پنجره های ساختمان

مقدمه
 

در ساده ترین نگاه و تعریف در مورد پنجره های ساختمان می توان گفت، پنجره ها یکی از بخش های اصلی ساختمان هستند که وظیفه ی تأمین روشنایی داخل ساختمان درطول روز، تهویه ی هوا و دید به بیرون را فراهم می آورند. اما در این تعریف هیچ گونه دید مهندسی لحاظ نشده است، حال آن که جنس و محل قرارگیری پنجره ها نقش مهمی در بهره وری انرژی ساختمان بر عهده دارند. پنجره ها صرفاً وظیفه ی عبور پرتو آفتاب به داخل ساختمان جهت تأمین روشنایی در طول روز را به عهده ندارند، بلکه همراه این پرتوی عبوری، انرژی حرارتی خورشید را نیز به داخل ساختمان وارد می نمایند. مضاف بر این که در کنار درهای خروجی، مستعدترین جزء در راستای تبادل حرارت محیط داخل و خارج ساختمان هستند. به بیانی دیگر، بیش ترین اتلاف حرارتی از پنجره ها رخ می دهد که در طول تابستان گرما از محیط گرم بیرون به محیط سرد داخل وارد می شود و در زمستان عکس این حالت اتفاق می افتد و گرما از محیط گرم داخل به محیط سرد خارج منتقل می شود که هر دو نامطلوب است. پس از بحران انرژی سال 1970 کارخانجات سازنده ی پنجره در کشورهای اروپایی و آمریکا به این فکر افتادن تا با طراحی نوین و اصولی پنجره و جانمایی صحیح آن ها در ساختمان، گامی موثر در کاهش اتلاف حرارتی از پنجره ها بردارند. البته صاحبان منازل نیز می توانند اقداماتی انجام دهند که ساده ترین آنها استفاده از پنجره های دو جداره است. این پنجره ها علاوه بر عایق حرارتی، عایق صوتی خوبی نیز هستند.
همان طور که در شکل زیر مشاهده می شود، 10 درصد از تلفات حرارت جداره در ساختمان به پنجره ها مربوط می شود.

تلفات/ جذب حرارت از طریق نشت و یا نفوذ هوا نیز انجام می گیرد. هوا از طریق بازشوهای ساختمان، منافذ، درزها و شکاف ها به ساختمان وارد و یا از آن خارج می شود. نفوذ هوا علاوه بر افزایش مصرف انرژی، سطح راحتی ساکنان را تحت تأثیر قرار می دهد؛ همچنین به دلیل رطوبتی که در هوا وجود دارد، ممکن است باعث زنگ زدگی و پوسیدگی مواد تشکیل دهنده ی پوشش ساختمانی شود. تعیین درزها و نقاط نفوذ هوا با استفاده از دوربین عکس برداری حرارتی مادون قرمز در شکل های زیر نشان داده شده اند. مشاهده می شود که پنجره ها نقش مهمی در اتلاف انرژی ساختمان دارند.

ضریب انتقال حرارت هدایتی پنجره ها تحت عنوان عامل U (2) تعریف می شود که در علم انتقال حرارت به عنوان ضریب انتقال حرارت کلی شناخته می شود و در فرمول زیر به کار می رود:

که در آن:
Q: انرژی مبادله شده بین محیط داخل و خارج بر حسب ژول
A: مساحت سطح انتقال حرارت بر حسب مترمربع
U: ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب ژول بر مترمربع درجه ی سانتیگراد
: درجه ی حرارت داخل ساختمان بر حسب درجه ی سانتیگراد
: درجه ی حرارت خارج ساختمان بر حسب درجه ی سنتیگراد
T: مدت زمان بر حسب ثانیه .

هر چه کیفیت عایق بندی و عدم رسانایی حرارتی پنجره ها بالاتر باشد، مقدار U کوچک تر خواهد بود. امروزه با توجه به پنجره های تولیدی، پنجره هایی که میزان ضریب انتقال حرارت کلی آن ها در حدود 4/0 باشد از استاندارد بهره وری انرژی مناسبی برخوردار هستند. یکی از ترفندهای ساده ای که یم توان در راستای کاهش ضریب انتقال حرارت پنجره ها به کار برد، ایجاد پوشش فلزی بر روی شیشه ها است که این کار توسط کارخانجات سازنده انجام می گیرد و چنین شیشه هایی تحت عنوان شیشه رفلکس و یا آیینه ای شناخته می شوند. خاصیت مهم این شیشه ها این است که مقدار قابل توجهی از پرتوی خورشید تابیده شده به آن، بازتابیده می شود که از نظر مهندسی لقب شیشه های کم تابنده (Low-e) (4) برای آن ها در نظر گرفته شده است. میزان قدرت تابندگی شیشه ها با واژه ی ضریب بهره ی حرارتی خورشید (SHGC) (5) شناخته می شود که مقدار عددی آن اعشاری و بین صفر تا یک است. در صورتی که مقدار SHGC برابر 6/0 باشد به این معنی است که 60 درصد پرتوی خورشیدی تابیده شده به سطح شیشسه از آن عبور و به داخل ساختمان وارد می شود و 40 درصد باقیمانده بازتابیده می شود.
با توجه به این موارد مشاهده می شود که انتخاب پنجره های مناسب با در نظرگیری صرفه جویی مالی و انرژی کار آسانی نیست و بهترین راه برای غلبه بر این مشکل استفاده از دستورالعمل انتشار یافته توسط مراجع مربوطه همچون سازمان بهینه سازی مصرف سوخت است.

