و قاب می‌باشد . با توجه به انعطاف‌پذیری و نمای زیبای آلومینیوم ،در و پنجره‌های آلومینیومی در جهان طی دهه‌های اخیر پیشرفت چشمگیری کرده است . از آنجا که بیشترین اتلاف انرژی در ساختمان از طریق در و پنجره‌ها اتفاق می‌افتد (حدود 40% از اتلاف انرژی ساختمان از طریق پنجره‌ها صورت می‌گیرد) همچنین در راستای نیل به اهدافی چون عایق سازی در برابر صدا و آلودگیهای صوتی ، جلوگیری از نفوذ گردو غبار و آلودگیهای محیط زیست و . . . صنعت در و پنجره‌سازی به تکنولوژیهای جدید روی آورده است و کارشناسان به طراحی‌های ویژه و خاصی در این زمینه دست یافته‌اند .

          در صورتیکه در زمستان به قاب پنجره و یا شیشه آن دست بزنید خواهید دید که سرد است و این تبادل حرارتی بین قاب و پنجره و شیشه با فضای بیرون است . برای رفع این مشکل با استفاده از شیشه‌های 2 جداره تبادل حرارتی از طریق شیشه به حداقل ممکن خواهد رسید . برای کاهش تبادل حرارتی از طریق پنجره ،استفاده از نوعی قاب آلومینیومی با عایق حرارتی که به گرمابند (Thermal Break) معروف است توصیه می‌شود . از آنجا که بحث بهینه سازی مصرف سوخت درساختمان ، در کشورمان می‌رود تا جایگاه واقعی خویش را پیدا کند و با توجه به آنکه اتلاف انرژی از طریق پنجره‌ها (شیشه‌ یا قاب پنجره) حدود 40% کل اتلاف انرژی ساختمان را شامل می‌شود جهت آشنایی بیشتر با تکنولوژی شیشه‌های 2 جداره و سیستم ترمال‌بریک به هریک از این دو نوع تکنولوژی اشاره می‌شود :

    D-1-1) سیستم دو جداره :

          عبور انرژی و تبادل حرارتی بین داخل و خارج ساختمان از پنجره به طریق زیر صورت می‌گیرد .

          1 . بدست آوردن و یا از دست دادن انرژی غیر خورشیدی بصورتهای رسنایی و جابجایی

          2 . بدست آوردن گرمای خورشید بصورت تشعشع

          جریان حرارت غیر خورشیدی از پنجره نتیجه اختلاف دمای میان محیط داخل و خارج می‌باشد . در فصول سرد پنجره‌ها گرما را از داخل به بیرون داده و در فصول گرم نیز گرما را از بیرون به داخل ساختمان وارد می‌نمایند .

برای مقایسه مواد مختلف از جهت میزان انتقال حرارتی از فاکتور U استفاده می‌شود .

فاکتورU  اندازه سرعت جریان حرارت غیر خورشیدی از یک پنجره و یا نورگیر می‌باشد . هر چه این فاکتور بیشتر باشد نشانگر میزان بیشتر جریان حرارتی است . فاکتور U به مصرف‌کننده این امکان را می‌دهد که میزان عایق‌بودن انواع پنجره‌ها و نورگیرها را با یکدیگر مقایسه کند و واحد آن Btu/hr-sq…ft.f می‌باشد .

          استفاده از شیشه دو جداره باعث کاهش قابل توجهی در مقدار فاکتور Uمی‌شود .

          شیشه دوجداره دو ورق شیشه است که توسط یک فاصل (اسپیسر) در دور تا دور آن از هم جدا شده‌اند و این فاصله‌ها با مواد درزگیر به شیشه می‌چسبند . خواص اصلی دو جداره بدلیل وجود همین فاصله بین دو شیشه است ، بین دو شیشه از هوا یا گاز مخصوص (مانند آرگون ، گزنون، و یا مخلوطی از آنها) پر شده است .

          میله جداکننده از جنس آلومینیوم و با ضخامتهای متفاوت است که دورن آن با ماده رطوبت‌گیر (عامل خشک کننده) پر می‌گردد که این ماده سبب جذب رطوبت هوای ما بین دو شیشه می‌گردد .

          شیشه‌های دو جداره می‌توانند بصورت ترکیبی از انواع شیشه‌های مختلف نظیر شیشه ساده، رنگی ، رفلکس ، لمینت ، سکوریت و مات تهیه شوند که نوع شیشه خود می‌تواند عامل بسیار مهمی در کاهش میزان اتلاف انرژی باشد . به عنوان مثال شیشه‌های با پوشش Low-e باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در مقوله فاکتور U می‌شوند .

ویژگیهای اصلی شیشه های دو جداره عبارتند از : کاهش اتلاف انرژی حرارتی و نم‌زدگی شیشه ، عایق صوتی و کاهش سر و صدا وایمنی بیشتر .

