پنجره عایق

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از پنجره دو جداره)
پرش به: ناوبری، جستجو
فارسیEnglish
برش از یک پنجره عایق Unit (IGU)

پنجره عایق به پنجره‌هایی گفته می‌شود که معمولاً با نام پنجره دو جداره یا شیشه دو جداره یا پنجره سه جداره شناخته می‌شوند. این پنجره‌ها از نظر انتقال حرارت نسبت به نمونه‌های سنتی (پنجره‌های فلزی) عایق‌تر هستند. پنجره‌های عایق دو یا سه قاب شیشه‌ای هستند که بوسیله هوا یا دیگر گازها برای کاهش انتقال حرارت جدا شده‌اند.

واحدهای شیشه‌ای عایق با ضخامت شیشه ۳ میلی‌متر تا ۱۰ میلی‌متر (۱/۸" تا ۳/۸") یا بیشتر در کاربردهای خاص ساخته می‌شوند. شیشه لمینت یا سخت شده ممکن است بعنوان بخشی از ساخت مورد استفاده قرار بگیرد. اکثر واحدها با ضخامت مشابه شیشه استفاده شده در دو قاب شیشه‌ای ساخته می‌شوند ولی کاربردهای خاص همچون کم کردن عایق صوتی یا کاربردهای امنیتی ممکن است به طیف وسیعی ضخامت برای ترکیب شدن در واحد مشابه نیازمند داشته باشند.

تاریخچه[ویرایش]

در سال ۱۸۶۵ در شهر نیویورک یک فروشنده شیشه اختراع کرد و این ابداع خود را به ثبت رساند وی در آن زمان اثبات کرد که شیشه‌های دوجداره می‌توانند در جلوگیری از انتقال حرارت به بیرون از ساخت نقش بسزایی را ایفا کنند.[۱]

لزوم استفاده[ویرایش]

امروزه آلودگی صوتی از سوی محافل دست اندرکار مانند سایر آلودگی‌ها نظیر آلودگی هوا مورد توجه قرار گرفته و استفاده از شیشه‌های چند جداره از مهمترین روش‌های کاهش این آلودگی به ویژه در شهرهای بزرگ به شمار می‌رود. افزایش چشمگیر قیمت انرژی در سالهای اخیر موجب گردیده است دست اندرکاران صنعت ساختمان به روش‌های کاهش اتلاف انرژی از سطوح خارجی ساختمان رو آورند. پنجره و شیشه‌های ساختمان مهمترین بخش هدردهنده انرژی به شمار می‌روند و استفاده از شیشه‌های دو و چند جداره به میزان قابل توجهی در کاهش اتلاف انرژی مؤثر است و در حد محسوسی هزینه‌های حرارتی و برودتی را کاهش می‌دهد. پنجره‌های عایق استاندارد، ضمن کاهش ۲۵ تا ۴۰ درصدی مصرف انرژی، آسایش حرارتی ساکنین ساختمان را فراهم می‌سازد.

اجزای اصلی پنجره‌های عایق[ویرایش]

  1. قاب و بازشو پنجره
  2. شیشه سه جداره Low-e
  3. لاستیک درزگیر EPDM
  4. پروفیل گالوانیزه بعنوان استراکچر پنجره

مزایای پنجره‌های سه جداره[ویرایش]

  1. عایق مناسب در برابر گرما و سرما
  2. مانع نفوذ گرد و غبار، دود و آلودگی‌های محیطی
  3. عایق صوت تا ۵۵ دسیبل
  4. تنوع اشکال بازشو و شکل پذیری متناسب با معماری و فضای ساختمان
  5. مقاوم در برابر نور خورشید
  6. مقاوم در برابر خوردگی و پوسیدگی
  7. قابلیت نصب یراق آلات استاندارد

درصد عایق صدا و کاهش آلودگی صوتی[ویرایش]

استفاده از شیشه دو جداره، سطح صدا را بین ۲۰ الی ۳۵ دسیبل کاهش می‌دهد. متوسط شدت سر و صدا در محیط‌های معمولی زندگی در شهرها در حدود ۶۰ الی ۷۰ دسیبل می‌باشد. از لحاظ علمی صدا با شدت ۶۰ دسیبل به عنوان صدای مزاحم و با شدت ۹۰ دسیبل مضر برای سیستم شنوایی و با شدت ۱۲۰ دسیبل بالاتر از آستانه تحمل بوده که خطرناک تلقی می‌گردد.

نوع شیشه فلوت ۶ م. م سکوریت ۶ م. م دوجداره ۶-۱۰-۴ لمینت دوجداره با یک لایه لمینت دوجداره با دو لایه لمینت
میزان کاهش ۲۲ ۲۲ ۳۴ ۳۶ ۴۱ ۴۳

درصد عایق حرارتی و برودتی[ویرایش]

نوع شیشه ضخامت لایه شیشه (mm) نوع لایه‌های هوا ضخامت لایه‌های هوا ضریب انتقال حرارت (W/m2.K)
شیشه دو جداره ۴٬۶ گاز بی اثر ۱۲ ۲٬۹
شیشه دو جداره ۴٬۶ هوای خشک ۱۲ ۳
شیشه سه جداره ۴٬۶٬۴ هوای خشک ۹٬۹ ۲٬۲
شیشه سه جداره ۴٬۶٬۴ گاز بی اثر ۹٬۹ ۱٬۹

فاصله انداز[ویرایش]

قاب‌های شیشه‌ای بوسیله یک «فاصله انداز» جدا می‌شوند. یک فاصله انداز قطعه‌ای است که دو قاب شیشه‌ای را در یک سیستم پنجره عایق جدا می‌کند و گازی را در بین آنها محفوظ می‌سازد از لحاظ تاریخی فاصله اندازها ابتدا از فلز یا فیبر ساخته می‌شوند که سازندگان در مورد مقاومت بیشتر آنها فکر کرده بودند. همچنین فاصله اندازهای فلزی رسانای حرارتی هستند. (مگر اینکه فلز از لحاظ حرارتی اصلاح نشده باشد)، که قابلیت پنجره عایق را برای کاهش جریان حرارتی کم می‌کنند و ممکن است به تشکیل آب یا یخ در انتهای درز آن بعلت اختلاف شدید حرارتی کم می‌کنند و ممکن است به تشکیل آب یا یخ در انتهای درز آن بعلت اختلاف شدید حرارتی بین پنجره و هوای محیط منجر شود. برای کم کردن انتقال گرما از طریق فاصله انداز و افزایش عملکرد کلی گرمایی، سازندگان ممکن است فاصله انداز را از مواد کمتر رسانا مثل فوم ساختمانی سازند. یک فاصله انداز که از آلومنیوم ساخته شده است و محتوی یک مانع گرمایی می‌باشد چگالش را در سطح شیشه‌ای کاهش می‌دهد و همان‌طور که بوسیله فاکتور u کلی اندازه‌گیری می‌شود عایق را بهبود می‌بخشد. (به بخش رسانایی گرمایی مراجعه کنید).