پنجره های فعال
 

افراد ساکن در ساختمان های مختلف خواهان وجود شرایط مطلوب حرارتی و برودتی هستند و تأمین این خواسته بر عهده مهندسان تأسیسات است. این مهندسان جهت نیل به اهدف باید از شگردها و ظرایف خاصی بهره ببرند که یکی از آن ها استفاده از پنجره های فعال است؛ اما متاسفانه به دلیل رداشت ناصحیح مهندسان، میزان استفاده از این پنجره ها به هیچ وجه در حد قانع کننده ای نیست. اما اگر با دیدی فنی به این مسائله پرداخته شود. مزایای استفاده از این نوع پنجره ها آشکار خواهد شد. پنجره های فعال سیستمی هستند که در آنی، با روش های مختلف، پنجره های ساختمان در زمان های مشخص و به مدت معینی باز می شوند که زمان و مدت بازشدگی آن ها بر طبق سیستم تهویه ی مطبوع ساختمان مشخص می گردد. در اولین وهله ی زمانی که میان دو ساختمان که یکی دارای پنجره های فعال، و دیگری فاقد آن باشد مقایسه ای انجام پذیرد مشاهده می شود که ساختمان های دارای پنجره فعال گران تر هستند. اما با توجه به صرفه جویی انرژی که انجام می دهند، میزان سرمایه گذاری آن ها به سرعت پوشش داده خواهد شد. تحقیقات موید این امر است که علی رغم وجود بهترین سیستم تهویه ی مطبوع در ساختمان، باز هم ساکنان با باز و بسته کردن پنجره ها درصدد تأمین آسایش دلخواه خود هستند و به نوعی خود را در کارکرد سیستم تهویه ی مطبوع ساختمان دخالت می دهند. همچنین تحقیقات نشان داده اند که ساختمان های دارای پنجره ی فعال از نظر علائم ناخوشایند و بیماری های ناشی از راکد ماندن هوای داخل ساختمان، از شرایط مناسب تری برخوردار هستند. در مورد عدم مقبولیت این پنجره ها می توان گفت متأسفانه در میان مهندسان و اهل فن این باور غلط رواج دارد که سیستم های فوق به مقدار قابل ملاحظه ای انرژی حرارتی / برودتی داخل منزل را به سبب تخلیه آن به هوای بیرون به هدر می دهند در صورتی که این اعتقاد از نگاهی ساده انگارانه نشأت گرفته است. در صورتی که تلفیقی مناسب میان سیستم HVAC و پنجره های فعال ساختمان انجام نپذیرفته باشد، باز بودن پنجره اجازه ی تخلیه هوای مطبوع داخل به محیط آزاد را می دهد و در نتیجه مقداری انرژی به هدر می رود، اما اگر میان سیستم HVAC و پنجره های فعال رابطه ای اصولی برقرار شود، روشی مناسب برای صرفه جویی درمصرف انرژی به دست می آید که این نوع از کارکرد یکپارچه سازی شده حالت ترکیبی (7) نامیده می شود. در نهایت می توان گفت بهترین راه برای دستیابی به روش پربازده تعویض و تهویه ی هوا این است که از ترکیب حالت های مکانیکی و طبیعی استفاده شود. چندین عامل بر روی میزان کارایی و تأثیر تهویه طبیعی به طور جدی اثر می گذارند که شامل ساختار و هندسه ی منزل، (8) هندسه ی پنجره، سرعت و جهت باد، درجه ی حرارت داخل و خارج ساختمان هستند. به عنوان مثال می توان در یک ساختمان چهار حالت را بررسی نمود و درجه ی حرارت و میزان انرژی مصرفی را با توجه به شبیه سازی کامپیوتری به دست آورد و مقایسه کرد. چهار حالت نامبرده شامل موارد زیر می باشند که در واقع حالات استفاده یا عدم استفاده از پنجره های فعال در ساختمان هستند:
1- خنک کردن صرف ساختمان به همراه تهویه ی مکانیکی.
2- خنک کردن صرف ساختمان به همراه تهویه ی طبیعی در دو حالت زیر:
الف) کارکرد پنجره ها بر اساس برنامه ی از پیش طرح شده
ب) کارکرد پنجره ها به صورت دستی بر اساس دلخواه ساکنان.
3- حالت یکپارچه نشده ی سیستم HVAC و پنجره ی فعال.
4- حالت یکپارچه شده ی سیستم HVAC و پنجره ی فعال در سه حالت زیر:
الف) پنجره با سوئیچ های کنترلی.
ب) کنترل به ویسله ی حسگرهای اتاقی.
پ) کنترل به وسیله ساکنان.

