شیشه کم گسیل (Low-E) در ساختمان

در این نوشته شیشه کم گسیل(Low-E) که یکی از محصولات علم نانوتکنولوژی در ساختمان است را معرفی و ساختار آن را تشریح می نماییم و به بررسی عملکرد این شیشه ها در کاهش مصرف انرژی و بهبود شرایط آسایش در ساختمان می پردازیم.

پوشش آبگریز شیشه EC-211

قیمت :180,000 تومان

مقایسه

0 out of 5

برچسب هوشمند مات شونده

قیمت :5,500,000 تومان

مقایسه

0 out of 5

شیشه هوشمند مات شونده

مقایسه

5.00 out of 5

به طور کلی شیشه های ساختمانی در انواع مختلفی از شیشه های معمولی با ضخامت های مختلف گرفته تا شیشه های ایمن و ضد ضربه که در برابر ضربه مقاوم بوده و در هنگام شکستن ایمن هستند تا شیشه های خود تمیز شونده و در نهایت شیشه های کم گسیل که از تکنولوژی نانو در ساخت آنها استفاده می گردد.

در مقاله ای که با عنوان برچسب عایق حرارتی شیشه ساختمان پیش از این منتشر شد گفتیم بهبود وضعیت آسایش حرارتی، ایمنی ساکنان و بهینه سازی مصرف انرژی عمده دلایل  استفاده از این ویندوفیلم ها بر روی شیشه های ساختمان هستند. در اینجا باید بگوییم که شیشه های کم گسیل نیز از نظر عملکردی و تکنولوژی ساخت بسیار شبیه به برچسب های عایق حرارتی می باشند. در عین حال شیشه کم گسیل محاسنی در عملکرد دارند که در استفاده از ویندو فیلم حرارتی حاصل نشود. البته در اینجا لازم به یادآوری است که بر چسب عایق شیشه راهکاریست که بدون تعویض شیشه ها می توان از مزایای آن در ساختمان بهره جست.

شیشه کم گسیل (Low-E) چیست

شیشه کم گسیل یا شیشه Low-E دارای پایه ای از شیشه های معمولی هستند که بوسیله فنون علم نانوتکنولوژی با لایه ای کم گسیل پوشانده می شود و این لایه کلیه خواصی که در خصوص ویندو فیلم ارائه شد را با خود دارد و با پوشش بر روی شیشه این ویژگیها منحصر به فردی را به شیشه اضافه می کند.

پوشش نانویی که بر روی شیشه Low-E ایجاد می شود دارای خاصیت عبور زياد در محدوده مرئی نور خورشيد و بازتابش زياد انرژی حرارتی خورشيد در طیف موجی حرارت زا هستند. بنابر اين پوشش کم گسیل طوري طراحي شده که بازتابش فروسرخ با طول موج بلند آن زياد بوده ولي بازتابش گستره مرئی آن کم است. این پوشش باعث افزایش مقاومت هدایت حرارتی یا کاهش ضریب انتقال حرارت رسانشی نیز می گردد. مشابه پوشش ویندو فیلم های ساختمانی این پوشش های نانو نیز مانع از ورود درصد بالایی از اشعه مافوق بنفش یا UV خورشید به داخل ساختمان می شوند.

همانطور که گفته شد شیشه کم گسیل از عبور طیف گرما زای نور خورشید تا حد زیادی جلوگیری می کند در صورتی که هیچ تاثیری بر عبور طیف نور مرئی جهت تامین روشنایی طبیعی فضاها ندارد و این یکی از بزرگترین محاسن پوشش های Low-E است که با وجود تامین عادی نور طبیعی ساختمان از طریق جداره های نورگذر مانع از نفوذ گرمای تشعشعی خورشید به داخل ساختمان می شود. این موضوع نیز از تلفات انرژی در ساختمان جلوگیری می کند، به خصوص در شهر های با تابش زیاد خورشید و نیاز سرمایی زیاد این راهکار می تواند سهم بالایی از انرژی مصرفی سیستم سرمایش را کاهش دهد.

