انتخاب پنجره‌های مناسب برای دستیابی به بهینه‌سازی مصرف انرژی

چکیده

فناوری‌های جدید برای پنجره‌ها امکان استفاده بهتر از انرژی و نیز پدید آوردن آسایش در محیط را افزایش داده و راهکارهای علمی بیشتری را در اختیار مصرف کنندگان پنجره‌ها قرار داده است. این مقاله که یک راهنمای انتخاب پنجره مناسب می‌باشد به دارندگان ساختمان‌ها، معماران و سازندگان کمک می‌کند که از مزایا و امکانات جدید بازار در حال توسعه پنجره‌ها استفاده بیشتری نمایند. این راهنما دارای سه بخش می‌باشد. در بخش اول مشخصات مربوط به انرژی پنجره‌ها توضیح داده می‌شود. در بخش دوم نیز بحثی در مورد دسته‌بندی عملکرد پنجره‌ها از لحاظ انرژی آورده و در بخش سوم نیز یک چک لیست مناسب برای انتخاب پنجره آورده شده است.

خلاصه مطالب مورد بحث در مقاله

در این مقاله در ابتدا انتقال انرژی خورشیدی توسط شیشه‌ها مورد بررسی قرار گرفته و عوامل مختلف کاهش این انتقال که مربوط به تعداد جداره‌ها، نوع فریم و نیز نوع فاصل (اسپیسر) قرار گرفته بین دو شیشه و همچنین نوع شیشه و نوع گاز میان شیشه‌های چندجداره می‌باشد، توضیح داده شده است و در جدولی بصورت عددی میزان هدایت حرارتی انواع محصولات شیشه‌ای تک‌جداره و دو‌جداره و سه‌جداره با انواع فریم‌های پلاستیکی، چوبی، فلزی (با سد حرارتی و نیز بدون آن) آورده شده است.

در ادامه ماهیت فرآیند نشستن رطوبت بر روی شیشه2 و اثر فاکتورهای مختلف(دمای داخل و بیرون، درصد رطوبت نسبی و نوع شیشه) بر روی این پدیده بررسی شده است. در بخش بعدی توصیه‌هایی برای انتخاب میزان هدایت حرارتی پنجره‌ها بیان شده است.

در ادامه اثر تابش نور خورشید بر گرمایش و سرمایش ساختمان مورد بحث قرار گرفته است. در این بخش در نموداری میزان ورود انرژی خورشیدی به نام ساختمان در فصول مختلف و برحسب جهت قرارگرفتن پنجره ( شمال، جنوب، شرق، غرب) آورده شده است. همچنین در این بخش ضریب بدست آوردن انرژی خورشیدی توضیح داده شده است و عوامل موثر بر آن (مانند رنگ و نوع شیشه و نیز انواع پوشش‌های Low-E) بررسی شده است. در جدولی در این بخش برای انواع شیشه‌های دوجداره و تک جداره با رنگ‌های مختلف و انواع پوشش‌های Low-E میزان عبور نور مرئی به همراه ضریب بدست آوردن انرژی خورشید آورده شده است. در ادامه نور ماوراء بنفش خورشید بر روی تجهیزات ساختمان و نحوه کنترل آن توسط پنجره مطالبی بیان شده است.

بعد از بحث برخی توصیه‌ها برای کنترل نور خورشید توسط پنجره در شرایط مختلف آب و هوایی آورده شده است. در ادامه اثر جریان هوا از پنجره (بصورت اختیاری با بازکردن پنجره و یا بصورت غیراختیاری) بر روی مصرف انرژی و چگونگی کنترل آن مورد بحث قرار گرفته است و چندین توصیه در این مورد آورده شده است.

در بخش بعدی برچسب‌های انرژی مورد استفاده برای پنجره‌ها و دلیل استفاده از آن‌ها و چگونگی بدست آوردن اعداد مربوط به این برچسب‌ها توضیح داده شده است و بطور مفصل برچسب انرژی NFREC (کمیته ملی درجه‌بندی پنجره‌ها) شرح داده شده است.

در ادامه یک چک لیست کامل شامل فاکتورهای میزان عایقیت حرارتی، کنترل نور خورشید و اشعه ماوراء بنفش، مشاهده از پشت پنجره و نور روزانه، تهویه مناسب، کنترل سر و صدا، ایمنی و امنیت، نگهداری و دوام، نصب و موارد اقتصادی برای انتخاب پنجره مناسب آورده شده است.

قابل ذکر است که مطالب مقاله فوق از یک مقاله مربوط به سازمان انرژی آمریکا با عنوان :

Selecting right window for energy efficiency برگرفته شده است و این مقاله از اینترنت و سایت مربوطه گرفته شده است و در صورت نیاز اصل آن قابل عرضه خواهد بود.