با توجه به نتایج حاصله، حالت ترکیبی یکپارچه شده (حالت 4) را می توان به نوعی بهترین حالت از بهبود عملکرد و کارایی انرژی و شرایط دمایی آسایش محیط داخل دانست. در حالت پنجره ی سوئیچی، ساکنان به طور کامل بر موقعیت پنجره ها و میزان درجه حرارت محیط داخل تسلط دارند و هر زمان که ساکنان خواستار هوای گ رم تری از میزان درجه حرارت کاری سیستم HVAC باشند، می توانند با میزان مصرف انرژی کم تر و سطح اسودگی بالاتر به این امر دست پیدا کنند؛ به بیان دیگر بدون این که هیچ گونه اتلاف درجه ی حرارت در طی ساعاتی که ساکنان در ساختمان حضور دارند پیش بیاید، صرفه جویی انرژی حاصل خواهد شد. مهم ترین عامل در انتخاب سیستم ترکیبی هماهنگ شده این است که هر یک از اتاق ها از سیستم HVAC اختصاصی بهره می برند که موجب می شود تا هزینه ی سرمایه گذاری اولیه ی ساختمان به طور فزاینده ای افزایش پیدا کند. البته تمامی اطلاعات مربوط به مصرف انرژی و درجه حرارت، به شدت به شرایط آب و هوایی، هندسه ی ساختمان، فرضیات در نظر گرفته شده در خصوص استفاده از پنجره، نحوه کارکرد HVAC و ساکنان ساختمان مورد نظر وابسته است. با توجه به این وضعیت مشاهده می شود هر ساختمان دارای شرایط خاص خود است و بهترین گزینه برای یک منزل، شاید گزینه ای مناسب برای ساختمان دیگر نباشد.

در صورتی که با دیدی کلی به مقوله پنجره های فعال نگاه کنیم، این حقیقت آشکار خواهد شد که هیچ دلیل قانع کننده ای برای این مطلب که این پنجره ها وسایل اتلاف انرژی هستند، وجود نخواهد داشت. با توجه به موارد بیان شده، واضح است که طراحان سیستم های یکپارچه فوق به دو هدف عمده دست خواهند یافت: جلب رضایت ساکنان ساختمان و کاهش مصرف انرژی.

شیشه های مورد استفاده در ساختمان
 

صنعت شیشه یکی از قدیمی ترین حرفه هایی است که بشر بدان اشتغال داشته است. مصری ها سازنده ی اولین اشیای شیشه ای بوده اند؛ ظروف به دست آمده از حفاری مصر، قدمت پنج هزار ساله دارد. اقوام آریایی نیز با خمیر شیشه آشنا بوده اند و زینت آلات و لوازم منزل خود را از خمیر شیشه می ساختند. در سال 1865 صاحب یک مغازه ی شیشه فروشی در شهر نیویورک با ابتکار خویش حق ثبت و امتیاز بهره بردرای از شیشه های عایق دو جداره را در ایالات متحده به دست آورد. او با مطالعه و آزمایش اثبات کرد که با استفاده از شیشه های دو جداره می توان از خروج گرما و سرمای داخل ساختمان ها به خارج جلوگیری کرد و هوای داخل محیط را بهتر محافظت نمود. در ایران نیز ساخت شیشه قدمت چند هزار ساله دارد. نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ی ساختمانی در ایران در سال 1340 شروع به کار کرد.
شیشه معمولاً ضعیف ترین بخش ساختمان از لحاظ تبادل حرارت است. با ظهور شیشه های رنگی، شیشه های رفلکس، شیشه های Low-e (کم تابش) و شیشه های دو جداره عملکرد حرارتی شیشه های ساختمان بهبود زیادی یافته است. خوشبختانه امروزه ایمنی و امنیت شیشه های ساختمانی افزایش یافته است و استفاده از آن ها در نمای ساختمان ها، با توجه به خواص نوری و حرارتی و میزان عبور انرژی و کاهش آن به منظور کم کردن هزینه های سرمایش و گرمایش، اهمیت چشمگیری پیدا کرده است.
به طور کلی سه روش برای انتقال حرارت از یک نقطه به نقطه دیگر وجود دارد:
الف) هدایت یا رسانایی: در این روش گرما توسط لرزش اتم ها به نقطه دیگر منتقل می شود. از این لحاظ مولکول های شیشه حرارت را به آسانی از خود عبور می دهند. بنابراین با استفاده از شیشه های دو جداره و ایجاد یک فاصله ی هوایی بین دو ورق شیشه می توان تا حد زیادی از انتقال حرارت به این روش نسبت به شیشه تک جداره جلوگیری کرد. هوا و یا گازهایی نظیر آرگون، کریپتون یا گزنون، به میزان زیادی جلوی انتقال حرارت را می گیرند. گازهای ذکر شده نسبت به هوا نارساناتر هستند.
ب) جابه جایی: در این روش گرما با جابه جایی مستقیم مولکول های گرم صورت می گیرد؛ مانند انتقال هوای گرم شده بالای بخاری و گرم نمودن اتاق. به شرط عدم وجود منفذ عبور هوا، شیشه از عبور حرارت به این روش جلوگیری می نماید. در فاصله ی دو ورق شیشه ی دو جداره نیز در صورتی که فاصله بین دو جداره زیاد باشد. انتقال حرارت می تواند به روش جابه جایی صورت بگیرد و بنابراین فاصله دو ورق در شیشه دو جداره نباید از حدی بیش تر باشد. معمول ترین و احتمالاً موثرترین فاصله بین د و ورق از لحاظ بازده حرارتی، 12 میلی متر است.
ج) تشعشع: در این روش هدایت حرارت نیاز به وجود ماده نیست و انتقال حرارت توسط امواج الکترومغناطیس صورت می گیرد. انتقال انرژی خورشید به زمین توسط تشعشع صورت می گیرد. همه مواد، در هر دمایی از خود امواج الکترومغناطیس ساطع میکنند. هر چه که دمای ماده بالاتر باشد، شدت تشعشع بیش تر و طول موج تشعشع نیز کاهش می یابد. زمانی که دست خود را مقابل بخاری گرم بگیرید می توانید تشعشع ساطع شده از بخاری به دست خود را حس کنید. شیشه از لحاظ جلوگیری از انتقال حرارت به واسطه تشعشع ضعیف است و بخشی از انرژی امواج الکترومغناطیس حرارتی می توانن از شیشه عبور کنند. البته میزان عبور در طول موج های مختلف فرق می کند برای کاهش میزان انتقال حرارت به واسطه تشعشع از شیشه های با پوشش خاص، مانند اکسید تیتانیوم، که شیشه های Low-e (شیشه های با تشعشع پایین و یا کم تابش) نامیده می شوند، استفاده می کنند. این نوع شیشه ها امواج حرارتی را تا حد زیادی انعکاس می دهند و از عبور آن جلوگیری می کنند. شیشه ی Low-e نسبت به شیشه ی معمولی تا 5 برابر از عبور امواج حرارتی مربوط به اجسام گرم جلوگیری می نماید. همچنین با استفاده از شیشه های رنگی و رفلکس نسبت به شیشه ی معمولی میزان عبور انرژی خورشید را می توان کاهش داد.

