شیشه کنترل کننده انرژی یا Low-E به شیشه هایی گفته می شوند که به علت لایه Coating روی یک طرف آن، انتقال حرارت بسیار کمتری نسبت به شیشه های معمولی دارند. این نوع شیشه ها اغلب در ساختمان‌هایی استفاده می‌گردد که بخش اعظم آن را شیشه تشکیل می‌دهد.
این نوع شیشه ها در انواع مختلف می باشد، نوع رنگی این شیشه ها به Low-E-Sun مشهور می باشد. جهت کارایی بیشتر شیشه های دوجداره، یکی از جداره های آن را از شیشه Low-E استفاده می کنند
براساس جداول مبحث 19 مقرارت ملی ساختمان ضریب انتقال حرارت (U) شیشه معمولی که به صورت عمودی شده باشند حدودا معادل 5/8 وات بر مترمربع کلوین می 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.
تاریخچه
در عصر حاضر به توجه به پیشرفت علم مهندسی و معماری، نیاز به استفاده از سیستم‌های مبتنی بر شیشه و فلز برای خلق طرح‌های معماری چشم‌نواز با بیشترین گذر نور رو به افزایش است؛ اما این موضوع همیشه برای مهندسان مکانیک و تأسیسات معضلی محسوب می‌شد، چراکه شیشه به دلیل خواص ذاتی‌اش عایق حرارتی خوبی محسوب نمی‌شود و مشکلاتی را برای گرمایش و سرمایش ساختمان به وجود می‌آورد.
مهندسان نما برای حل این مشکل رو به شیشه‌های دوجداره یا چند جداره آوردند که با بالا رفتن تعداد جداره‌های آن، میزان عایق بودن آن نیز بیشتر می‌شود، ولی این موضوع نیز به دلیل سنگینی بیش‌ازحد شیشه‌های چند جداره مورد استقبال مهندسان سازه قرار نگرفت.
ضرورت استفاده از شیشه کنترل کننده انرژی
طبق تحقیقات شورای اقتصاد صرفه جویی انرژی امریکا (ACEEE), حتی در خانه های جدید حدود 20% از اتلاف حرارت در زمستان و 75% از ورود گرما در تابستان از طریق پنجره ها صورت می گیرد. بدیهی است گسترده ترین و متاسفانه نامناسب ترین قسمت پنجره از لحاظ اتلاف انرژی, همان شیشه است.
قبل از پیشرفت های اخیر, مکانیسمی که برای جلوگیری از انتقال حرارت در شیشه مورد توجه قرار می‌گرفته, تنها بر پایه رسانش و دوجداره کردن شیشه ها استوار بوده که البته دو جداره کردن شیشه ها نمی تواند انتقال حرارت تابشی را به میزان مطلوب کاهش دهد.
در این میان مهندسین علم مواد و شیشه دست‌به‌کار شدند تا با استفاده از تکنولوژی پیشرفته‌ای ضرایب گذر‌دهی حرارتی شیشه‌ها را کمتر کنند تا بتوانند با استفاده از آن در شیشه‌های دوجداره به عملکرد شیشه‌های چند جداره دست یابند.
در حال حاضر شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی معروف به Low-E این امکان را به طراحان و مشاوران می‌دهد تا با استفاده از آن‌ها بتوانند طرح‌های زیبا و درعین‌حال با خصوصیات ذاتی بهتری برای حفظ و هدر رفت انرژی به وجود آورند. این شیشه‌ها درصورتی‌که در محل مناسب استفاده شوند، عملکرد بسیار مناسبی را از خود نشان خواهند داد.
نحوه عملکرد شیشه کنترل کننده انرژی
همانطور که می دانیم انتقال حرارت به واسطه سه مکانیسم رسانش, همرفت و تابش صورت می‌پذیرد. در مورد چهار چوب پنجره فقط انتقال حرارت رسانشی اهمیت دارد اما در مورد شیشه انتقال حرارت تابشی مهمتر بوده و کنترل تابش (بخصوص تابش خورشید) از اهمیت بسزایی برخوردار است.
- یک قسمت مستقیما منعکس می‌شود.
- یک قسمت در داخل شیشه جذب می شود.(که بصورت باز تابش به داخل و خارج دوباره از شیشه ساطع می شود.)