انتخاب پنجره مناسب برای یک ساختمان ناگریز نیازمند توازن برقرار کردن میان جنبه‌های مختلف عملکرد پنجره از لحاظ انرژی و نیز جنبه‌های غیر مربوط به انرژی می‌باشد. بنابراین فهم برخی مفاهیم اساسی انرژی برای انتخاب پنجره و یا نورگیر مربوط به کارکرد خاص، ضروری می‌باشد.

همانطور که در شکل شماره 1 نشان داده شده است عبور انرژی از پنجره از سه طریق اصلی صورت می‌گیرد:

1- بدست آوردن و از دست دادن انرژی غیرخورشیدی بصورت¬های رسانایی، جابجایی و تابش

2- بدست آوردن گرمای خورشید بصورت تشعشع

 

شکل 1- راه‌های مختلف عبور انرژی از پنجره

3- جریان هوا هم بصورت ارادی ( تهویه1 ) و هم بصورت غیرارادی ( نفوذ2)

 

میزان عایق بودن

جریان حرارت غیرخورشیدی از پنجره نتیجه اختلاف دمای میان محیط خارج و داخل می‌باشد. در فصول سرما پنجره‌ها گرما را از داخل به بیرون ساختمان انتقال داده در فصول گرم نیز گرما را از بیرون به داخل ساختمان وارد می‌نمایند و بدین طریق مقدار انرژی مورد نیاز برای ساختمان را افزایش می‌دهند. بعلت آن که در بیشتر مناطق ایالات متحده آمریکا اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان در فصول سرد بیشتر از فصول گرم بوده، اثرات جریان حرارت غیر خورشیدی از پنجره در فصول سرد دارای اهمیت بیشتری می‌باشد. مستقل از نوع پنجره، هرچه که اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان بیشتر باشد، سرعت جریان حرارت از پنجره بیشتر خواهد بود.

ضریب هدایت حرارتی ( فاکتور1U ) اندازه سرعت جریان غیر خورشیدی از یک پنجره و یا نورگیر می‌باشد. (مقاومت حرارتی – فاکتور 2R) نیز میزان مقاومت یک پنجره و یا نورگیر در برابر جریان حرارت غیر خورشیدی است و معکوس فاکتور U می‌باشد). هرچه که ضریب هدایت حرارتی بیشتر باشد و یا اینکه مقاومت حرارتی کمتر باشد میزان جریان عبور حرارت بیشتر خواهد بود. ضریب‌های هدایت حرارتی به مصرف کنندگان این اجازه را می‌دهد که میزان عایق بودن انواع پنجره-ها و نورگیرها را با یکدیگر مقایسه نمایند.

میزان عایق بودن یک پنجره تک جداره عمدتا ناشی از فیلم‌های نازک هوای ساکن در سطح داخلی شیشه و هوای در حال جریان در سطح خارجی شیشه می‌باشد. شیشه به تنهایی مقاومت زیادی در برابر جریان حرارت ندارد. ورق‌های شیشه اضافه شونده به علت پدید آوردن فضاهای هوای ساکن ( که منجر به افزایش میزان عایق بودن می‌شوند) اثر قابل توجهی بر کاهش ضریب هدایت حرارتی مربوط به پنجره می‌گذارند.

بسیاری از سازندگان در کنار ارائه شیشه‌های دوجداره سنتی، از تکنولوژی‌های نسبتاً جدید برای کمک به کاهش ضریب هدایت حرارتی بهره می‌گیرند. این تکنولوژی‌ها شامل شیشه‌های با پوشش‌های تشعشع پایین1 و نیز پرکردن با گاز می‌باشند.

پوشش تشعشع پایین چندلایه پوشش فلزی و یا اکسید فلزی نامرئی و بسیار نازک و میکروسکوپی می‌باشد که بر روی سطح شیشه نشانده می‌شود. این پوشش بر روی یک یا بیشتر از یک سطح داخلی شیشه چند جداره و یا بر روی یک فیلم نازک پلاستیکی که بین دو شیشه قرار داده می‌شود اعمال می‌گردد.

این پوشش با انعکاس حرارت به داخل ساختمان در فصول سرما و انعکاس حرارت به خارج در فصول گرما میزان جریان حرارت عبور یافته از ورقه‌های شیشه بصورت تابش را کاهش می‌دهد و با استفاده از این پدیده میزان عایق بودن پنجره افزایش می‌یابد. امروزه اکثر سازندگان پنجره‌ها، پنجره‌ها و نورگیرهای با پوشش تشعشع پائین را عرضه می‌دارند.