همان طور که گفته شد، خورشید از خود امواج الکترومغناطیس ساطع می کند که بخشی از آن به سطح زمین می رسد. آن بخش از طیف نور خورشید که از لایه ازن عبور می کند و به سطح زمین می رسد به سه دسته تقسیم می شوند که در جدول زیر مشاهده می شوند.

نام طیف	محدوده ی طول موج (نانومتر)	درصد وجود در طیف خورشید
ماوراء بنفش	380-290	2
نور مرئی	780-380	45
مادون قرمز	2500-780	53

نور ماوراء بنفش آن بخش از انرژی خورشید است که عامل اصلی فرسودگی و کمرنگ شدن اشیاء است. نور مرئی آن بخش از انرژی خورشید است که ما مشاهده می کنیم و نور مادون قرمز نیز آن قسمت از انرژی خورشید است که ما آن را به صورت گرما در نور خورشید حس می کنیم. هر سه طیف ذکر شده حامل انرژی گرمایی می باشند، ولی حامل اصلی انرژی گرمایی، اشعه ی مادون قرمز است.
نور خورشید پس از برخورد با اشیاء ممکن است جذب، منعکس و یا عبور داده شود. در صورت جذب شدن انرژی خورشید توسط ماده، آن ماده گرم می شود و همان طور که قبلاً توضیح داده شد، این گرما را دوباره به صورت امواجی با طول موج بیش تر ساطع می کند. در مورد شیشه نیز بخشی از انرژی خورشید از آن عبور می کند، بخشی دیگر انعکاس می یابد و بخشی جذب می شود که انرژی جذب شده از خورشید باعث افزایش دمای شیشه می گردد که بخشی از این گرمای ناشی از افزایش دمای شیشه به داخل منتقل می شود و بخش بیش تر آن به واسطه ی وجود جریان هوا در سطح خارجی به خارج از ساختمان منتقل می شود.
با توجه به این که یکی از منابع اصلی ورود انرژی به داخل ساختمان انرژی خورشید منتقل شده از شیشه است، یکی از فاکتورهایی که در انتخاب شیشه ی مناسب برای ساختمان موثر می باشند، میزان ورود انرژی خورشید به داخل ساختمان است. با دانستن میزان عبور نور و انرژی خورشید می توان شیشه ی مناسب برای شرایط آب و هوایی دلخواه را به دست آورد. در مناطق گرم معمولاً از شیشه هایی استفاده می شود که ضریب به دست آوردن انرژی خورشید آن ها پایین باشد (در کنار در نظر گرفتن عبور نور مرئی بالا). در مناطق سرد نیز معمولاً از شیشه هایی استفاده می شود که ضریب کسب انرژی خورشیدی آن ها بالا باشد (با در نظر گرفتن میزان هدایت حرارتی نسبتاً پایین برای جلوگیری از انتقال گرمای داخل به خارج از ساختمان). با استفاده از شیشه های رنگی، رفلکس و Low-e (مخصوصاً به صورت دو جداره) می توان این میزان عبور انرژی خورشید را پایین آورد.
میزان عبور انرژی حرارتی، به هر سه روش رسانایی، جابه جایی و تشعشع، از شیشه را می توان با استفاده از ضریب هدایت حرارتی مقایسه نمود. ضریب هدایت حرارتی را با استفاده از آزمایش های مخصوص در شرایط خاص که شرایط آن در استانداردهایی مانند ISO و غیره آمده است، می توان به دست آورد. ملاک اصلی در تعیین میزان مصرف انرژی (سرمایش و گرمایش ساختمان) این ضریب است. واحد ضریب هدایت حرارتی، وات بر مترمربع بر درجه کلوین یا سانتیگراد می باشد. مثلاً اگر ضریب هدایت حرارتی شیشه 5 باشد، به معنای آن است که هر مترمربع از شیشه به ازای هر درجه ی تفاوت میان داخل و خارج، 5 وات انرژی را منتقل می کند و اگر مساحت شیشه 2 و دمای داخل ساختمان 20 و دمای بیرون 5- باشد، در آن صورت میزان مجموع انرژی عبوری از داخل ساختمان به خارج برابر با W 250 خواهد بود.
با استفاده از شیشه های دو جداره، به علت وجود فاصله بین دو ورق که از گاز یا هوا پر شده است، و همچنین استفاده از شیشه های Low-e به علت انعکاس امواج حرارتی، می توان میزان ضریب هدایت حرارتی را کاهش زیادی داد.