براساس جداول مبحث 19 مقرارت ملی ساختمان ضریب انتقال حرارت (U) شيشه معمولي که به صورت عمودی شده باشند حدودا معادل  5/8 وات بر مترمربع کلوین مي باشد(بدین معنی که به ازای هر درجه اختلاف دما بین داخل و خارج فضا در هر متر مربع از شیشه 5/8 وات حرارت از طریق رسانش مبادله می گردد) و برای شیشه هایی که به صورت افقی نصب شده باشند این ضریب معادل 6/9 وات بر مترمربع کلوین است.  در صورتی که از شیشه های معمولی به صورت دوجداره در حالت عمودی استفاده گردد ضریب انتقال حرارت تا حدود 2/6 تا 3/3 کاهش می یابد. همچنین ضریب انتقال حرارت شیشه های معمولی دوجداره افقی بین 3/1 تا 3/6 وات بر مترمربع کلوین می باشد.

ضریب انتقال حرارت شیشه های دو جداره که شیشه های Low-E تهیه شده و به صورت عمودی استفاده می شوند از حدود 1/2 تا 2/3 وات برمترمربع کلوین و درحالت افقی بین 2/2 تا 2/9 اعلام شده است(مبحث 19 مقرارت ملی ساختمان). مشاهده می شود که با نصب شیشه کم گسیل در جدارهای نورگذر ساختمان در شرایط نصب یکسان انتقال حرارت هدایتی (تلفات از طریق رسانش) در پنجره ها و نورگیر های ساختمان که با ضریب انتقال حرارت جدار نسبت مستقیم دارد به حدود نصف کاهش می یابد.این موضوع علاوه بر اینکه ظرفیت طراحی سیستم ها و تجهیزات تاسیساتی را کاهش می دهد در کاهش مصرف انرژی سیستم های حرارتی و برودتی بسیار موثر بوده و در هزینه های اولیه تاسیسات سرمایش گرمایش و هزینه های جاری مصرف انرژی و تعمیر و نگهداری آنها صرفه جویی مالی حاصل می شود.

نمودار عملکرد شیشه کم گسیل بر روی طیف تابش خورشیدی

شیشه کم گسیل (Low-E) چه مزایایی دارد

همانطور که در بررسی مزایای ویندو فیلم ساختمانی ذکر گردید استفاده از جداره های نورگذر در ساختمان ها برای بهره گیری از نور طبیعی در داخل ساختمان اجتناب ناپذیر است اما شیشه های معمولی و شیشه دوجداره ساخته شده با این شیشه ها، اجازه عبور بخش اعظمی از تابش گرما زای خورشید را به داخل ساختمان می دهند، پوشش نانو Low-E در شیشه کم گسیل علاوه براینکه اجازه عبور بخش اعظمی از نور طبیعی تابش خورشید (بخش مرئی تابش) را به داخل می دهد مانع از ورودی انرژی حرارتی اضافی خورشید به داخل ساختمان می گردد. در فصلهای سرد پوشش کم گسیل  شیشه  مانع از هدر رفتن گرمای داخل ساختمان از طریق تابش به محیط سرد بیرون می شود و در فصل گرم از ورود تابش گرمایی به داخل جلوگیری می کند.

عملکرد شیشه کم گسیل در کنترل انتقال حرارت رسانش و تابشی در جدارهای نورگذر ساختمان با دو شاخص U-Value و Shading Coefficient اندازه گیری می شود. U-Value یا ضریب انتقال حرارت نشانگر میزان و سرعت انتقال حرارت به طریق رسانش بین ساختمان و محیط پیرامون است. Shading Coefficient نشانگر مقدار عبور انرژی تابشی خورشید می باشد.
همانطور که گفته شد ضریب انتقال حرارت شیشه دوجداره Low-E از شیشه دوجداره معمولی تا حد نصف کاهش می یابد و دامنۀ Shading Coefficient در شیشه کم گسیل بسیار گسترده است. شیشه های Low-E خود دارای انواع با ضریب Shading Coefficient بالا و پایین هستند. شیشه هایی که Shading Coefficient پایینی دارند، مقدار زیادی از انرژی حرارتی خورشید را از خود عبور می دهند و به گرمایش ساختمان کمک می کنند. این نوع از شیشه ها به ویژه برای مناطق سردسیر یا نماهای کم آفتاب مناسب هستند. از سوی دیگر، شیشه های V-Cool که Shading Coefficient بالایی دارند، جلوی عبور گرمای خورشید به داخل ساختمان را می گیرند و در مناطق گرمسیر یا پر آفتاب هزینه سرمایش ساختمان را به شدت کاهش می دهند.