فضای میان صفحات شیشه‌ای پنجره می‌تواند با استفاده از گازهایی که عایق‌تر از هوا می‌باشند پرگردد. آرگون، کریپتون، هگزافلوئورید سولفور و دی اکسید کربن از گازهایی می‌باشند که برای دستیابی به این هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند. افزودن گاز نرخ پایینی را به قیمت اکثر پنجره‌ها و نورگیرها می‌افزاید. استفاده از این گازها در زمانی که به همراه پوشش‌های تشعشع پایین استفاده شوند بسیار موثرتر خواهد بود. به همین دلایل برخی سازندگان، محصولات پر شده از گاز استاندارد خود را بصورت پنجره¬ها و نورگیرهای دارای پوشش تشعشع پایین می‌سازند.

میزان عایق بودن کل یک پنجره می‌تواند بسیار متفاوت از میزان عایق بودن خود شیشه به تنهایی باشد. ضریب هدایت حرارتی کل بدنه یک پنجره شامل اثرات شیشه، فریم و نوع اسپیسر( در شیشه های چندجداره) می‌باشد. (میله فاصل و یا اسپیسر جزئی از یک پنجره می‌باشد که بین ورقه‌های شیشه جدایی می‌افکند. غالباً اسپیسرها میزان عایق بودن را در لبه‌های شیشه کاهش می‌دهند). از آنجایی که پنجره تک جداره با یک فریم فلزی دارای ضریب هدایت حرارتی کلی تقریبا برابر با شیشه به تنهایی می‌باشد، قبل از آن که پنجره¬ها و نورگیرهای چند لایه و تشعشع پایین و پر شده از گاز بطور گسترده¬ای مورد استفاده قرار بگیرند، اثرات نوع فریم و اسپیسر چندان مورد توجه نبود.

با رشد اخیر، گزینه‌های مربوطه به بهبود حرارتی شیشه‌ها توسط سازندگان ارائه می‌شود، اکنون خواص فریم و اسپیسر می‌تواند دارای اثر قطعی و قابل توجهی بر روی ضریب هدایت حرارتی مربوط به پنجره‌ها و نورگیرها بگذارد. در نتیجه از آنجایی که سازندگان طراحی‌های بهبود یافته‌ای را در این زمینه ارائه می‌نمایند، گزینه‌های مربوط به انتخاب فریم و اسپیسر چندین برابر شده است.

فریم‌های پنجره‌ها می‌تواند از آلومینیوم، فولاد، چوب، یوپی‌وی‌سی، فایبرگلاس و یا ترکیبی از این مواد ساخته شده باشد. فریم‌های یوپی‌وی‌سی، چوبی و فایبرگلاسی از فریم‌های فلزی بیشتر عایق می‌باشند. برخی فریم‌های آلومینیومی بگونه‌ای طراحی شده‌اند که یک سد حرارتی 1 از جنس ماده غیر فلزی (که باعث کاهش عبور حرارت از فریم می‌گردد) در درون آن‌ها قرار گرفته است. فریم‌های آلومینیومی دارای سد حرارتی می‌توانند به میزان قابل توجهی در برابر جریان حرارت نسبت به فریم¬های آلومینیومی بدون سد حرارتی مقاومت نمایند. فریم‌های ترکیبی که دو یا چند نوع ماده ساخته شده‌اند ( بعنوان مثال فریم‌های چوبی تزئین شده با آلومینیومی و یا وینیل) به منظور بهینه نمودن طراحی و عملکرد فریم ساخته شده‌اند غالباً عایق بودن آن‌ها حد وسط میان عایق بودن مواد سازنده می‌باشد. همانند اثر نوع ماده سازنده فریم، شکل هندسی آن نیز تا حد زیادی خواص مربوط به عملکرد حرارتی پنجره‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اسپیسرها می‌توانند از آلومینیوم، فولاد، فایبرگلاس، فوم و یا ترکیبی از این مواد ساخته شده باشند. عملکرد حرارتی اسپیسرها تا حد زیادی تابع شکل هندسی آن‌ها می‌باشد. به عنوان مثال برخی اسپیسرهای فلزی با طراحی مناسب دارای میزان عایق بودن برابر با فوم می‌باشند.

در جدول شماره یک ضرایب هدایت حرارتی انواع شیشه‌های پنجره با ترکیب انواع شیشه‌ها، فریم‌ها و اسپیسرها در شرایط مربوط به طراحی در زمستان آورده شده است. گنبدها و دیگر اشکال شیشه‌ای دارای سطوح غیرعمود بر سطح افق و نورگیرهای شیبدار و افقی به علت جهت و نیز سطوح موثر بیشتر برای ورود نور خورشید1 بطور قابل توجهی دارای ضرایب هدایت حرارتی بالاتری نسبت به پنجره‌های عمودی ساخته شده از همان نوع شیشه و سطح باز می‌باشند.