هدف از ساختن چنین شیشه هایی، قطع ارتباط محیط داخلی و خارجی و تبادل حرارت و برودت این دو محیط است. اساس این شیشه های دو یا سه جداره، بر مبنای ایجاد فضایی خالی پُر از هوای خشک ویا استفاده از گازی بی اثر مانند آرگون، بین دو یا چند صفحه ی شیشه ای است. به همین دلیل هدایت گرما یا سرمای بین جداره های شیشه ها کاهش یافته و از انتقال گرما یا برودت از طریق پنجره بین دو محیط داخل و خارج، به نحو چشمگیری کاسته می شود. استفاده از شیشه های دو جداره علاوه بر کاهش هزینه های سوخت و کاهش آلودگی صوتی تا میزان 40 دسی بل، به عنوان یک عایق حرارتی – برودتی، فضایی آرام و مناسب را جهت زندگی فراهم می آورد. استفاده از شیشه های دو یا سه جداره یکی از بهترین روش های پیشگیری از اتلاف انرژی است که تأثیر آن به تایید محققان کاهش مصرف انرژی رسیده و مطالعات سازمان بهینه سازی مصرف سوخت و انرژی کشور آن را تأیید نموده اند.
تأثیر شیشه های دو یا سه جداره در جلوگیری از انتقال صوت و حرارت در حدی است که واحدهای تولیدی متعددی در سراسر جهان به تولید این نوع شیشه اهتمام می ورزند. امروزه در تولید این شیشه ها از دستگاه ها و روش های پیشرفته ای استفاده می شود. این ماشین آلات به تولید کننده این امکان را می دهد که با سرعت، دقت و کیفیت مطلوب شیشه دو و سه جداره را به صورت یک محصول نهایی در اختیار مصرف کننده قرار دهد. طراحی شیشه های مذکور اصولاً توسط نرم افزارهای پیشرفته ای صورت می گیرد و برنامه ی برشی به طور خودکار به خط تولید انتقال می یابد. با این روش هزینه های طراحی، تولید و محاسبات فروش به حداقل میزان خود کاهش یابد و از بروز خطاها جلوگیری می نماید. در واحدهای تولیدی پیشرفته، پروسه ی تولید شیشه های دو یا سه جداره در ایستگاه های مختلف به شرح زیر در خطوط کاملاً اتوماتیک و رباتیک انجام می گردد:

• ایستگاه تغذیه ی جام شیشه توسط ربات
• ایستگاه برش CNC
• ایستگاه شستشو و خشک کن
• ایستگاه برش و خم CNC اسپیسر
• ایستگاه پرکن سیلیکاژل
• ایستگاه برچسب اولیه (بوتیل)
• نصب و پرس اسپیسر بر روی شیشه و تزریق گاز آرگون به صورت همزمان توسط ربات
• ایستگاه چسب نهایی محیط شیشه (ربات پلی سولفاید)
با توجه به فضای داخلی دو لایه شیشه، امکان نصب پروفیل های دکوراتیو (Gorgian bar) به صورت مشبک با ایجاد کادر با طرح های مختلف، جهت زیبایی، وجود دارد. علاوه بر آن می توان روکش های خاص PVC بر روی سطح لایه بیرونی شیشه نصب کرد. اغلب شیشه های دو جداره ی مورد استفاده در ساختمان های مسکونی از نوع فلوت بی رنگ می باشند؛ ولی با توجه به سلیقه و انتخاب مشتری می توان امکان تولید شیشه ی دو جداره با جداره mm6 در انواع رنگ های متنوع ساده و رفلکس، لامینیت، سکوریت، سیم دار، ضد گلوله و Low-e جهت ساختمان های دولتی و یا مجتمع های تجاری، اداری، مسکونی و بیمارستانی را فراهم آورد.
همچنین امروزه نماهای شیشه ای نیز در ساختمان های مختلف به کار می رود. از جمله پُر کاربردترین این نماها می توان به نمای شیشه ای فریم لس (Hidden frame glass panel) به صورت ثابت و بازشو، و نمای شیشه ای با روکوب آلومینیومی (Siding aluminum glass panel)، اشاره کرد.