آسایش در کنار شیشه کم گسیل

مزایای استفاده از شیشه کم گسیل بدین شرح است:

• علاوه بر کاهش مصرف انرژی در ساختمان و کاهش هزینه های جاری تامین انرژی تاسیسات سرمایش و گرمایش، شیشه های کم گسیل به کاهش ظرفیت طراحی تجهیزات تاسیساتی نیز کمک نموده و از هزینه های اولیه برای خرید این تجهیزات می کاهند.همچنین هزینه های جاری تعمیرات و نگهداری تجهیزات سرمایش و گرمایش نیزکاهش می یابد.
• شیشه کم گسیل مانع بزرگی برای ورود پرتوهای مضر UV یا مافوق بنفش به داخل ساختمانمی باشد.  اشعه UV عامل رنگ پریدگی و پوسیدگی اثاثیه و بسیاری از بیماری های پوستی است.
• استفاده از شیشه کم گسیل آسایش حرارتی ساکنین را بالا می برد. در ساختمان ها، معمولا اطراف پنجره سردتر از سایر قسمت هاست. این مسئله به ویژه در شب های زمستان بسیار محسوس است و اطراف پنجره را برای استراحت کردن ناخوشایند می نماید. راه حل معمول، افزایش میزان گرمای ساختمان برای کسبآسایش حرارتی در نزدیکی پنجره هاست.
• کاهش مصرف انرژی، یکی از پیامد های اصلی استفاده از این شیشه های در ساختمان هاست. همانطور که گفته شد استفاده از شیشه کم گسیل در ساختمان از تلفات حرارتی و برودتی ساختمان (رسانش و تابشی) جلوگیری نموده و از مصرف بیش از حد انرژی در ساختمان ممانعت به عمل می آورد.

بنابراین توصیه میشود سازندگان و پیمانکاران ساختمانی با در نظر گرفتن مزایای شیشه های کم گسیل در بهبود وضعیت آسایش حرارتی و ایمنی ساکنان و مهمتر از آنها بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه های اولیه و جاری سیستم های سرمایش و گرمایش ساختمان به استفاده از این محصولات اقدام نمایند.

شیشه کم گسیل (Low-E) چه ساختاری دارد

پوشش نانو Low-E که بر روی شیشه کم گسيل ایجاد می شود می تواند بر پایه یک لایه نقره باشد. انواع پوشش شيشه‌ های کم گسيل به صورت تک لایه نقره و دو لایه نقره می باشند. علاوه بر آن برخی از پوششهاي کم گسيل بر پایه اکسيد روی هستند، زيرا فرایند کندوپاشی(sputtered)  آن با نرخ بالا راحت تر صورت می گیرد و ماده اولیه آن یعنی روی ارزانتر از نقره نیز است. در مقابل، برای شیشه کم گسیل با دوام تر از پوشش های بر پایه نيتريدسيلسيوم استفاده می شود که با روش کاتد استوانه‌ای مغناطيسي توليد مي‌شوند. همچنین پوششی که سالهادر اروپا مورد استفاده قرار گرفته، اکسيد قلع است. در بهره گیری از پوشش اکسید قلع، افزودن يک لایه نيتريد سيلسيوم مي تواند دوام آن را زيادتر کند. لازم به ذکر است، با استفاده از مواد سخت و مقاوم در برابر اکسيداسيون، مانند نيتريد سيلسيوم و اکسيد تيتانيوم به ایجاد پوشش های Low-E با دوام و پايدار کمک نموده و شیشه کم گسیل با دوام تری را حاصل می نماید.

ساختار استاندارد پوششهای شیشه کم گسیل

در اروپا وآمریکا اکثر کشورها دارای مراکزی جهت بررسی مسائل مربوط به افت حرارت در شیشه‌های ساختمانها می‌باشند. در امریکا سازندگان شیشه های کم گسیل انجمنی به نام NFRC یا National Fenestration Rating Council دارند که کیفیت محصولات را بررسی می کنند. آنها استانداردهایی را برای اندازه‌گیری خواص اپتیکی خورشیدی، ضریب گسیل، بهره خورشیدی و مقادیر انتقال حرارت هدایتی توسعه داده‌اند. برنامه‌های نرم افزاری این انجمن برای شبیه سازی جریانهای انرژی موجود است. NFRC یک سطح استاندارد، که راندمان نسبی انرژی عایقهای مختلف  در کاربردهای گرمسیری و سردسیری را تعیین می‌کند ، برای مشتری معرفی می کند. در اروپا  استانداردهای ISOو CEN مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فرآیند کندوپاش (Sputtering) در پوشش های کم گسیل