 

نوع شیشه	ضریب هدایت حرارتی برحسب (BTU/hr-ft2 -°F)
	فریم وینیلی و یا چوبی با اسپیسر عایق	فریم آلومینیومی با سد حرارتی و اسپیسر معمولی	فریم آلومینیومی بدون سد حرارتی و اسپیسر معمولی
تک جداره	-	1.07	1.30
دوجداره با اسپیسر 12 میلی متری پرشده از هوا	0.48	0.62	0.81
دوجداره با اسپیسر 12 میلی متری و یک ورق تشعشع پایین با ضریب تشعشع 2/0 پرشده از هوا	0.39	0.52	0.7
دوجداره با اسپیسر 12 میلی متری و یک ورق تشعشع پایین با ضریب تشعشع 1/0 پرشده از هوا	0.37	0.49	0.67
دوجداره با اسپیسر 12 میلی متری و یک ورق تشعشع پایین با ضریب تشعشع 1/0 پرشده از آرگون	0.34	0.46	0.64
سه جداره با اسپیسر 12 میلی متری و دو ورق تشعشع پایین با ضریب تشعشع 1/0 پرشده از آرگون	0.23	0.36	0.53

 

جدول 1- ضریب هدایت حرارتی انواع محصولات شیشه ای (اعداد جدول فوق برای شیشه با ابعاد 3 در 5 فوت مربع می‌باشند و با تغییر ابعاد شیشه ضریب هدایت حرارتی آن اندکی تغییر می‌کند.)

جلوگیری از میعان ( بخار گرفتگی )

هوا می‌تواند مقادیر متفاوتی از بخار آب و یا رطوبت را در خود نگاه دارد. هرچه که دمای هوا بیشتر باشد مقدار بیشتری از رطوبت را می‌تواند در خود نگه دارد. مقدار رطوبت در هوا برحسب درصد رطوبت موجود نسبت به ماکزیمم رطوبتی که در یک دمای مشخص هوا می‌تواند در خود نگه دارد بیان می‌شود.

به منظور سلامتی و آسایش بیشتر، هوای داخل ساختمان باید حاوی مقداری رطوبت باشد. در دمای معمولی اتاق عموماً رطوبت نسبی باید در محدوده 30 تا 40 درصد باشد.

با افزودن مقداری رطوبت به هوا و یا پایین آوردن دما می‌توان رطوبت نسبی هوا را افزایش داد. زمانی که رطوبت نسبی هوا به 100 درصد برسد، دیگر نمی‌تواند مقدار بیشتری رطوبت را در خود نگاه دارد و آب شروع به میعان از هوا می‌نماید. دمایی که در آن این میعان اتفاق می‌افتد دمای شبنم (نقطه شبنم2) هوا نامیده می‌شود.

زمانی که هوای حاوی رطوبت در تماس با سطوح سرد در ساختمان باشد، هوا می‌تواند تا رسیدن به دمای شبنم خود سرد گردد که این مسئله به پیدایش میعان (نشستن رطوبت ) بر روی این سطوح منجر گردد.

پنجره‌ها عامل بوجود آورنده میعان نمی‌باشند، اما بطور تاریخی پنجره‌ها اولین و آشکارترین مناطقی از ساختمان بوده‌اند که میعان بر روی آن‌ها رخ می‌دهد. این مسئله بدین خاطر است که پنجره‌ها عمدتاً دارای مقاومت حرارتی کمتری نسبت به دیوارها، سقف و کف ساختمان می‌باشند و بنابراین دمای سطوح داخلی آن‌ها معمولاً پایین‌تر از سطوح دیگر داخل ساختمان در هوای سرد می‌باشد. در صورتی که هوا به اندازه کافی حاوی رطوبت باشد، زمانی که در تماس با سطوح سرد پنجره قرار می‌گیرد، میعان در آن رخ می‌دهد.

میعان اکثراً به عنوان مشکل زمستان در آب و هواهای سرد در نظر گرفته می‌شود. به هر حال در آب و هواهای گرم و مرطوب، رطوبت می‌تواند بر روی سطوح خارجی پنجره¬های با میزان عایق بودن پایین در یک ساختمان دارای تهویه مطبوع نماید.

میعان می‌تواند به فریم‌های پنجره‌ها، آستانه پنجره 1 و پرده‌های داخلی آسیب برساند ( گرچه این مسئله تا کنون چک نگردیده است). رطوبت می‌تواند به رنگ‌های اطراف محیط، کاغذ دیواری، گچ و مبلمان داخل نیز آسیب برساند. در شرایط حاد، رطوبت می‌تواند به درون دیوارهای مجاور نفوذ نماید و به درزبندی و فریم، آسیب برساند.