  • یک فاصله انداز که جریان حرارتی را در پنجره کاهش می‌دهد ممکن است ویژگی‌هایی برای عایق صوتی در جائیکه سروصدای خارجی یک مسئله می‌باشد داشته باشد.
  • معمولاً فاصله انداز با ماده خشک‌کننده برای برطرف کردن رطوبت به دام افتاده در فضای گازی در طول ساخت پر می‌شوند که بموجب آن نقطه شبنم گاز در آن فضا کاهش می‌یابد و از چگالش در سطح ۲ در زمانیکه حرارت بیرون قاب پنجره کاهش می‌یابد جلوگیری می‌کند.
  • تکنولوژی جدید برای مبارزه با افت گرما از میله‌های فاصله انداز رایج پدیدار شده است که شامل اصلاح عملکرد ساختاری و مقاومت طولانی مدت فلز اصلاح شده (آلومنیوم با یک مانع حرارتی) و فاصله اندازهای فومی می‌باشد.

فرایند ساخت[ویرایش]

پنجره‌های عایق معمولاً سفارشی در خط تولید کارخانه ساخته می‌شوند، ولی پنجره‌های استاندارد در دسترس می‌باشند. ابعاد طول و عرض، ضخامت قاب‌های شیشه‌ای و نوع شیشه برای هر قاب و همچنین ضخامت کلی پنجره بایستی به سازنده اعلام شود. در خط مونتاژ، فاصله اندازهایی با ضخامت خاص بریده و در ابعاد طول و عرض مورد نیاز قرار داد می‌شوند و با ماده خشک‌کننده پر می‌شوند. در یک خط موازی، قاب‌های شیشه‌ای به اندازه بریده و برای شفافیت شسته می‌شوند.

یک درزگیر چسبنده (پلی ایزوبوتیلن- PIB) در رویه فاصله انداز در هر طرف بکار برده می‌شود و قاب‌ها به فاصله انداز پرس می‌شوند. اگر پنجره با گاز پر شود، دو حفره در فاصله انداز پنجره مونتاژ شده ایجاد می‌شود، خطوط برای بیرون کشیدن هوا خارج از فضا و جایگزین کردن آن با گاز دلخواه متصل می‌شوند سپس این خطوط از بین می‌روند و حفره‌ها برای نگه داشتن هوا بسته می‌شوند. تکنیک مدرن تر، استفاده از پر کننده گاز آنلاین می‌باشد که نیاز به ایجاد حفره در فاصله انداز را برطرف می‌کند. سپس پنجره‌های عایق بر لبهٔ کناری با استفاده از پلی سولفید یا درزگیر سیلیکونی یا مواد مشابه برای جلوگیری از ورود هوای مرطوب بیرون محکم می‌شوند. مادهٔ خشک‌کننده اثرات رطوبت بجا مانده از هوای محفوظ شده را از بین می‌برد تا هیچ آبی از درون (یا بخار آب) قاب‌های شیشه‌ای در طول هوای سرد ظاهر نشود. بعضی سازندگان فرایندهای خاصی را ایجاد کرده‌اند که فاصله انداز و ماده خشک‌کننده را در یک سیستم کاربردی تک مرحله‌ای ترکیب می‌کنند. پنجره دو جداره در دههٔ ۱۹۳۰ ابداع شد و در دههٔ ۱۹۵۰ تحت مارک تجاری thermopane TM که در سال ۱۹۴۱ توسط کمپانی شیشه تیبی- اونزخورد به ثبت رسید در آمریکا در دسترس بود. بعد از چندین دهه این فرایند ساخت پا گرفت گرچه ابداع و نوآوری برای بهبود فاکتور R و دیگر ویژگیهای پنجره ادامه پیدا کرد. نام تجاری Thermopane به واژگان صنعت شیشه بصورت علامت تجاری کلی برای پنجره‌های عایق وارد شده است. ماده‌هایی که می‌توان برای شیشه‌های دو جداره مورد استفاده قرار داد شامل آلومینیوم، pvc و چوب است.

عملکرد گرمایی[ویرایش]

حداکثر کارایی عایق یک پنجره عایق استاندارد بوسیله ضخامت فاصله محتوی هوا تعیین می‌شود. فاصله خیلی کم بین قاب‌های شیشه‌ای به افت گرما بوسیله انتشار بین قاب‌ها منجر می‌شود. فاصله خیلی کم بین قاب‌های شیشه‌ای به افت گرما بوسیله انتشار بین قاب‌ها منجر می‌شود. (گرما از یک قاب از طریق گاز پر شده به قاب دیگر حرکت می‌کند) در حالیکه اگر فاصله بسیار بزرگ باشد جریانات انتقال گرما بوسیله ویسکوزیته گاز کاهش پیدا می‌کند و گرما را بین قاب‌ها انتقال می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر به مقالهٔ انتقال گرما مراجعه کنید. معمولاً اکثر واحدهای محکم شده به حداکثر مقدار عایق با استفاده از یک فاصله گازی ۱۶ تا ۱۹ میلی‌متر (۶۳/۰–۷۵/۰ اینچ) می‌رسند اگر در مرکز واحد پنجره عایق اندازه‌گیری شود. زمانیکه با ضخامت قاب‌های شیشه‌ای استفاده شده ترکیب می‌شود، این می‌تواند به یک ضخامت کلی ۲۲ تا ۲۵ میلیمتر (۸۷/۰–۹۸/۰ اینچ) برای شیشه ۳ میلیمتر (۱۲/۰ اینچ) تا ۲۸ تا ۳۱ میلیمتر (۱/۱–۲/۱ اینچ) برای شیشه سطح ۳۵/۶ میلیمتری (۲۵/۰ اینچ) منجر شود.

