مقدار نور و انرژی که بین ساختمان و فضای اطراف جریان دارد تاثیر قابل توجهی بر زیبایی ساختمان، آرامش ساکنین و هزینه های سرمایش و گرمایش دارد
با انتخاب شیشه و پنجره مناسب می توان مقدار نوری که به ساختمان وارد می شود را کنترل نمود، از ورود پرتوهای مضر به ساختمان جلوگیری کرد و فضایی آرامش بخش برای ساکنین فراهم ساخت. درعین حال انواع شیشه های پوشش دار رنگی، رفلکس،LOW-E ، تحقق ایده های خلاق معماری و صرفه جویی های قابل توجهی در هزینه های سرمایش و گرمایش را ممکن ساخته اند.
طیف خورشید:
نور خورشید از سه طیف اصلی تشکیل شده است: نور ماوراء بنفش، نور مرئی و نور مادون قرمز.
ورود کنترل نشده هر یک از این سه طیف به درون ساختمان میتواند ناراحت کننده، مضر یا دارای عوارض نامطلوب باشد، با استفاده از پنجرهUPVC و شیشه دو جداره می توان از ورود این طیف های مضر جلوگیری کرد.
پرتوهای نور و رفتار شیشه
تمام پرتوهای نوری شامل (نورمرئی و IR وUV) به نسبت های معینی بسته به نوع شیشه یا از آن عبور کرده، یا توسط آن جذب می شود. نسبت تابش، نسبت بازتاب، نسبت جذب، پارامترهایی ناظر بر این پدیده بوده که در طیف های مختلف و در انواع شیشه متفاوت است. آن بخش از انرژی تابشی که جذب شیشه می گردد در نهایت به صورت پرتوهای مادون قرمز به درون و بیرون ساختمان تابیده میشود.
روش انتقال انرژی در پنجره ها
روش انتقال انرژی خورشیدی از طریق پنجره ها عبارت اند از:
۱٫تابش ۲٫رسانش ۳٫جابجایی(همرفتی)
تابش مستقیم خورشید مهمترین منبع انرژی خورشیدی است که به ساختمان تابیده و بیشترین بخش انرژی آن از این راه انتقال می یابد. علاوه بر آن تمامی اجسام درون و بیرون ساختمان، پرتوهای نور را به خود جذب کرده و در طیف مادون قرمز بازتاب می کنند. از این جهت در کنار پرتوهای خورشیدی همواره جریان انرژی به داخل و خارج ساختمان نیز در طیف مادون قرمز جریان دارد.
در کنار تابش، دو روش دیگر انتقال حرارت یعنی رسانش و جابجایی (همرفتی) نیز در انتقال انرژی حرارتی از راه پنجره ها موثرند. در پنجره های دو جداره انرژی از طریق رسانش بین دو سطح هر لایه و از طریق جابجایی (همرفتی) بین دولایه شیشه جابجا می شود.
با توجه به توضیحات فوق اکنون طراح می تواند در انتخاب انواع شیشه از ترکیب توانایی های گوناگون انواع شیشه به مناسب ترین گزینه دست یابد.
پنجره های خورشیدی
دانشمندان اروپایی مشغول ساختن پنجره هایی هستند که با جمع آوری نور خورشید، انرژی لازم برای گرمایش و سرمایش داخل ساختمان را تامین کند. در این پنجره ها مایع خاصی وجود دارد، بطوریکه سطح خارجی آن قادر است نور خورشید را جذب، و تبدیل به انرژی گرمایی کند. سطح داخلی پنجره نیز دمای هوای داخل ساختمان بالا یا پایین می برد.
دانشمندان این طرح موسوم به «شیشه های سیال» در کانتینرهایی در شهر فادوتس، پایتخت لیختن اشتاین مشغول انجام آزمایش روی این پنجره ها هستند. درون پنجره ها سیالی در جریان است که می توان آن را رنگ کرد. این پنجره ها بصورت فعال به تامین نیاز حرارتی ساختمان کمک می کند، و در نتیجه باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. البته این شیشه ها علاوه بر ذخیره انرژی، کارکرد دیگری هم دارند.