در صورت وجود جریان هوای در تماس با پنجره‌ها به همراه استفاده از پنجره‌های با مقاومت حرارتی بیشتر، به علت آنکه در شرایط هوای سرد دمای سطح داخلی شیشه بالاتر می‌ماند (نسبت به زمانی که شیشه‌های تک جداره و اسپیسرهای سنتی و یا فریم‌های فلزی استفاده شود). احتمال رسیدن دمای هوا به دمای شبنم کمتر می‌گردد.

در شکل شماره 2 برای پنج نوع شیشه با مقادیر ضرایب هدایت حرارتی بسیار متفاوت، شرایطی را که در آن شرایط میعان در مرکز شیشه رخ می‌دهد نشان داده شده است.

 

 

این نمودار بطور واضح نشان می‌دهد که با افزایش میزان عایق بودن شیشه، احتمال وقوع میعان در مرکز شیشه کاهش می‌یابد. حتی در شرایط دمایی 34- درجه سانتی گراد در بیرون، قبل از وقوع میعان بر روی یک پنجره سه جداره همراه با دو پوشش تشعشع پایین که از گاز پر شده است، باید رطوبت نسبی محیط داخل به بالای 70درصد برسد. به عبارت دیگر در دمای 12- درجه سانتی گراد در بیرون از ساختمان، پدیده میعان بر روی یک شیشه تک جداره معمولی در رطوبت نسبی 18% رخ خواهد داد. به علت آن که میزان عایق بودن پنجره‌ها در اطراف فریم و اسپیسر کمتر می‌باشد، احتمال وقوع میعان در این نقاط بیشتر می‌باشد. با وجود انواع شیشه‌های عایق در دسترس، تلاش‌های انجام گرفته در جهت جلوگیری از میعان به سمتی سوق داده شده است که میزان عایق بودن فریم¬ها و اسپیسرها بیشتر گردد.

توصیه‌هایی برای انتخاب ضریب هدایت حرارتی ( فاکتور U) پنجره‌ها

در زمان خرید پنجره و یا نورگیر به این مسئله کاملاً توجه نمایید که ضریب هدایت حرارتی لیست شده توسط سازنده مربوط به کل پنجره می‌باشد. به علت اثرات مربوط به اسپیسر و فریم، در صورتی که ضریب هدایت حرارتی بیان شده مربوط به شیشه به تنهایی باشد، ممکن است ضریب هدایت حرارتی کل پنجره بطور قابل توجهی بیشتر از ضریب هدایت حرارتی بیان شده برای پنجره به تنهایی باشد. با کاهش مجموع مساحت پنجره این اثرات کاهش می‌یابد. انواع مختلف پنجره‌ها را با استفاده از ضریب هدایت حرارتی کل که بهترین روش بدست آوردن آن‌ها بر چسب‌های NFRC می‌باشد مقایسه نمائید. (به بخش برچسب‌ها و درجه‌بندی پنجره‌ها از لحاظ انرژی مراجعه شود). درجه‌بندی‌های جدید پنجره‌ها از لحاظ انرژی و    برنامه کامپیوتری RESFEN می‌توانند برای تخمین مصرف انرژی نسبی مربوط به یک پنجره با ضریب هدایت حرارتی و نوع مشخص مورد استفاده قرار بگیرند.

در صورت امکان از پنجره‌های آلومینیومی بدون سد حرارتی اجتناب نمایید. حتی در شرایط آب و هوایی معتدل، این نوع پنجره‌ها در فصول سرد، دمای سطح داخلی آن‌ها پایین می‌آید و امکان وقوع مشکل میعان وجود خواهد داشت. پنجره‌های فریم آلومینیومی دارای سد حرارتی با طراحی مناسب می‌توانند در آب و هواهای معتدل مورد استفاده قرار گیرند. برای دستیابی به بیشینه میزان عایق بودن، بهترین مواد چوب، یوپی‌وی‌سی و فایبرگلاس می‌باشد.