ضخامت پنجره عایق حدوسط بین حداکثر مقدار عایق و قابلیت سیستم تنظیمی استفاده شده برای حمل یک پنجره می‌باشد. بعضی سیستم‌های پنجره مسکونی و اکثر سیستم‌های تجاری می‌توانند ضخامت ایده‌آل یک پنجره دو جداره را اصلاح کنند. موضوعاتی با استفاده از شیشه‌های ۳ جداره برای کاهش بیشتر افت حرارت در یک ساختمان مطرح می‌شود. ترکیب ضخامت و وزن به واحدهایی منجر می‌گردد که برای اکثر سیستم‌های شیشه مسکونی و تجاری خیلی سنگین هستند خصوصاً اگر این قاب‌های شیشه‌ای دارای حمایل متحرک باشند.

این توازن برای شیشه عایق خلاء (VIG) یا شیشه خلاء بکار نمی‌رود چون افت گرما بعلت انتقال گرما از بین می‌رود که اتلاف تا شبی و رسانایی از طریق درز لبه متوقف می‌شود. در شیشه‌های عایق خلاء هوایی بین قاب‌ها وجود ندارد و تقریباً خلأ که در حال حاضر در بازار موجود می‌باشد در امتداد پیرامون خود با شیشه لحیمی بعضی شیشه‌ای که نقطه ذوب کمتری دارند بدون هوا بسته می‌شود. چنین درز شیشه‌ای سخت می‌باشد و فشار زیادی را با افزایش تفاضل دما در سراسر واحد تجربه می‌کند. این فشار ممکن است مانع استفاده کردن از شیشه خلاء زمانیکه تفاضل دمایی خیلی زیاد باشد شود. یک سازنده تفاضل دمایی ۳۵ درجه سانتیگراد را پیشنهاد می‌دهد. تکنولوژی خلاء در بعضی از محصولات عایق غیرشفاف با نام پانل‌های عایق خلاء مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک روش قدیمی برای بهبود عملکرد عایق، جایگزین کردن هوا در فاصله بین دو شیشه با یک گاز با رسانایی گرمایی کمتر می‌باشد. انتقال حرارتی گاز، عملکردی از ویسکوزیته و گرمای ویژه می‌باشد. گازهای تک اتمی همچون آرگون، کریپتون و زنون معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند چون (در دماهای نرمال) گرما را در حالت‌های چرخشی حمل نمی‌کنند که به ظرفیت گرمایی کمتر از گارهای چند اتمی منجر می‌شوند. آرگون رسانایی گرمایی ۶۷ درصد دارد. کریپتون حدود نیمی از رسانایی آرگون دارد. کریپتون و زنون بسیار گرانقیمت هستند این گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند چون غیررسمی، شفاف، بی‌بو، از لحاظ شیمیایی فاقد نیروی جنبشی و از لحاظ تجاری بعلت کاربرد گسترده آنها در صنعت در دسترس هستند. بعضی سازندگان سولفور ۶ فلوریدی را بعنوان گاز عایق خصوصاً برای عایق صوتی پیشنهاد می‌دهند. این گاز تنها ۳/۲ رسانایی آرگون را دارد ولی پایدار ارزان قیمت و متراکم است. همچون سولفور ۶ فلوریدی یک گاز شدت پر قدرت گلخانه‌ای است که بر گرم شدن جهان تأثیر دارد.

در اروپا سولفور ۶ زیرگاز F قرار می‌گیرد که مصرف آن برای کاربردهای مختلف ممنوع یا کنترل شده است از اول ژانویه سال ۲۰۰۶ سولفور ۶ بعنوان یک گاز ردیاب و در تمام کاربردها به جز دستگاه سوئیچ ولتاژ بالا ممنوع شده است.

به طور کلی هرچه گاز پر شده در ضخامت مطلوب آن مؤثر تر باشد ضخامت مطلوب باریکتر می‌باشد.

به عنوان مثال ضخامت مطلوب برای کریپتون کمتر از آرگون و برای آرگون کمتر از هوا می‌باشد. همچنین چون تعیین اینکه آیا گاز در واحد پنجره عایق در زمان ساخت با هوا ترکیب می‌شود یا خیر (یا در زمان نصب) سخت می‌باشد، ولی بسیاری از طراحان ترجیح می‌دهد تا از شکاف‌های ضخیم‌تر از ضخامت مطلوب برای گاز پر کننده البته اگر خالص باشد استفاده کنند. آرگون معمولاً در پنجره عایق مورد استفاده قرار می‌گیرد چون از همه چیز مقرون به صرفه تر می‌باشد. کریپتون که به طور قابل توجه‌ای گران‌تر می‌باشد معمولاً مورد استفاده قرار نمی‌گیرد به جز برای تولید پنجره‌های دو جداره بسیار باریک یا نسبتاً باریک یا پنجره‌های ۳ جداره با عملکرد به شدت بالا. زنون بعلت هزینه کاربرد اندکی در پنجره‌های عایق داشته است.

ویژگیهای عایق گرمایی[ویرایش]

اثربخشی شیشه عایق را می‌توان بعنوان «ارزش R» بیان کرد. هرچه ارزش R بیشتر باشد مقاومت آن برای انتقال گرما بیشتر می‌باشد. یک پنجره عایق استاندارد که شامل قاب‌های بدون پوشش شفاف با حفره پر شده از هوا بین قاب‌های شیشه‌ای می‌باشد معمولاً ارزش R 35/0 Km2/w دارد.