آن-سوفی زاپف، از دانشگاه لیختن اشتاین و مسئول هماهنگ کننده این پروژه می گوید: «رنگ شیشه پنجره را می توان تیره کرد تا از فضای داخل، در مقابل نور خورشید حفاظت کند. در نتیجه شیشه پنجره به گرمایش و سرمایش ساختمان کمک می کند. در این شیشه موادی وجود دارد که قادر است انرژی خورشیدی را گردآوری و ذخیره کند و به صرفه جویی در انرژی منجر می شود.»
مایع درون شیشه پنجره ها مخلوط آب، ضدیخ و ذرات مغناطیسی است و در آزمایشگاه «توسعه سیستمهای مکاترونیک» در سوییس تهیه شده است.
در شرایط ایده آل هر پنجره می تواند یک کیلووات ساعت انرژی تولید کند. دانشمندان می گویند چالش اصلی آنها اطمینان از پایداری درازمدت این سیستم گرمایشی و سرمایشی بود. آنها برای حل این مشکل به دنبال ذراتی گشتند که ویژگیهای خیلی دقیق و مشخصی داشته باشند.
دانیل گستول، مهندس مکانیک که با این پروژه همکاری می کند، می گوید: «ذرات نباید به هم بچسبند و توده شوند. نباید با گذشت زمان روی سطح پنجره رسوب کنند و باید در محلول بمانند و اگر لازم شد براحتی فیلتر شوند.»
ماده سیال به شکلی همگن و با بازدهی مناسب درون پنجره ها تزریق شده است.
استفان فری، مهندس مکانیک می گوید: «مشکل اصلی ما، یافتن شرایط مناسب کار بود. شیشه نباید تحت فشار باشد چون با گذشت زمان تغییر شکل پیدا می کند و توزیع ذرات در شیشه نامرتب می شود. یعنی بایست همه چیز را تحت فشار کم (فشار کم تر از فشار اتمسفر) به کار بیاندازیم. بنابراین وضعیت تمام مدار از شرایط فشار بیشتر از فشار جو، به شرایط ِ فشارِ کمتر از فشار جو تغییر می کند. این نکته باعث مسائل دیگری می شود که باید حل کرد.»
برای اینکه معلوم شود تحت چه شرایطی و تا چه اندازه این پنجره ها دمای درون ساختمان را کنترل می کنند، نیاز به مدل های پیچیده کامپیوتری بود.
لورا باومگارتنر، مهندس عمران از دانشگاه لیختن اشتاین می گوید: «اطمینان پیدا کردیم که نیاز به هیچ سیستم اضافی مثلا دستگاه تهویه یا شوفاژ برای گرما یا سرما نیست. این یکی از چیزهایی بود که با شبیه سازی کامپیوتری معلوم شده بود. الآن باید با آزمایش پنجره های این کانتینرها، درستی آن را معلوم کنیم.»
این آزمایشها در زمستان، در شهر فادوتس، پایتخت لیختن اشتاین، و در تابستان در قبرس انجام خواهد شد و نشان می دهد که آیا این پنجره ها می توانند فضای داخل کانتینر را گرم یا سرد کنند.
مسئول هماهنگ کننده این طرح تحقیقاتی می گوید: «کاربرد عمده این پنجره در ساختمانهای اداری چند طبقه ای است که نسبت مساحت شیشه به مساحت نمای ساختمان زیاد است. البته باید برخی مسائل را حل کنیم. چون وزش باد، کار قرار دادنِ سطوح بزرگ شیشه ای در سایه را مشکل می کند. در هر صورت ساختمانهای اداری بزرگ هدف اصلی ماست، چون خانه های مسکونی سطحِ شیشه ای کمی دارند و برای رسیدن به بازدهی لازم، باید سطح شیشه در سیستم ما بیشتر باشد.»
دانشمندان می گویند این پنجره ها که باعث صرفه جویی در انرژی می شوند بزودی به بازار خواهند آمد.