شیشه‌های دو جداره در زمستان حرارت را نگه داشته و در تابستان از ورود گرما به درون جلوگیری می‌کنند در نتیجه باعث بهبود تجهیزات گرمایش و سرمایش ساختمان می‌شوند . این شیشه‌ها باعث کاهش نفوذ صوت می‌شوند و از نم‌زدگی شیشه‌ بعلت گرمتر بودن لایه درون شیشه دو جداره جلوگیری می‌کند . شیشه‌های دو جداره با گرم و مطبوع نگه داشتن محیط ، فضای ساختمان را برای زندگی و انجام کار مساعد می‌سازند .

با استفاده از هر متر مربع شیشه دو جداره با قاب استاندارد می‌توان در سال به میزان 40مترمکعب در مصرف گاز صرفه‌جویی نمود و هزینه‌ها را تا حد زیادی کاهش داد . در صورت شکستن ورق بیرونی شیشه دو جداره ممکن است ورق داخلی نشکند و احتمال ریزش و خطرات بعدی به حداقل می‌رسد . بنابراین استفاده از این نوع شیشه می‌تواند باعث افزایش ایمنی ساختمان گردد . اگر فاصله بین دوشیشه 15-12 میلیمتر باشد بهترین کارآیی شیشه دوجداره را می‌توان کسب کرد ضمن آنکه با استفاده از این نوع شیشه نفوذ صدا را تا 45 دسی‌بل می‌توان کم کرد و در نتیجه در خیابانها و مکانهای شلوغ می‌توان از محیطی آرام و ساکت برخوردار گشت .

قابل ذکر است که انواع جدیدی از شیشه ‌دو جداره ساخته شده است که بین دو ورق خلاء وجود دارد . در این نوع شیشه‌ها فاصله بین دو ورق بسیار کم می‌باشد . این نوع شیشه‌ها اولین بار در روسیه ساخته شدند و دارای خواص حرارتی و صوتی بهتری می‌باشند . شیشه‌های دو جداره را می‌توان بر روی قابهای آلومینیومی ، آهنی و یا قابهایی از جنس PVC تعبیه و استفاده کرد .

استفاده از سیستم شیشه ‌دو جداره به همراه سیستم پنجره‌های آلومینیومی گرما‌بند تکنولوژی است که باعث جلوگیری از اتلاف انرژی به میزان قابل توجهی می‌شود .

   D-1-2 ) سیستم در و پنجره‌های گرمابند(Thermal  Break):

          اگرچه در و پنجره‌های آلومینیومی بدلیل خواصی که قبلاً ذکر شد یکی از محصولات قدیمی و کاربردی در صنایع ساختمان سازی محسوب می‌شوند ، اما با پیشرفت تکنولوژی و اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی ، این پنجره‌ها نیز به تکنولوژی جدیدی دست یافته‌اند که به آن ترمال‌بریک یا گرما‌بند می‌گویند . پنجره‌های آلومینیومی معمولی در هوای سرد رطوبت و سرما را از جداره داخلی منتقل می‌کنند و دارای فاکتور U بالایی هستند . سیستم ترمال‌بریک با حذف این مشکل ، فاکتور U پنجره‌های آلومینیومی را از Btu/hr-sq.ft.f2 به  Btu/hr-sq.ft.f1 می‌رساند . حاصل ساخت اینگونه پنجره‌ها این است که جداره خارجی ، گرما و یا سرما را به جداره داخلی انتقال نمی‌دهد . سیستم ترمال‌بریک پروفیلهای عایق حرارتی از دو مقطع پروفیل آلومینیومی از هم مجزا که توسط نوارهای پلاستیکی پلی‌آمید به هم متصل شده‌اند تشکیل شده است .

          نوار پلی‌آمید مانع انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر می‌شود . که در واقع عنوان ترمال‌بریک برای این سیستم به این علت است که حرارت را می‌شکند و مانع از نفوذ آن به محیط دیگر می‌شود . پلاستیکهای پلی‌آمید مصرفی در این سیستم دارای خصوصیات زیر می‌باشند : بالا بودن نسبت استحکام مکانیکی به وزن ، پائین بودن ضریب انبساط حرارتی ، مقاومت در برابر مواد شیمیایی ، آب ، اشعه و حرارت ، حفظ خواص مکانیکی در دمای بالا و طول عمر زیاد .

          نوارهای پلی‌آمید در محل اتصال به مقاطع آلومینیومی دارای چسب جامدی به صورت رشته سیم سفید رنگ‌می‌باشند که هنگام عبور از کوره در دمای 180 درجه سانتی‌گراد فعال می‌شوند وچسبندگی پلی‌آمید به قطعات را بیشتر کرده وباعث استحکام بیشتر مقاطع می‌شود . معمولاً برای افزایش خواص پلی‌آمیدها مواد افزودنی به آنها اضافه می‌کنند . از جمله این مواد ، الیاف کوتاه شیشه(فایبرگلاس)می‌باشد . افزایش این مواد باعث می‌شود که استحکام کششی و مدول الاستیسیته به ترتیب 100% و 200% افزایش پیدا کنند و پروفیل‌های عایق شده در دمای بالاتر تغییر شکل بدهند .