با استفاده از واحدهای عادی آمریکایی روش کاربردی در ساخت پنجره عایق استاندارد این است که هر تغییر در مولفهٔ واحد پنجره عایق به افزایش ارزش R 1 در کارایی واحد منجر می‌شود. اضافه کردن گاز آرگون این بهره‌وری را حدود R-3 افزایش می‌دهد. با استفاده از شیشه با قابلیت کم انتشار در سطح ۲ ارزش R دیگری را اضافه می‌کند. پنجره‌های عایق سه جداره به خوبی طراحی شده با پوشش‌هایی با انتشار کم در سطوح ۲ و ۴ که با گاز آرگون در حفرها پر شده است به پنجره‌های عایق با ارزش R 5 منجر می‌شود. شیشه‌های عایق خلاء مشخص (VIG) یا واحدهای چنه خوابه با پنجره‌های عایق که از ورقه‌های پوششی پلاستیکی استفاده می‌کنند به ارزش R 5/12 منجر می‌شوند.

لایه‌های اضافی پنجره این فرصت را برای عایق بهتر فراهم می‌کنند. در حالیکه پنجره دو جداره استاندارد اغلب به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد پنجره ۳ جداره غیرمعمول نیستند و پنجره ۴ جداره برای محیط‌های خیلی سرد مثل آداسکا تولید می‌شود. حتی پنجره ۴ جداره (۴ حفره‌ای، ۵ قاب شیشه‌ای) با فاکتورهای عایق نیمه قاب مشابه با دیوار ۴ در دسترس می‌باشند.

ویژگیهای عایق صوتی[ویرایش]

در بعضی موقعیت‌ها این عایق برای کم کردن سر و صدا می‌باشد. در این شرایط یک فاصله هوایی بزرگ کیفیت عایق صوتی یا انتقال صدا را بهبود می‌بخشد پنجره عایق نامتقارن که از ضخامت‌های مختلف شیشه به جای سیستم‌های متقارن معمول استفاده می‌کند (ضخامت‌های مشابه شیشه استفاده شده برای هر دو قاب بدون پوشش) ویژگی‌های عایق صوتی پنجره عایق را بهبود خواهد بخشید. اگر فاصله‌های استاندارد هوا مورد استفاده قرار بگیرد، از سولفور ۶ فلوریدی برای جایگزین یا تقویت گاز راکد استفاده می‌شود و عملکرد عایق صوتی را بهبود می‌دهد. تنوع مواد شیشه‌ای بر صوت‌ها تأثیر می‌گذارد. رایج‌ترین پیکربندیهای شیشه‌ای مورد استفاده قرار گرفته برای عایق صوتی شامل شیشه لمینت با ضخامت متغیر لایه درونی و ضخامت شیشه می‌باشد. مانع حرارتی آلومنیوم که از لحاظ گرمایی بهبود یافته است. در شیشه عایق می‌تواند عملکرد عایق صوتی را با کم کردن انتقال منابع سروصدای بیرونی را در سیستم پنجره بندی بهبود ببخشد. بررسی کلی مولفه‌های سیستم پنجره‌ای از جمله مواد استفاده شده در شیشه عایق می‌تواند پیشرفت کلی انتقال صوت را تضمین کند.

طول عمر[ویرایش]

طول عمر پنجره‌های عایق بسته به کیفیت مواد استفاده شده اندازهٔ شکاف بین قاب درونی و بیرونی، تفاوت‌های دما، طرز ساخت و مکان نصب هم بر حسب نما و موقعیت جغرافیایی و همچنین کاربری واحد متفاوت می‌باشد. پنجره‌های عایق معمولاً ۱۰ تا ۲۵ سال دوام دارند پنجره‌هایی که رو به خط استوا می‌باشند کمتر از ۱۲ سال دوام دارند. این پنجره ۴ بسته به سازنده ۱۰ تا ۲۰ سال گارانتی دارند. اگر این پنجره‌ها تغییری ایجاد شود (مثلاً نصب ورقه کنترل خورشیدی) ضمانت نامه ممکن است از طرف سازنده از اعتبار ساقط شود. پیمان سازندگان پنجره‌های عایق (IGMA) مطالعهٔ جامعی را برای مشخص کردن شکسته‌های شیشه‌های عایق تجاری بعد از مدت ۲۵ سال انجام دادند.

برای پنجره عایق استاندارد، بخار بین لایه‌های شیشه زمانیکه درز دور تا دور آن از بین می‌رود و زمانیکه مادهٔ خشک‌کننده اشباع می‌شود جمع می‌شود می‌توان به طور کلی بوسیله جایگزین کردن IGA آن را برطرف کرد. از بین رفتن درز و تعویض آن به یک فاکتور مهم در هزینه کلی داشتن پنجره‌های عایق منجر می‌شود. تفاوت‌های دمایی زیاد بین قاب درونی و بیرونی بر فاصله بین آنها فشار می‌آورد که می‌تواند در نهایت باعث شکست آن شود. پنجره‌هایی که شکاف کمی بین قاب‌ها وجود دارد بعلت فشار افزایش یافته بیشتر مستعد شکست هستند.

تغییرات فشار اتمسفری همراه با آب و هوای مرطوب در نموه‌های نادر می‌تواند در نهایت به پر شدن شکاف با آب منجر شود. در کانادا از اوایل سال ۱۹۹۰ چندین کارخانه وجود دارد که خدماتی را برای پنجره‌های عایق شکسته شده ارائه می‌دهند. آنها تهویه باز به اتمسفر با ایجاد حفره‌هایی در شیشه یا فاصله انداز ایجاد می‌کنند. این راه حل معمولاً بخار مرئی را از بین می‌برد ولی نمی‌تواند سطح داخلی شیشه و لکهٔ ایجاد شده بعد از قرارگیری طولانی مدت در برابر رطوبت را تمییز کند. آنها ممکن است گارانتی را از ۵ تا ۲۰ سال ارائه دهند. این راه حل مقدار عایق پنجره را کمتر کند ولی می توند راه حل ساده لوحانه در زمانیکه پنجره همچنان در شرایط خوبی است محسوب شود. اگر پنجره عایق دارای یک گاز پر کننده (مثل آرگون یا کریپتون یا ترکیبی از هر دو) باشد، این گاز بطور طبیعی هدر می‌رود و ارزش R کم می‌شود.