در آب و هواهای سرد، استفاده از پنجره‌های تک جداره غیرعملی می‌باشد. در این مناطق پنجره‌های چندجداره تشعشع پایین و پر شده از گاز توصیه می‌گردد. در اغلب شرایط آب و هوایی شیشه‌های با پوشش تشعشع پایین و پر شده از گاز مخصوص می‌توانند یک انتخاب مناسب برای پنجره از لحاظ صرفه جویی در انرژی با در نظرگرفتن قیمت مناسب باشند. پرکردن از گاز به همراه پوشش‌های تشعشع پایین امروزه یک گزینه رایج برای بسیاری از تولیدکنندگان می‌باشد که مجموع هزینه آن‌ها را کاهش می‌دهد. ضریب هدایت حرارتی مجموع پنجره باید 2/8 وات بر مترمربع بر درجه کلوین و یا کمتر از آن و برای دستیابی به بیشینه صرفه جویی در انرژی زیر 2/3 وات بر مترمربع بر درجه کلوین باشد. مصرف کنندگان پنجره‌ها باید پنجره‌ها باید پنجره‌ای را انتخاب نمایند که دارای زمان گارانتی طولانی‌ای باشد. علت این مسئله آن می‌باشد که زمان گارانتی طولانی‌تر بیانگر طراحی و ساخت بهتر شیشه می‌باشد و بنابراین احتمال آسیب دیدن درزبند و یا نشت گاز که عملکرد شیشه دوجداره را پایین می‌آورد کاهش می‌یابد. به خاطر داشته باشید که هرچه ضریب هدایت حرارتی پنجره‌ها و نورگیرها کمتر باشد به معنای مصرف انرژی پایین‌تر، هزینه‌های پایین‌تر و راحتی بیشتر در فضای زندگی می باشد.

کنترل نور خورشید

عبور نور خورشید از پنجره‌ها و نورگیرها در فصول سرما می‌تواند باعث گرمایش مجانی ساختمان‌ها گردد ولی در فصول گرما باعث می‌شود که داخل ساختمان بیش از حد گرم گردد. وابسته به جهت سایه و آب و هوا هزینه‌های ناشی از نور خورشید در فصول گرم می‌تواند بیشتر از مزایای ناشی از گرم شدن ساختمان در فصول سرد در بسیاری از مناطق ایالات متحده آمریکا باشد. در حقیقت عبور نور خورشید از پنجره‌ها و نورگیرها در برخی مناطق آب و هوایی مسبب 30 درصد و یا بیشتر از هزینه‌های سرمایش ساختمان‌های مسکونی در فصول گرم می‌باشد.

به علت آن که موقعیت خورشید در آسمان در طول روز و از یک فصل به فصل دیگر تغییر می‌نماید، جهت پنجره‌ها دارای اثر زیادی بر روی میزان حرارت بدست آمده از خورشید دارد. شکل شماره 3 میزان دستاورد انرژی خورشید از یک پنجره شفاف با ضخامت 3 میلی‌متر را برای پنجره‌های مختلف در روزهای بسیار روشن در فصول سرما و گرما در عرض جغرافیایی 40 درجه شمالی نشان می‌دهد.

 

پنجره‌های جنوبی، اجازه ورود حداکثر مقدار انرژی خورشید را می‌دهند و در فصول سرما دارای بیشترین پتانسیل جذب انرژی خورشید می‌باشند. این در حالی می‌باشد که این نوع پنجره‌ها مقدار نسبتاً کمی از نور خورشید را درفصول گرما از خود عبور می‌دهند. برعکس این مسئله برای نورگیرها و پنجره‌های شرقی و غربی صادق می‌باشد. پنجره‌های شمالی در هر زمان حداقل مقدار انرژی خورشید را از خود عبور می‌دهند. اهمیت نهایی این اثرات آب و هوایی و جهت، وابسته به نوع شیشه مورد استفاده می‌باشد. ضریب دستاورد انرژی حرارتی خورشید SHGC میزان نرخ جریان حرارت خورشیدی از یک پنجره و یا نورگیر می‌باشد.(ضریب سایه (SC) استاندارد قبلی در این مورد بوده و نشان دهنده قابلیت تضعیف انرژی خورشیدی می‌باشد و برای یک پنجره ساده تقریبا برابر ضریب دستاورد انرژی حرارتی خورشید که در 1/5 ضرب شده است می‌باشد). ضرائب دستاورد انرژی خورشید به مصرف کنندگان اجازه می‌دهد که خواص عبور انرژی خورشید انواع مختلف نورگیرها و پنجره‌ها را با یکدیگر مقایسه کنند. در ضریب دستاورد انرژی خورشید هم انرژی عبوری از اجزاء شفاف پنجره و هم انرژی عبوری از فریم و قاب مات لحاظ شده است.

 

لایه‌های اضافی شیشه سدهای بیشتری را در برابر تشعشع خورشید ایجاد کرده و بنابراین ضریب بدست آوردن انرژی خورشید پنجره را کاهش می‌دهند. شیشه‌های رنگی1 (مانند شیشه‌های برنز و سبز) دارای ضریب دستاورد انرژی خورشید پایین‌تری نسبت به شیشه شفاف می‌باشند.

پوشش‌های تشعشع پائین می‌توانند بگونه‌ای مهندس و طراحی گردند که بتوانند ضرایب دستاورد انرژی خورشید را با انعکاس مقدار بیشتری از انرژی خورشیدی برخوردکننده به پنجره، کاهش دهند.