قاب پنجره ها
 

ماده ی اولیه ساخت قاب پنجره های مدرن UPVC می باشد که از مخفف کلمات Unplasticised Poly Vinyl Chloride تشکیل شده است. این ماده نوعی ترموپلاست متشکل از مشتقات اصلی نفت خام و نمک طعام است. علاوه بر این ماده اصلی، مواد افزودنی دیگری جهت ایجاد خواص مورد نیاز به ترکیب اضافه می گردد که عدم وجود هر یک از آن ها و یا تغییر میزان به کار رفته در فرمولاسیون، می تواند خواص محصول نهایی تولید شده را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. در فرآیند تولید، مواد مختلفی چون مواد ضد احتراق یا پایدارکننده های حرارتی و نوری (Heat & Light Stabilizers) (استفاده از این مواد موجب افزایش مقاومت پروفیل در برابر شرایط آب و هوایی و نور خورشید می گردد)، ضربه گیرها (Impact Modifier) (استفاده از این مواد باعث انعطاف بیش تر پروفیل و افزایش مقاومت آن در برابر شکستگی می شود)، پر کننده ها (Fillers) (استفاده از این مواد باعث کاهش قیمت، پایداری ابعادی محصول نهایی و بهبود خواص مکانیکی پروفیل می شود)، کمک کننده ها (Processiny Aids) (استفاده از این مواد باعث بهبود فرآیند پذیری آمیزه جهت تولید پروفیل و بهبود خواص سطحی محصول نهایی می گردد)، روان کننده های داخلی و خارجی (Internal & External Lubricants) و رنگ های صنعتی (Pigment) (این ماده رنگ سفید درخشانی به پروفیل می بخشد و از طرفی باعث محافظت آن در برابر نورخورشید می گردد)، به دو ماده ی اصلی فوق اضافه می شود و ترموپلاست UPVC که به علت خواص فیزیکی و شیمیایی جدید یک ماده غیر پلاستیک اطلاق می گردد، به دست می آید.
فرآیند تولید پروفیل UPVC شامل دو مرحله ی اصلی است: مرحله ی میکس و آماده سازی مواد اولیه در دستگاه میکسر، مرحله ی شکل دهی و تولید پروفیل در دستگاه اکسترود. در مرحله ی اول PVC و افزودنی های دیگر، با درصد مشخصی توسط دستگاه میکسر ترکیب سرد و گرم می شوند. مواد ترکیب شده بین 12 تا 24 ساعت در دمای محیط می مانند تا الکتریسیته ی ساکن حاصل از میکس از بین برود و دمای آن با دمای محیط یکسان شود. مواد پس از مرحله ی میکس به صورت اتوماتیک وارد دستگاه های اکسترودر می شوند. دستگاه ا کسترودر شامل دو عدد مارپیچ با چرخش غیر همسو است که مواد را به صورت یکنواخت از قسمت سیلو به طرف قالب هدایت می کند. در این دستگاه عملیات پیش گرم کردن مواد، پلاستیسیته کردن (تبدیل مواد به شکل خمیری) و خروج گازه9ای متصاعد شده صورت می گیرد و سپس شکل گیری پروفیل در قالب ها انجام می شود و بعد از آن وارد قسمت کالیبره و تانک های خنک کننده می گردد. در بخش آخر اطلاعات مربوط به پروفیل روی آن حک می شود و پروفیل در ابعاد مورد نظر توسط اره، برش داده می شود و بسته بندی می گردد. آزمایشگاه های کنترل کیفیت، کیفیت مطلوب و استاندارد محصولات تولیدی را بر اساس استانداردهای روز دنیا از جمله استاندارد RAL GZ 71/61 در تمام مراحل تولید، مواد اولیه و محصول، مورد بازرسی و آزمون قرار می دهند. از جمله آزمایش هایی که بر روی پروفیل های تولیدی انجام می شود، می توان به موارد زیر اشاره نمود:
• رنگ و شکل ظاهری (Colour & appearance & delivery condition): رنگ و شکل ظاهری پروفیل باید عاری از هر گونه نقص، مانند شکستگی و حباب باشد.