از سال ۲۰۰۴ کارخانه‌هایی وجود دارد که کار ترمیم پنجره‌های دو جداره شکسته شده را در انگلستان انجام می‌دهند و در ایرلند تنها یک کارخانه کار ترمیم پنجره‌های دو جداره شکسته شده را از سال ۲۰۱۰ انجام می‌دهد

برآورد افت حرارت از پنجره‌های دو جداره[ویرایش]

با توجه به ویژگیهای گرمایی حمایل، قاب و لبهٔ پنجره و ابعاد ویژگیهای لعاب و گرمایی شیشه، میزان انتقال گرما برای چنین پنجره‌هایی و یک سری شرایط را می‌توان محاسبه کرد. این محاسبات را می‌توان در کیلو وات (KW) انجام داد ولی برای فواید اقتصادی محاسبات را می‌توان بسته بر شرایط خاص در طول یک سال برای مکان ویژه بصورت KWH Pa (کیلووات ساعت در هر سال) بیان کرد.

پانل‌های شیشه در پنجره‌های دو جداره گرما را در هر دو مسیر بوسیله تابش، در سراسر قاب‌ها بوسیله جریان همرفتی و در درزهای اطراف بوسیله رسانش انتقال می‌دهد. میزان واقعی با این شرایط در تمام طول سال تغییر می‌کند و در حالیکه ارزش انرژی خورشیدی در زمستان بیشتر مورد استقبال قرار می‌گیرد، ولی ممکن است به افزایش هزینه‌های تهویه در تابستان منجر شود. انتقال ناخواسته گرما را می‌توان مثلاً با استفاده از پرده در زمستان و استفاده از سایبان در تابستان کاهش داد. در یک تلاش برای مقایسهٔ سودمند بین گزینه‌های ساخت پنجره، شورای رتبه‌بندی پنجره بریتانیا یک رتبه‌بندی انرژی پنجره (WER) با محدودهٔ A برای بهترین درجه و C,B و غیره برای درجات پائین‌تر تعریف کرد. این کار ترکیب افت گرما از طریق پنجره (ارزش U معکوس ارزش R) استفاده از انرژی خورشیدی (ارزش g) و افت گرما از طریق نشت هوا در اطراف چارچوب (ارزش L) را در نظر می‌گیرد. بعنوان مثال پنجره‌ای با رتبهٔ A در یک سال همان اندازه که گرما را از انرژی خورشیدی می‌گیرد از راه‌های دیگر از دست می‌دهد. (هر چند حداکثر انرژی بدست آمده در طول ماه‌های تابستان می‌باشد که ساکنین ساختمان به گرما نیازی ندارند) این روش عملکرد گرمایی بهتری را نسبت به دیوار معمولی نشان می‌دهد.

برای آنالیز مفصل احتمالات مطرح شده با این پنجره‌ها به لنیک طراحی انرژی غیرفعال خورشیدی مراجعه کنید.

عایق شیشه‌ای[ویرایش]

اولین عایق شیشه‌ای در سال ۱۹۲۹ بوسیله شرکت مخصوص و حقوقی الکتردور ساخته شد. در سال ۱۹۴۷ کاربرد فرایند گرما در عایقهای شیشه‌ای مخصوص و حقوقی الکتردور ساخته شد. در سال ۱۹۴۷ کاربرد فرایند گرما در عایقهای شیشه‌ای منجر به تولید محصولی شد که اجراء و نمایش استثنائی آن شرکت را به موفقیت بین‌المللی رساند. خطوط تولید اتوماتیکی این محصول ۱۰ سال بعد در سال ۱۹۵۷ معرفی شد. این خط تولید در سال ۱۹۵۹ بوسیله اتحاد الکتروور و کارپونیوکس منجر به اختراع سدیور شده بعد از بنا شدن بازار عایق، در دهه ۱۹۶۰ شرکت در اولین پروژه بین‌المللی خودش را در خطر شکست دیده محصولات جدید در طول دهه ۱۹۷۰ که شامل میدان عایق‌های مرکب برای خطوط انتقال قدرت یا نیرو و سیستم‌های راه آهن با کشتی حمل شده مکمل برزیلی آن، الکترویدرو در طول این دوره تأسیس شد. سال ۱۹۹۳ نیز شروع پروژه‌ای مشترک در چین است سدیور زیگونگ با تخصصی کردن عایقهای شیشه‌ای، و کارخانه ذوب فلزات (ریخته‌گری) سافام زیگونگ عناصر آهنی سازگار را ساخت.

در اکتبر ۲۰۰۲، سدیور بوسیله وتروریدو، شرکتی با نام زمینه اسمی جدید اما با تاریخ طولانی و برابر و آبرومند و اعتباری تأسیس کرد. اصل و تروریدو بر می‌گردد به سال ۱۹۲۸ وقتی که پرنس پیتروگینوری کانتی پیش قدم شد.

این کارگاه‌ها در نقش رهبری و گسترش دادن یکی از محصولات شروع کردند. چگونگی خواستن تولیدات در این دوره شیشه‌های اوپتیکال بود. در ۱۹۴۰ این کارگاه‌ها در قسمت بشتر ایتالیا تعیین کننده اهمیت مالکیت گروه صنعتی IRI که در مورد محصول صنعتی محصولی برای مصارف نظامی توسط نیروی دریایی شروع کرد. نام s.a.i.v.a را گرفت.

بعد از جنگ جهانی دوم شرکت محصولاتش را که شامل موزائیک، سرامیک، ظروف غذا بود گسترش داد. در سال ۱۹۹۰ فیدنزا وتراریا، تولیدکننده قدیمی عایق‌های شیشه‌ای و ظروف غذای ایتالیایی شرکت تأسیس شده را خصوصی کرد. در دهه ۱۹۲۰ فیدنزا وتراریا همچنین شروع به تولید شکلی از آجر شیشه‌ای بهتر به نام بلوک‌های شیشه‌ای یا شیشه تقویت شده چسبی کرد.

بلوک‌های شیشه‌ای در سال ۱۹۹۱ به عنوان پایه محصول و تیورو ریدو ریسکی پر خطر محسوب می‌شدند. با تصمیمات شرکت جدید رشد دائمی در طول یک سری از فراگیری‌ها بدعت گزاری‌ها بدست آمد. در طول دهه ۱۹۹۰ و ترواردو با تجارت چراغ شیشه‌ای روشن و وترری لودی، شرکتی با سابقه طولانی ۱۰ ساله، شرکت کزیچ، بلوک ویترا، یک سازنده متخصص بلوک شیشه‌ای شیشه سازی سنتی بوهمیان را غرق کرد.