استفاده از پروفیل‌های ترمال‌بریک باعث می‌شود مقدار اتلاف حرارت تقریباً10% اتلاف حرارتی از طریق پروفیل‌های معمولی شود . قابل ذکر است که بیشترین مقدار حرارت از طریق شیشه‌ها تلف می‌شود و در سیستم ترمال‌بریک از شیشه‌های دو جداره استفاده می‌شود که اتلاف حرارتی از طریق آنها تنها 25% اتلاف حرارتی از طریق شیشه‌های یک‌جداره می‌باشد ، پس با همراه ساختن سیستم ترمال‌بریک و شیشه‌های دوجداره می‌توان اتلاف حرارتی را تا حد بسیار بالایی کاهش داد .

          همانطور که در سیستم شیشه ‌دو جداره توضیح داده شد در بین دو جداره ‌ شیشه‌ها مواد جاذب رطوبت قرار دارند که مانع از نفوذ رطوبت به محیط دیگر می‌شوند .

          چنانچه حدود 10% درصد از سطح خارجی ساختمان پنجره باشد آنگاه حدود 25% از اتلاف حرارتی ساختمان کاسته خواهد شد و در حدود 15% از مقدار سرمایه‌گذاری اولیه موتور‌خانه و تاسیسات حرارتی و برودتی کاسته می‌شود و مصرف انرژی 20% کاهش می‌یابد .

   ویژگی‌های حائز اهمیت در و پنجره‌ های ترمال‌ بریک :

1) عایق صوتی :

          علاوه بر مسایل فوق‌استفاده از سیستم‌ترمال‌بریک باعث عدم ورود سر و صدا به محیط منزل می‌شود . امروزه جلوگیری از نفوذ آلودگی های صوتی به محیطهای کاری بیمارستانی ، سالن‌های فرودگاه ها ، مدارس و. . . حائز اهمیت است . طبق استانداردهای موجود در این سیستم در صورت استفاده از 2 جداره شیشه 4 میلیمتری با حد فاصل هوایی 12 میلی‌متر میزان صدا در فرکانس 1000 سیکل برثانیه 35 دسی‌بل کاهش می‌یابد (با افزایش فرکانس ، میزان این کاهش به 74db  می‌رسد) در فرودگاهها که میزان صدا هنگام برخاستن هواپیما از زمین حدودdb120 است با استفاده از پنجره‌های استاندارد کاهش صدا تا db 74 در داخل سالن فرودگاه امکان پذیر است که صدای غرش هواپیما را به صدایی کمی‌بلندتر از صدای زنگ تلفن تبدیل می‌کند .

    2)قابلیت جلوگیری از نفوذ آب و گرد و غبار :

          با توجه به معضل آلودگی در قرن حاضر قابلیت در و پنجره‌ها برای جلوگیری از نفوذ گرد و غبار ، دود و آلودگی مهم است . این امر با طراحی مناسب در تولید و نیز دقت در نصب در و پنجره ممکن خواهد بود . لنگه متحرک پنجره باید به دقت طراحی و نصب گردد . با زوارهای لاستیکی در سیستم آب‌بندی لنگه متحرک قاب ، راه نفوذ هوا مسدود می‌شود . این امر فقط با توجه فراوان و مونتاژ دقیق پروفیل میسر است .

    3) قابلیت جلوگیری از نفوذ آب :

          طراحی مناسب و ایجاد منافذ و شیب‌های لازم در مقاطع پروفیل و نیز وجود محلهایی جهت تخلیه آب و هدایت آن به خارج از پنجره کمک بزرگی در جلوگیری از نفوذ آب به داخل ساختمان می‌کند که این نوع طراحی با توجه به خاصیت اکسترود پذیری و قابلیت شکل‌پذیری مناسب آلومینیوم امکان پذیر است .

          علاوه بر آن در سیستم ترمال‌بریک برای جلوگیری از نفوذ آب و گرد و غبار از نوارهای لاستیکی اتیلن پروپیلن دی متاکریلات استفاده می‌شود . این نوار لاستیکی با مقاومت خوبی در برابر شرایط جوی برای مصارف خارجی در تماس با هوا مناسب می‌باشد .

          امروزه در طراحی کلی یک ساختمان توجه به مقاطع پروفیلهای در و پنجره الزامی است زیرا مهندسان عمران در و پنجره‌ را از مهمترین بخشهای ساختمان می‌دانند . استفاده از سیستمهای ترمال‌ بریک باعث می‌شود که :

1) تلفات حرارتی ساختمان در فصل سرما در حد 20 الی 30 درصد کاهش یابد .

2) تلفات برودتی ساختمان در فصل گرما در حد 10 الی 20 درصد کاهش یابد .

3) در مصرف انرژی در حد 10 الی 25 درصد کاهش حاصل شود که نتیجه آن کاهش هزینه‌های سرمایه گذاری ساختمان در حد 10 الی 20 درصد است .

4) جلوگیری از نفوذ باد باران و گرد و غبار به ساختمان و نیز تقلیل آلودگی‌های صوتی .

5) امکان طراحی قسمت بیرون و داخل پنجره در دو رنگ متفاوت .

6) دستیابی به طراحی زیبا ، جذاب ،بادوام و با صرفه اقتصادی و قابل بازیافت به طبیعت پس از پایان عمر ساختمان .