• ابعاد (Dimension): تمامی ابعاد باید در محدوده تلورانس مشخص شده در نقشه های ابعادی پروفیل ها باشد.
• وزن در واحد طول پروفیل (Mass per length): حدقال میزان وزن در واحد طول پروفیل نباید کم تر از 95 درصد وزن اسمی تعیین شده برای پروفیل باشد.
• مقاومت ضربه در دمای پایین) (Impact resistance by falling mass at low temperature: 10 : نمونه به مدت یک ساعت در دمای 10- نگه داشته می شود و سپس توسط سقوط یک وزنه ی یک کیلوگرمی در ارتفاع 5/1 متری تحت آزمون ضربه قرار می گیرد. تعداد مجاز جهت شکست پروفیل ها در این آزمون تنها یک نمونه است.
• بازگشت حرارتی (Heat reversion or shrinkage): پروفیل در دمای 100 به مدت یک ساعت نگه داشته می شود که نباید اختلاف طول پروفیل قبل و پس از آزمون بیشتر از 2 درصد باشد.
• رفتار پس از حرارت دهی (Behavior after heating) : پروفیل در دمای 15 به مدت نیم ساعت در آون نگه داشته می شود و سپس تغییرات ظاهری از قبیل حباب و سوختگی، بر روی پروفیل بررسی می گردد که نباید تغییری در ظاهر پروفیل به وجود آید.
• جوش پذیری یا مقاومت جوش (Weld ability or corner strength) : اندازه ی معینی از پروفیل جوش داده می شود و توسط دستگاه مخصوصی تحت نیرو قرار می گیرد. نیروی شکست گوشه ی جوش داده شده نباید کم تر از میزان محاسبه شده برای هر پروفیل باشد.
• انحراف از حالت مستقیم (Deviation from straightness or bending): انحراف پروفیل از حالت مستقیم برای هر یک پروفیل نباید بیش از mm1 باشد.
پروفیل های پنجره ای UPVC دارای سه نوار آب بندی و هوابندی هستند که باعث تحمل فشار پاشش آب تا Pa 450 می شود. از مزایای دیگر این پروفیل ها می توان به طراحی قوسی شکلشان اشاره کرد که باعث زیبایی پنجره ها و بالا رفتن مقاومت مکانیکی آن ها می شود.

ویژگی های پنجره های UPVC :
 

• نظافت ساده
• سبکی وزن و استحکام بالا.
• 100 درصد عایق رطوبت و گرد و غبار.
• مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش UV.
• بیش از 50 سال عمر مفید.
• عدم تغییر شکل در محدوده دمایی 81- 62-.
• کاهش آلودگی صوتی به میزان 30 تا 40 دسی بل.
• صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه سوخت.
• نفوذناپذیری در مقابل باران های شدید، باد و طوفان، گرد و غبار.
• قابلیت استفاده از شیشه های تک، و و سه جداره و انواع توری.
• غیرقابل اشتعال.
• سهولت در نصب.
• سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت.
• قابلیت استفاده از روکش های رنگی.
یکی از مزایای مهم استفاده از پنجره های UPVC صرفه ج ویی در مصرف انرژی و همچنین کاهش صداهای مزاحمی در کلان شهرها است که سبب از بین رفتن آسایش و آرامش در محیط های مسکونی و اداری می گردد. استفاده از پنجره های UPVC به همراه شیشه های دو جداره به دلیل عایق بودن، مصرف انرژی را تا حدود 40 درصد کاهش، و آلودگی صوتی را حدود 40 دسی بل کاهش می دهند. با توجه به این مزایا، استفاده از چنین پنجره هایی هزینه ی خانوار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و از اتلاف سرمایه های ملی (فلزات رنگین و غیررنگین و منابع انرژی) جلوگیری می نماید. این ویژگی ها، پلیمر مذکور را به مناسب ترین جایگزین برای آلیاژهای فلزی و غیر فلزی در صنعت پنجره سازی تبدیل نموده است.

	UPVC	فلزی	آلومینیومی	چوبی
تکنولوژی روز دنیا	ü	-	-	-
سرعت تولید	ü	-	-	-
نصب سریع	ü	-	-	-
قابل شست و شو	ü	-	-	-
حفظ دمای محیط	ü	-	-	ü
سبکی وزن	ü	-	ü	-
نیاز به رنگ	-	ü	-	ü
نفوذ آلودگی	-	ü	ü	ü
تبادل صوت	-	ü	ü	ü
عمر محدود	-	ü	-	ü

مقایسه ای از چوب، آلومینیوم و UPVC :

چوب	آلومینیوم	UPVC
مزایا: عایق خوب معایب: جذب رطوبت، تاب برداشتن و پوسیدن به مرور زمان که در نهایت باعث نفوذ آب و هوا می شود. نیاز به رنگ و نگهداری دائم	مزایا: تاب بر نمی دارد معایب: عایق بسیار بسیار ضعیف. خورده می شود. پوسیده می شود. خراش بر می دارد. جای ضربه، هر  چند کم قدرت، روی آن باقی می ماند. فریم و شاسی به طور مکانیکی (اغلب پیچ های معمولی) به هم متصل شده و گاه به گاه از حالت ثابت  درآمده و پنجره از تنظیم خارج می شود. پنجره های آلومینیومی رنگ شده در معرض خراش و خوردگی هستند. انتقال گرد و غبار به داخل ساختمان.	مزایا: عایق عالی. هوا تحت هیچ شرایطی نفوذ پیدا نمی کند. قابلیت تمیز کردن آسان. مقاوم و ماندگار. پوسته پوسته نمی شود. خراش بر نمی دارد. خورده نمی شود. عملکرد آسان. طراحی مدل پنجره به سلیقه مشتری. پوشش رنگ کامل است و دیگر نیازی به رنگ ندارد. نارساناسازی. معایب: مقاومت با تون خمش و کشش محدود است که البته این مطلب ه م با پروفیل گالوانیزه تقویتی مستحکم می شود تا مشکل بر طرف گردد.