شیشه‌های با قابلیت عبور طیف‌های انتخابی 2 شامل برخی شیشه‌های پوشش داده شده تشعشع پایین با ضریب دستاورد انرژی حرارتی خورشیدی کم و شیشه‌های جدید آبی روشن و آبی - سبز روشن، در حالی که از عبور مقدار زیادی از خورشید جلوگیری می‌کنند، میزان عبور نور مرئی آن‌ها بالا بوده و دارای رنگ‌های روشن‌تری3 نسبت به شیشه‌های رنگی خاکستری و برنز تیره می‌باشند. استفاده از شیشه‌های دارای پوشش‌های تشعشع پائین با عبور نور مرئی بالا به همراه ورق شیشه رنگی بیرونی می‌تواند با جلوگیری از عبور حرارت جذب شده توسط شیشه بیرونی، میزان حرارت خورشیدی انتقال خورشیدی انتقال یافته به ساختمان را کاهش دهد. شیشه‌های انعکاسی1 (رفلکتیو) با ظاهر آئینه مانند عموماً در ساختمان‌های دفتری مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی گهگاهی از آن‌ها در ساختمان‌های مسکونی نیز استفاده می‌شود. در حالی که این نوع شیشه‌ها دارای ضرایب دستاورد انرژی پایین می‌باشند، از عبور مقدار زیادی از نور مرئی جلوگیری کرده و به نظر می‌رسد که آن‌ها عموماً برای ساختمان‌های مسکونی مناسب نیستند.

در جدول شماره 2 ضرایب دستاورد انرژی حرارتی و نیز عبور نور مرئی خورشید برای شیشه‌های معمولی با فریم چوبی و یا وینیلی به همراه فاصل‌های آلومینیومی آورده شده است. (پنجره‌های فریم آلومینیومی با ابعاد قابل مقایسه با پنجره‌های فوق و همان نوع شیشه عموماً ضرایب دستاورد انرژی حرارتی آن‌ها کمی بالاتر بوده و دلیل این مسئله فریم‌های نازک‌تر و اندازه شیشه بزرگ‌تر می‌باشند).

 

نوع شیشه	عبور نور مرئی خورشید		ضریب دستاورد انرژی حرارتی
	شیشه به تنهایی	کل پنجره	شیشه به تنهایی	کل پنجره
شیشه تک جداره شفاف	90	66	86	66
شیشه تک جداره برنزی رنگ	68	50	73	56
شیشه تک جداره سبز	82	60	71	55
شیشه تک جداره دارای فیلم کنترل کننده نور خورشید رئروفیت	25	18	40	33
دوجداره شفاف با اسپیسر 12 میلی‌متری پر شده از هوا	81	59	76	59
دوجداره با ورق بیرونی برنزی رنگ با اسپیسر 12 میلی‌متری پرشده از هوا	62	45	62	49
دوجداره با ورق بیرونی سبز رنگ با اسپیسر 12 میلی‌متری پرشده از هوا	75	54	60	47
دوجداره با اسپیسر 12 میلی‌متری شفاف و یک ورق تشعشع 0/2 پر شده از هوا	76	55	65	51
دوجداره با اسپیسر 12 میلی‌متری و یک ورق تشعشع پایین با ضریب تشعشع 0/8 پر شده از هوا	45	33	35	29
دوجداره با اسپیسر 12 میلی‌متری و یک ورق تشعشع پایین دارای عبور انتخابی با ضریب تشعشع 0/4 پر شده از آرگون	72	52	40	33
سه جداره با اسپیسر 12 و یا 10 میلی‌متری و دو ورق پایین با ضریب تشعشع 0/081 پرشده از آرگون یا هوا	68	50	49	39

جدول شماره 2 – ضرایب دستاورد انرژی حرارتی و میزان عبور نور مرئی از انواع مختلف پنجره. اعداد این جدول بر اساس شیشه با ابعاد 3 در 5 فوت و با فریم آلومینیومی و یا چوبی و وینیلی محاسبه  گردیده‌اند و با تغییر اندکی می‌نماید.

 

محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش

اشعه ماوراء بنفش یکی از اجزاء اصلی نور خورشید می‌باشد که در صورت عبور نور خورشید از پنجره‌ها و نورگیرها می‌تواند به پرده‌ها، فرش‌ها، مبلمان و رنگ‌های ساختمان آسیب رسانیده و آن‌ها را کمرنگ نماید. برخی تلاش‌ها برای ساخت شیشه‌هایی که انرژی ماوراء خورشید را از خود کمتر عبور دهند به نتایجی رسیده است. در حالت کلی پنجره‌ها و نورگیرهای دارای لایه‌های پلاستیکی و یا پوشش‌های تشعشع پایین عبور نور ماوراء بنفش خورشید را کاهش می‌دهند. حتی در صورت عدم وجود اشعه ماوراء بنفش، نور مرئی به تنهایی می‌تواند باعث کمرنگ شدن تجهیزات و دیگر مبلمان داخل ساختمان می‌گردد.