برای گسترش و پوشش دادنش به سایر کاربران تکنیکی شیشه، در سال ۲۰۰۱ شرکت نمایندگی ایتالیایی دیلو، سازنده جهانی عایقهای شیشه‌ای برای خطوط انتقال قدرت را بدست آورد. این اولین قدم برای بدست آوردن رهبری در این زمینه بود. یادگیری و تحصیل سدیور، تولیدکننده شماره یک شیشه و عایقهای ترکیبی منجر به تولد گروه و ترواردو سدیور، رهبر صنعتی که بالاخره نام سیول را به خود گرفت شد.[۲]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • ترجمه از ویکی‌پدیای انگلیسی
EURO 68 wooden window profile with insulated glazing

Insulating glass (IG), more commonly known as double glazing (or double-pane, and increasingly triple glazing[1]/pane), consists of two or three glass window panes separated by a vacuum or gas filled space to reduce heat transfer across a part of the building envelope.

Insulating glass units (IGUs) are manufactured with glass in range of thickness from 3 to 10 mm (1/8" to 3/8") or more in special applications. Laminated or tempered glass may also be used as part of the construction. Most units are produced with the same thickness of glass used on both panes[citation needed] but special applications such as acoustic attenuation or security may require wide ranges of thicknesses to be incorporated in the same unit.

A sectioned diagram of a fixed insulating glass unit (IGU), indicating the numbering convention used in this article. Surface #1 is facing outside, Surface #2 is the inside surface of the exterior pane, Surface #3 is the outside surface of the interior pane, and Surface #4 is the inside surface of interior pane. The window frame is labelled #5, a spacer is indicated as #6, seals are shown in red (#7), the internal reveal is on the right hand side (#8) and the exterior windowsill on the left (#9)

Double-hung and storm windows

A typical installation of insulated glass windows with uPVC frames

Insulating glass is an evolution from older technologies known as double-hung windows and storm windows. Traditional double-hung windows used a single pane of glass to separate the interior and exterior spaces.

  • In the summer, a window screen would be installed on the exterior over the double-hung window to keep out animals and insects.
  • In the winter, the screen was removed and replaced with a storm window, which created a two-layer separation between the interior and exterior spaces, increasing window insulation in cold winter months. To permit ventilation the storm window may be hung from removable hinge loops and swung open using folding metal arms. No screening was usually possible with open storm windows, though in the winter, insects typically are not active.

Traditional storm windows and screens are time consuming and very labor-intensive, requiring removal and storage of the storm windows in the spring, and reinstallation in the fall and storage of the screens. The weight of the large storm window frame and glass makes replacement on upper-stories of tall buildings a difficult task requiring repeatedly climbing a ladder with each window and trying to hold the window in place while securing retaining clips around the edges. However, current reproductions of these old-style storm windows can be made with detachable glass in the bottom pane that can be replaced with a detachable screen when desired. This eliminates the need for changing the entire storm window according to the seasons.

Insulated glazing forms a very compact multi-layer sandwich of air and glass, which eliminates the need for storm windows. Screens may also be left installed year-round with insulated glazing, and can be installed in a manner that permits installation and removal from inside the building, eliminating the requirement to climb up the exterior of the house to service the windows. It is possible to retrofit insulated glazing into traditional double-hung frames, though this would require significant modification to the wood frame due to the increased thickness of the IG assembly. .

Modern window units with IG typically completely replace the older double-hung unit, and include other improvements such as better sealing between the upper and lower windows, and spring-operated weight balancing that removes the need for large hanging weights inside the wall next to the windows, allowing for more insulation around the window and reducing air leakage, provides robust protection against the sun and will keep the house cool in the hot summer and warm in winter. These spring-operated balancing mechanisms also typically permit the top of the windows to swing inward, permitting cleaning of the exterior of the IG window from inside the building.

Spacer

Spacer: 10/14/20 mm

The glass panes are separated by a "spacer". A spacer, also known as a warm edge, is the piece that separates the two panes of glass in an insulating glass system, and seals the gas space between them. Historically, spacers were made primarily of metal and fiber, which manufacturers thought provided more durability.

However, metal spacers conduct heat (unless the metal is thermally improved), undermining the ability of the insulated glass unit (IGU) to reduce heat flow. It may also result in water or ice forming at the bottom of the sealed unit because of the sharp temperature difference between the window and surrounding air. To reduce heat transfer through the spacer and increase overall thermal performance, manufacturers may make the spacer out of a less-conductive material such as structural foam. A spacer made of aluminum that also contains a highly structural thermal barrier reduces condensation on the glass surface and improves insulation, as measured by the overall U-value.

  • A spacer that reduces heat flow in glazing configurations may also have characteristics for sound dampening where external noise is an issue.
  • Typically, spacers are filled with or contain desiccant to remove moisture trapped in the gas space during manufacturing, thereby lowering the dew point of the gas in that space, and preventing condensation from forming on surface #2 when the outside glass pane temperature falls.
  • New technology has emerged to combat the heat loss from traditional spacer bars, including improvements to the structural performance and long-term-durability of improved metal (aluminum with a thermal barrier) and foam spacers.

Construction

IGUs are often manufactured on a made to order basis on factory production lines, but standard units are also available. The width and height dimensions, the thickness of the glass panes and the type of glass for each pane as well as the overall thickness of the unit must be supplied to the manufacturer. On the assembly line, spacers of specific thicknesses are cut and assembled into the required overall width and height dimensions and filled with desiccant. On a parallel line, glass panes are cut to size and washed to be optically clear.