عوامل موثر بر U-Value در یک پنجره:
• طراحی پروفیل.
• پهنای پروفیل.
• تعداد محفظه های پروفیل.
• تعداد لاستیک ها و درصد آب بندی آن ها.
• فاصله ی بین شیشه ها.
• جنس اسپیسر شیشه.
• طول زوارها.
• فاصله گالوانیزه داخل پروفیل از دیواره داخلی.
• طول گالوانیزه ها
• طول فریم پنجره (مجموع طول فریم و سایش پروفیل).
میزان U-Value در مصالح ساختمانی:
مقایسه ی تلفات حرارتی در انواع شیشه و قاب پنجره:

پنجره تک جداره با قاب آلومینیومی ساده	100 درصد
پنجره تک جداره با قاب آلومینیومی بهبود یافته	87 درصد
پنجره تک جداره با قاب UPVC	82 درصد
پنجره دو جداره با قاب آلومینیومی ساده	72 درصد
پنجره د و جداره با قاب آلومینیومی بهبود یافته	60 درصد
پنجره دو جداره با قاب UPVC	54 درصد

یراق آلات
یراق آلات در این نوع پنجره ها به گونه ای طراحی شده اند که محیط پنجره را احاطه می کنند، به راحتی قابل تنظیم هستند و از چهارجهت پنجره را قفل می نمایند. یراق آلات مورد استفاده بسیار مستحکم، وئ در برابر خوردگی و زنگ زدگی بسیار مقاوم هستند، به طوری که به مرور زمان کیفیت خود را از دست نخواهند داد.
انواع یراق آلات: یراق یک طرفه (Turn)، یراق دو طرفه (Tilte & Turn) یراق کشویی (Sliding)، یراق کشویی – لغزشی نیمه اتوماتیک (Title & Sliding Semi Automatic)، یراق کشویی – لغزشی تمام اتوماتیک (Tilte & Sliding Full Automatic)، یراق تاشو (Folding).
این نوع یراق آلات قابلیت حرکت پنجره ها را در جهات مختلف ایجاد می کنند.
 

سایبان داخلی و خارجی
ایجاد سایه بر روی پنجره ها مانع تابش مستقیم آفتاب به سطح شیشه می شود و در نتیجه حرارت ایجاد شده ی ناشی از تابش آفتاب در فضای پشت شیشه به شدت کاهش می یابد. مقدار کاهش به محل سایه ی ایجاد شده بستگی دارد. هنگامی که بر روی سطح خارجی شیشه سایه ایجاد شود، مقدار بسیار کمی از انرژی حرارتی خورشید به فضای پشت شیشه انتقال می یابد، ولی هنگامی که برای جلوگیری از تابش مستقیم آفتاب به داخل از پرده ی کرکره داخلی استفاده شود، پرتوی مستقیم خورشید از شیشه عبور می کند و پرده ی کرکره را تحت تأثیر اثر حرارتی خود قرار می دهد و باعث گرم شدن فضا می شود. نتیجه ی آزمایش های انجام شده حاکی از آن است که سایبان خارجی تا 90 درصد و سا یبان داخلی تا 25 درصد اثر حرارتی تابش آفتاب را کاهش می دهند. علاوه بر کنترل تابش مستقیم آفتاب به داخل، سایبان ها ممکن است اثرات دیگری از قبیل نور و ته ویه ی طبیعی داشته باشند. به عنوان مثال در یک منزل مسکونی ممکن است نفوذ تابش مستقیم آفتاب به داخل در فصل زمستان لازم و در فصل تابستان غیرضروری باشد، ولی در یک کلاس درس ممکن است تابش مستقیم آفتاب به داخل در تمام فصول ناراحت کننده باشد. از طرف دیگر در اقلیم های سرد هدف اصلی استفاده از تابش مستقیم آفتاب است، ولی در اقلیم های گرم تا حد ممکن باید از تابش مستقیم آفتاب به داخل فضا جلوگیری کرد. در مناطق معتدل یا نیمه استوایی هر دو مساله را باید در نظر گرفت و سایبان ها را به نحوی انتخاب کرد که بتوان ورود پرتو مستقیم خورشید به داخل را با توجه به فصل های مختلف، کنترل کرد.
هندبوک ASHRAE دو روش ترسیمی و محاسباتی برای به دست آوردن مساحت سایه ای که در زمان های مختلف روی پنجره قرار می گیرد ارائه کرده است. طراحی سایبان مناسب بر طبق مبحث 19، با استفاده از جدول زیر انجام می گیرد.
 

منبع:دانش نما شماره پياپي