توصیه‌هایی برای کنترل انرژی خورشید

مصرف کنندگان در مورد انتخاب پنجره برای کنترل نور خورشید باید دو جنبه را در نظر بگیرند. یکی جنبه انتخاب خود و دیگری انتخاب تجهیزات پدیدآورنده سایه داخلی و یا خارجی می‌باشد. پنجره‌های سنتی با شیشه‌های شفاف نیازمند استفاده از تجهیزات پدیدآورنده سایه برای بدست آوردن عملکرد مناسب ( مخصوصاً زمانی که جهت پنجره به گونه¬ای باشد که در تابستان اجازه ورود انرژی خورشید به داخل ساختمان را بدهد). بهرحال پنجره‌های مدرن با عملکرد بالا می‌توانند کار تجهیزات پدید آورنده سایه را برای کنترل انرژی نور خورشید را انجام دهند.

ضرایب دستاورد انرژی حرارتی خورشید در حالت ایده‌آل باید مطابق جهت پنجره انتخاب گردند ولی در اجرا همیشه این مسئله را نمی‌توان عملی نمود. در صورتی که تابش انرژی خورشید از پنجره‌های جنوبی در فصول سرما قابل توجه و با اهمیت باشد، ضرایب دستاورد انرژی حرارتی باید بالا باشد. معمولاً به علت آنکه عبور میزان انرژی خورشید در پنجره جنوبی در فصول گرما پایین‌تر می‌باشد (مخصوصاً زمانی که طاق نمای1 مناسب وجود داشته باشد)، بالا بودن ضرایب دستاورد انرژی حرارتی خورشید در فصول گرما منجر به گرمایش بیش از حد ساختمان نمی‌گردد.

نورگیرها و پنجره‌های قرار گرفته در جهات شرق و غرب بعلت آنکه در فصول گرما انرژی حرارتی خورشیدی بیشتری را به داخل ساختمان منتقل می‌کنند ممکن است نیازمند به ضرایب دستاورد انرژی حرارتی پایین‌تر باشند. در اکثر شرایط آب و هوایی استفاده از پنجره‌های با ضرایب دستاورد انرژی پایین برای پنجره‌های شمالی از نظر اقتصادی به صرفه نمی‌باشد.

در آب و هواهای گرم و دارای نور خورشید زیاد، پنجره‌هایی که دارای طیف عبوری انتخابی بوده و دارای ضرایب دستاورد انرژی حرارتی خورشید پایین بدون کاهش میزان نور مرئی می‌باشند را باید انتخاب نمود. شیشه‌های تیره دارای ضرایب دستاورد انرژی حرارتی پایین می‌باشند ولی این نوع شیشه‌ها دارای عبور نور مرئی پایین¬تری بوده و بخصوص در شب دید را کاهش می‌دهند. در شرایطی که کاهش درخشش دارای اهمیت می‌باشد استفاده از این نوع شیشه‌ها ممکن است مطلوب باشد ولی در دیگر شرایط استفاده از این شیشه‌ها مناسب نیست. در آب و هواهایی که هزینه‌های سرمایش بالا است دنبال پنجره‌هایی بگردید که ضرایب دستاورد انرژی حرارتی خورشید آن‌ها 0/4 و یا کمتر باشد. برای اینکه عبور نور مرئی بالا و دید خوب داشته باشید شیشه‌هایی را انتخاب نمائید که عبور نور مرئی آن‌ها 6/0 و یا بالاتر باشد.

در برخی از شرایط آب و هوایی گرم که دارای زمستان معتدل می‌باشند، استفاده از یک شیشه تک‌جداره که ضریب دستاورد انرژی حرارتی خورشید آن پایین می‌باشد ممکن است مناسب‌تر از یک شیشه دوجداره معمولی به نظر برسد. به هرحال شیشه‌های تک جداره دارای کنترل نور خورشید محدودتری می‌باشد. (حتی اگر شیشه لمینیت و یا فیلم‌های پلاستیکی چسبیده به شیشه‌ها مورد استفاده قرار گیرند). و بنابراین یک پنجره دوجداره که در بالا توصیف شده است می‌تواند در کل حتی در آب و هواهای گرم به عنوان بهترین راه حل درنظر گرفته شود.

تجهیزات پدیدآورنده سایه داخلی و یا خارجی مانند حفاظ، صفحات بادگیر، پنجره کرکره، پرده رولری و انواع پرده برای پدید آورده سایه در مورد شیشه‌های شفاف بسیار لازم می&zwnj