فرآیند کندوپاش در سال 1842 توسط W.R. Grove ثبت شده است. وقتی سطح جامد (یا مایع ) با پرتو اتمی، یونی، الکترونی و یا فوتونی بمباران می شود، با توجه به انرژی جنبشی ذرات بمباران کننده پدیده‌های متعددی می‌تواند اتفاق افتد. فرآیند کندوپاش درانرژیهای تقریبا بالاتر از 4H) 4H آستانه کندوپاش است که در آن H گرمای تصعید اتمهای هدف می باشد) اتفاق می‌افتد. با برخورد این یونهای پر انرژی ( عمدتا یونهای گاز آرگون) به سطح جامد و انتقال انرژی جنبشی آنها به اتمهای سطحی این اتمها از سطح جدا شده و در فضا پراکنده می شوند. این فرایند به کندوپاش موسوم است و بر اساس انتقال اندازه حرکت استوار است که در آن کنده شدن اتمهای هدف همراه با انتقال اندازه حرکت از طریق یونهای بمباران کننده می‌باشد.

نمایی از فرآیند کندوپاش

کندوپاش مغناطیسی(Magnetron Sputtering) 

کندوپاش دارای روشهای مختلفی می‌باشد که از بین آنها کندوپاش مغناطیسی دارای بالاترین سرعت لایه نشانی می باشد، زیرا بواسطه حضور میدان مغناطیسی حرکت الکترونها مارپیچی شده که باعث افزایش مسیر حرکت می‌شود و در اثر آن احتمال برخورد الکترونها با یونها افزایش یافته و باعث افزایش یونیزاسیون و در نتیجه بالا رفتن راندمان کندوپاش می‌شود.بدلیل اینکه نرخ کندوپاش به تعداد یونهای موجود بستگی دارد، پلاسمای متراکم تری مطلوب است. به منظور رسیدن به چگالترین پلاسما، میدان ترکیبی الکترواستاتیک (E) و مغناطیسی(B) استفاده می‌شود. آهنرباهایی که در پشت هدف قرار گرفته اند، میدان مغناطیسی تولید می‌کنند و یک میدان الکترواستاتیکی نیز در راستای عمود بر آن اعمال می‌شود. این میدان الکتریکی به بواسطه اعمال ولتاژ به کاتد ابجاد می‌شود. چنین میدان الکترواستاتیکی، الکترونها را به سمت خلاف کاتد شتاب می‌دهد. اما بایستی الکترونها با یک اتم آرگون یا حتی یک اتم که کندوپاش شده است برخورد کنند و آن اتم را یونیزه خواهند کرد. هر مرتبه که این اتفاق صورت می‌گیرد، یونهای بیشتری تولید می شود و بنابر این نرخ کندوپاش بالاتری بدست می آید. چنین بهبودی در راندمان کندوپاش نکته کلیدی است که باعث می‌شود کندوپاش مغناطیسی از لحاظ تجاری، مهم و مناسب تلقی شود. بنابر این بهینه کردن موقعیت آهنربا به منظور اطمینان از حداکثر یونیزاسیون، مهم است. در کندوپاش مغناطیسی  فرایند لایه‌نشانی از پایداری بالایی برخوردار بوده و چسبندگی لایه به زیر لایه ( در اینجا پوششهای کم گسیل به شیشه ) عالی بوده و لایه انباشت شده بر روی  سطح از یکنواختی بالایی برخوردار است. همین عامل باعث شده که انواع مختلف روشهای کندوپاش مغناطیسی با مودهای مختلف در منبع ولتاژ و قرار گرفتن تارگتها و با طراحیهای مختلف آهنرباها  به عنوان تنها روش لایه نشانی بر روی سطوح بزرگ مطرح باشد.

در ادامه فیلم تهیه شده توسط تیم تحریریه بیلدینگ پلاس جهت معرفی بیشتر عملکرد شیشه کم گسیل در ساختمان و روشهای مختلف ساخت این شیشه ها ترجمه و زیرنویس گذاری شده است.

لطفا نتایج تحقیقات خود و تجربیات استفاده از شیشه کم گسیل(Low-E) را با ما در میان گذاشته و به بیلدینگ پلاس برای کنکاش بیشتر در این مقوله و موضوعات دیگر یاری رسانید.

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”