Examples of modern plastic and wooden window profiles with insulated glazing

An adhesive sealant (polyisobutylene) is applied to the face of the spacer on each side and the panes pressed against the spacer. If the unit is gas filled, two holes are drilled into the spacer of the assembled unit, lines are attached to draw out the air out of the space and replacing it (or leaving just vacuum) with the desired gas. The lines are then removed and holes sealed to contain the gas. The more modern technique is to use an online gas filler, which eliminates the need to drill holes in the spacer. The units are then sealed on the edge side using either polysulfide or silicone sealant or similar material to prevent humid outside air from entering the unit. The desiccant will remove traces of humidity from the air space so that no water appears on the inside faces (no condensation) of the glass panes facing the air space during cold weather. Some manufacturers have developed specific processes that combine the spacer and desiccant into a single step application system.

The insulating glazing unit, consisting of two glass panes bound together into a single unit with a seal between the edges of the panes, was patented in the United States by Thomas Stetson in 1865.[2] It was developed into a commercial product in the 1930s, when several patents were filed, and a product was announced by the Libbey-Owens-Ford Glass Company in 1944.[3] Their product was sold under the Thermopane brand name, which had been registered as a trademark in 1941. The Thermopane technology differs significantly from contemporary IGUs. The two panes of glass were welded together by a glass seal, and the two panes were separated by less than the 0.5 inches (1.3 cm) typical of modern units.[4] The brand name Thermopane has entered the vocabulary of the glazing industry as the genericized trademark for any IGU.[citation needed]

Thermal performance

The maximum insulating efficiency of a standard IGU is determined by the thickness of the space. Typically, most sealed units achieve maximum insulating values using a space of 16–19 mm (0.63–0.75 in) when measured at the centre of the IGU.

IGU thickness is a compromise between maximizing insulating value and the ability of the framing system used to carry the unit. Some residential and most commercial glazing systems can accommodate the ideal thickness of a double-paned unit. Issues arise with the use of triple glazing to further reduce heat loss in an IGU. The combination of thickness and weight results in units that are too unwieldy for most residential or commercial glazing systems, particularly if these panes are contained in moving frames or sashes.

This trade-off does not apply to vacuum insulated glass (VIG), or evacuated glazing,[5] as heat loss due to convection is eliminated, leaving radiation losses and conduction through the edge seal.[6] These VIG units have most of the air removed from the space between the panes, leaving a nearly-complete vacuum. VIG units which are currently on the market are hermetically sealed along their perimeter with solder glass, that is, a glass frit having a reduced melting point. Such a glass seal is rigid, and will experience increasing stress with increasing temperature differential across the unit. This stress may prevent vacuum glazing from being used when the temperature differential is too great. One manufacturer provides a recommendation of 35 °C.

Vacuum technology is also used in some non-transparent insulation products called vacuum insulated panels.

An older-established way to improve insulation performance is to replace air in the space with a lower thermal conductivity gas. Gas convective heat transfer is a function of viscosity and specific heat. Monatomic gases such as argon, krypton and xenon are often used since (at normal temperatures) they do not carry heat in rotational modes, resulting in a lower heat capacity than poly-atomic gases. Argon has a thermal conductivity 67% that of air, krypton has about half the conductivity of argon.[7] Krypton and xenon are very expensive. These gases are used because they are non-toxic, clear, odorless, chemically inert, and commercially available because of their widespread application in industry. Some manufacturers also offer sulfur hexafluoride as an insulating gas, especially to insulate sound. It has only 2/3 the conductivity of argon, but it is stable, inexpensive and dense. However, sulfur hexafluoride is an extremely potent greenhouse gas that contributes to global warming. In Europe, SF
6
falls under the F-Gas directive which ban or control its usage for several applications. Since 1 January 2006, SF
6
is banned as a tracer gas and in all applications except high-voltage switchgear.[8]

In general, the more effective a fill gas is at its optimum thickness, the thinner the optimum thickness is. For example, the optimum thickness for krypton is lower than for argon, and lower for argon than for air.[9] However, since it is difficult to determine whether the gas in an IGU has become mixed with air at time of manufacture (or becomes mixed with air once installed), many designers prefer to use thicker gaps than would be optimum for the fill gas if it were pure. Argon is commonly used in insulated glazing as it is the most affordable. Krypton, which is considerably more expensive, is not generally used except to produce very thin double glazing units or extremely high performance triple-glazed units. Xenon has found very little application in IGUs because of cost.[10]

Heat insulating properties

The effectiveness of insulated glass can be expressed as an R-value. The higher the R-value, the greater is its resistance to heat transfer. A standard IGU consisting of clear uncoated panes of glass (or lights) with air in the cavity between the lights typically has an R-value of 0.35 K·m2/W.

Using US customary units, a rule of thumb in standard IGU construction is that each change in the component of the IGU results in an increase of 1 R-value to the efficiency of the unit. Adding argon gas increases the efficiency to about R-3. Using low emissivity glass on surface #2 will add another R-value. Properly designed triple-glazed IGUs with low emissivity coatings on surfaces #2 and #4 and filled with argon gas in the cavities result in IG units with R-values as high as R-5. Certain vacuum insulated glass units (VIGU) or multi-chambered IG units using coated plastic films result in R-values as high as R-12.5

Additional layers of glazing provide the opportunity for improved insulation. While the standard double glazing is most widely used, triple glazing is not uncommon, and quadruple glazing is produced for very cold environments such as Alaska.[11][12] Even quintuple glazing (four cavities, five panes) is available - with mid-pane insulation factors equivalent to walls.[13][14]

Acoustic insulating properties

In some situations the insulation is in reference to noise mitigation. In these circumstances a large air space improves the noise insulation quality or sound transmission class. Asymmetric double glazing, using different thicknesses of glass rather than the conventional symmetrical systems (equal glass thicknesses used for both lights) will improve the acoustic attenuation properties of the IGU. If standard air spaces are used, sulfur hexafluoride can be used to replace or augment an inert gas[15] and improve acoustical attenuation performance.

Other glazing material variations affect acoustics. The most widely used glazing configurations for sound dampening include laminated glass with varied thickness of the interlayer and thickness of the glass. Including a structural, thermally improved aluminum thermal barrier air spacer in the insulating glass can improve acoustical performance by reducing the transmission of exterior noise sources in the fenestration system.

Reviewing the glazing system components, including the air space material used in the insulating glass, can ensure overall sound transmission improvement.