- یک قسمت مستقیما از شیشه عبور می‌کند.
این محصول شیشه کنترل‌کننده انتقال حرارت حاوی نانولایه‌های فلزی و سرامیکی است که برای جلوگیری از انتقال حرارت طراحی شده است.
برای کاهش هدر رفتن انرژی از طریق شیشه‌های پنجره ساختمان، از شیشه‌های با پوشش خاص موسوم به Low-E (کم گسیل) استفاده می‌شود و در نتیجه زمانی که شیشه گرم می‌شود به جای اینکه گرمای خود را گسیل کند، آن را بازتابش می‌کند.
شیشه دو جداره تولید شده دارای یک جداره شیشه کنترل کننده انرژی است که ضریب انتقال حرارت آن بسیار کمتر از شیشه‌های معمولی است و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی در فصل سرما و گرما می‌شود و به عنوان یک عایق حرارتی شفاف عمل می‌کند.
بهینه سازی انرژی خورشید با استفاده از شیشه Low-E
برای دست‌یابی به درک مناسب از این پوشش‌ها، دانستن و فهمیدن طیف انرژی خورشید مهم است. نور ماوراءبنفش (UV)، نور مرئی و نور مادون‌قرمز (IR) قسمت‌های مختلف طیف خورشید را تصرف کرده و تفاوت آن‌ها در طول موجشان است.
نور ماوراءبنفش که باعث کم رنگ شدن پارچه‌ها، پوشش‌های دیوار و … می‌شود، طول موجی بین 310 تا 380 نانومتر دارد. نور مرئی بخشی از طیف با طول موج‌های 380 تا 780 نانومتر را تصرف کرده است.
نور مادون‌قرمز که به صورت گرما به ساختمان می‌تابد، دارای طول موج بیش از 780 نانومتر است.
پوشش‌های Low-E جهت به حداقل رساندن میزان نور ماوراءبنفش و مادون‌قرمز که می‌توانند از شیشه عبور نمایند، بدون کاهش نور قابل ملاحظه (نور ورودی) استفاده می‌گردند.
این شیشه‌ها دارای قابلیت تشعشع پایین (Emissivity) هستند و باعث بهبود خواص عایق‌بندی آن‌ها می‌شود. به عنوان مثال شیشه‌های معمولی قابلیت تشعشع 0.84 دارند. این در حالی است که این میزان در شیشه‌های Low-E به مقدار 0.2 می‌رسد.
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:
– U-value
این رتبه‌بندی است که به پنجره داده می‌شود، بر اساس اینکه چقدر افت گرما از طریق آن انجام می‌گیرد.
U-value کم شیشه‌های Low-E باعث می شود که این شیشه‌ها عایق حرارتی خوبی باشند و تبادل حرارتی را از طریق هدایتی، جابجایی و تابشی کاهش دهند.
– SHGC
ضریب گرمای خورشیدی (SHGC) : مقدار از تابش خورشیدی است که از طریق پنجره پذیرفته می‌شود. این می‌تواند به طور مستقیم منتقل، جذب و یا در داخل منکعس شود.
هر چه ضریب SHGC بیشتر باشد، این شیشه‌ها مقدار زیادی از انرژی حرارتی خورشید را از خود عبور می‌دهند و به گرمایش ساختمان کمک می‌کنند. بدین ترتیب شیشه با SHGC بالا برای مناطق سردسیر و یا نماهای کم آفتاب مناسب هستند و بالعکس.
مزایا
- نگه‌داشتن گرما در داخل زمستان و کاهش هزینه‌های انرژی
- بازتاب گرما در تابستان برای کاهش هزینه‌های خنک‌کننده
- محافظت از اشیایی همچون پارچه، مبلمان و پوشش کف با مسدود کردن ۹۰ درصد از اشعه‌ی UV
- کنترل درخشان در آب و هوای روشن و آفتابی
- قابل استفاده در انواع مختلف پنجره با رنگ‌بندی متنوع
- بهترین برای استفاده در همه‌ی اقلیم‌ها به‌ویژه در مواردی که شدت سرد یا شدید گرما افزایش می‌یابد.
- دارای بالاترین امتیاز بهره‌وری انرژی