Longevity

The life of an IGU varies depending on the quality of materials used, size of gap between inner and outer pane, temperature differences, workmanship and location of installation both in terms of facing direction and geographic location, as well as the treatment the unit receives. IG units typically last from 10 to 25 years, with windows facing the equator often lasting less than 12 years. IGUs typically carry a warranty for 10 to 20 years depending upon the manufacturer. If IGUs are altered (such as installation of a solar control film) the warranty may be voided by the manufacturer.

The Insulating Glass Manufacturers Alliance (IGMA)[16] undertook an extensive study to characterize the failures of commercial insulating glass units over a 25-year period.

For a standard construction IG unit, condensation collects between the layers of glass when the perimeter seal has failed and when the desiccant has become saturated, and can generally only be eliminated by replacing the IGU. Seal failure and subsequent replacement results in a significant factor in the overall cost of owning IGUs.

Large temperature differences between the inner and outer panes stress the spacer adhesives, which can eventually fail. Units with a small gap between the panes are more prone to failure because of the increased stress.

Atmospheric pressure changes combined with wet weather can, in rare cases, eventually lead to the gap filling with water.

The flexible sealing surfaces preventing infiltration around the window unit can also degrade or be torn or damaged. Replacement of these seals can be difficult to impossible, due to IG windows commonly using extruded channel frames without seal retention screws or plates. Instead, the edge seals are installed by pushing an arrow-shaped indented one-way flexible lip into a slot on the extruded channel, and often cannot be easily extracted from the extruded slot to be replaced.

In Canada, since the beginning of 1990, there are some companies offering servicing of failed IG units. They provide open ventilation to the atmosphere by drilling hole(s) in the glass and/or spacer. This solution often reverses the visible condensation, but cannot clean the interior surface of the glass and staining that may have occurred after long-term exposure to moisture. They may offer a warranty from 5 to 20 years. This solution lowers the insulating value of the window, but it can be a "green" solution when the window is still in good condition. If the IG unit had a gas fill (e.g. argon or krypton or a mixture) the gas is naturally dissipated and the R-value suffers.

Since 2004, there are also some companies offering the same restoration process for failed double-glazed units in the UK, and there is one company offering restoration of failed IG units in Ireland since 2010.

Thermal stress cracking

Temperature differences across the surface of glass panes can lead to cracking of the glass. This typically occurs where the glass is partially shaded and one section is heated in sunlight, but can also occur due to thermal differences along the edge of the glass where it is secured to the frame, which acts as a heat sink.[17]

Thermal expansion creates a pressure differential between the warm and cool sections, and a crack may form which relieves the stress. In situations where thermal stress cracking has occurred, it can be prevented by using a thicker standard window glass which is structurally stronger and more resistant to cracking, or by using thin toughened glass to increase strength.

Estimating heat loss from double-glazed windows

Given the thermal properties of the sash, frame, and sill, and the dimensions of the glazing and thermal properties of the glass, the heat transfer rate for a given window and set of conditions can be calculated. This can be calculated in kW (kilowatts), but more usefully for cost benefit calculations can be stated as kWh pa (kilowatt hours per annum), based on the typical conditions over a year for a given location.

The glass panels in double-glazed windows transmit heat in both directions by radiation, across the panes by convection, and by conduction around the perimeter seals. The actual rates will vary with the conditions throughout the year, and while solar gain may be much welcomed in the winter (depending on local climate), it may result in increased air conditioning costs in the summer. The unwanted heat transfer can be mitigated by for example using curtains in the winter and using sun shades in the summer. In an attempt to provide a useful comparison between alternative window constructions the British Fenestration Rating Council have defined a "Window Energy Rating" WER, ranging from A for the best down through B and C etc. This takes into account a combination of the heat loss through the window (U value, the reciprocal of R-value), the solar gain (g value), and loss through air leakage around the frame (L value). For example, an A Rated window will in a typical year gain as much heat from solar gain as it loses in other ways (however the majority of this gain will occur during the summer months, when the heat may not be needed by the building occupant). This provides better thermal performance than a typical wall[citation needed].

See also

References

  1. ^ "Double vs Triple Glazing". Allard Double Glazing Blog. Retrieved 8 May 2017. 
  2. ^ US patent 49167, Stetson, Thomas D., "Improvement in Window Glass", issued 1865-08-12 
  3. ^ Jester, Thomas C., ed. (2014). Twentieth-Century Building Materials: History and Conservation. Getty Publications. p. 273. ISBN 9781606063255.  See note 25.
  4. ^ Wilson, Alex (March 22, 2012). "The Revolution in Window Performance — Part 1". Green Building Advisor. 
  5. ^ Norton, Brian (2013). Harnessing Solar Heat. Springer. ISBN 978-94-007-7275-5. 
  6. ^ "Development and quality control of vacuum glazing by N. Ng and L. So; University of Sydney". Glassfiles.com. Retrieved 2011-04-05. 
  7. ^ "Kaye and Laby. Thermal conductivities of gases". Retrieved 2012-10-07. 
  8. ^ F-gas and SF6 restrictions
  9. ^ ASHRAE Handbook, Volume 1, Fundamentals, 1993
  10. ^ http://www.ktu.lt/ultra/journal/pdf_51_2/51-2004-Vol.2_01-J.Butkus.pdf
  11. ^ https://books.google.com/books?id=96m36VQHlE8C&pg=PA119&lpg=PA119&dq=Quadruple+glazing+Alaska&source=bl&#v=onepage&q=Quadruple%20glazing%20Alaska&f=false
  12. ^ http://inhabitat.com/quadruple-glazed-house-uses-geothermal-pump-to-maintain-a-constant-temperature/
  13. ^ http://greenspec.buildinggreen.com/blogs/top-products-greenbuild-expo-floor-windows
  14. ^ http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/energy-solutions/superwindows-rescue
  15. ^ Sound insulation - Google Books. Books.google.com. Retrieved 2011-04-05. 
  16. ^ "IGMA". Igmaonline.org. Retrieved 2011-04-05. 
  17. ^ Viracon Corporation, Owatonna, MN, "Tech Talk: Thermal stress cracking", 2001, http://www.viracon.com/images/pdf/TTThermalStress.pdf

External links

Media related to Insulated glazing at Wikimedia Commons