دانلود تحقیق طراحی در و پنجره برای کاهش اتلاف انرژی

در و پنجره : یکی از مهمترین بخشهایی که آلومینیوم در آن بکار می‌رود ساخت پنجره و قاب می‌باشد .

با توجه به انعطاف‌پذیری و نمای زیبای آلومینیوم ،در و پنجره‌های آلومینیومی در جهان طی دهه‌های اخیر پیشرفت چشمگیری کرده است .

از آنجا که بیشترین اتلاف انرژی در ساختمان از طریق در و پنجره‌ها اتفاق می‌افتد (حدود 40% از اتلاف انرژی ساختمان از طریق پنجره‌ها صورت می‌گیرد) همچنین در راستای نیل به اهدافی چون عایق سازی در برابر صدا و آلودگیهای صوتی ، جلوگیری از نفوذ گردو غبار و آلودگیهای محیط زیست و .

.

صنعت در و پنجره‌سازی به تکنولوژیهای جدید روی آورده است و کارشناسان به طراحی‌های ویژه و خاصی در این زمینه دست یافته‌اند .

در صورتیکه در زمستان به قاب پنجره و یا شیشه آن دست بزنید خواهید دید که سرد است و این تبادل حرارتی بین قاب و پنجره و شیشه با فضای بیرون است .

برای رفع این مشکل با استفاده از شیشه‌های 2 جداره تبادل حرارتی از طریق شیشه به حداقل ممکن خواهد رسید .

برای کاهش تبادل حرارتی از طریق پنجره ،استفاده از نوعی قاب آلومینیومی با عایق حرارتی که به گرمابند (Thermal Break) معروف است توصیه می‌شود .

از آنجا که بحث بهینه سازی مصرف سوخت درساختمان ، در کشورمان می‌رود تا جایگاه واقعی خویش را پیدا کند و با توجه به آنکه اتلاف انرژی از طریق پنجره‌ها (شیشه‌ یا قاب پنجره) حدود 40% کل اتلاف انرژی ساختمان را شامل می‌شود جهت آشنایی بیشتر با تکنولوژی شیشه‌های 2 جداره و سیستم ترمال‌بریک به هریک از این دو نوع تکنولوژی اشاره می‌شود : D-1-1) سیستم دو جداره : عبور انرژی و تبادل حرارتی بین داخل و خارج ساختمان از پنجره به طریق زیر صورت می‌گیرد .

1 .

بدست آوردن و یا از دست دادن انرژی غیر خورشیدی بصورتهای رسنایی و جابجایی 2 .

بدست آوردن گرمای خورشید بصورت تشعشع جریان حرارت غیر خورشیدی از پنجره نتیجه اختلاف دمای میان محیط داخل و خارج می‌باشد .

در فصول سرد پنجره‌ها گرما را از داخل به بیرون داده و در فصول گرم نیز گرما را از بیرون به داخل ساختمان وارد می‌نمایند .

برای مقایسه مواد مختلف از جهت میزان انتقال حرارتی از فاکتور U استفاده می‌شود .

فاکتورU اندازه سرعت جریان حرارت غیر خورشیدی از یک پنجره و یا نورگیر می‌باشد .

هر چه این فاکتور بیشتر باشد نشانگر میزان بیشتر جریان حرارتی است .

فاکتور U به مصرف‌کننده این امکان را می‌دهد که میزان عایق‌بودن انواع پنجره‌ها و نورگیرها را با یکدیگر مقایسه کند و واحد آن Btu/hr-sq…ft.f می‌باشد .

استفاده از شیشه دو جداره باعث کاهش قابل توجهی در مقدار فاکتور Uمی‌شود .

شیشه دوجداره دو ورق شیشه است که توسط یک فاصل (اسپیسر) در دور تا دور آن از هم جدا شده‌اند و این فاصله‌ها با مواد درزگیر به شیشه می‌چسبند .

خواص اصلی دو جداره بدلیل وجود همین فاصله بین دو شیشه است ، بین دو شیشه از هوا یا گاز مخصوص (مانند آرگون ، گزنون، و یا مخلوطی از آنها) پر شده است .

میله جداکننده از جنس آلومینیوم و با ضخامتهای متفاوت است که دورن آن با ماده رطوبت‌گیر (عامل خشک کننده) پر می‌گردد که این ماده سبب جذب رطوبت هوای ما بین دو شیشه می‌گردد .

شیشه‌های دو جداره می‌توانند بصورت ترکیبی از انواع شیشه‌های مختلف نظیر شیشه ساده، رنگی ، رفلکس ، لمینت ، سکوریت و مات تهیه شوند که نوع شیشه خود می‌تواند عامل بسیار مهمی در کاهش میزان اتلاف انرژی باشد .

به عنوان مثال شیشه‌های با پوشش Low-e باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در مقوله فاکتور U می‌شوند .

ویژگیهای اصلی شیشه های دو جداره عبارتند از : کاهش اتلاف انرژی حرارتی و نم‌زدگی شیشه ، عایق صوتی و کاهش سر و صدا وایمنی بیشتر .

شیشه‌های دو جداره در زمستان حرارت را نگه داشته و در تابستان از ورود گرما به درون جلوگیری می‌کنند در نتیجه باعث بهبود تجهیزات گرمایش و سرمایش ساختمان می‌شوند .

این شیشه‌ها باعث کاهش نفوذ صوت می‌شوند و از نم‌زدگی شیشه‌ بعلت گرمتر بودن لایه درون شیشه دو جداره جلوگیری می‌کند .

شیشه‌های دو جداره با گرم و مطبوع نگه داشتن محیط ، فضای ساختمان را برای زندگی و انجام کار مساعد می‌سازند .

با استفاده از هر متر مربع شیشه دو جداره با قاب استاندارد می‌توان در سال به میزان 40مترمکعب در مصرف گاز صرفه‌جویی نمود و هزینه‌ها را تا حد زیادی کاهش داد .

در صورت شکستن ورق بیرونی شیشه دو جداره ممکن است ورق داخلی نشکند و احتمال ریزش و خطرات بعدی به حداقل می‌رسد .

بنابراین استفاده از این نوع شیشه می‌تواند باعث افزایش ایمنی ساختمان گردد .

اگر فاصله بین دوشیشه 15-12 میلیمتر باشد بهترین کارآیی شیشه دوجداره را می‌توان کسب کرد ضمن آنکه با استفاده از این نوع شیشه نفوذ صدا را تا 45 دسی‌بل می‌توان کم کرد و در نتیجه در خیابانها و مکانهای شلوغ می‌توان از محیطی آرام و ساکت برخوردار گشت .

قابل ذکر است که انواع جدیدی از شیشه ‌دو جداره ساخته شده است که بین دو ورق خلاء وجود دارد .

در این نوع شیشه‌ها فاصله بین دو ورق بسیار کم می‌باشد .

این نوع شیشه‌ها اولین بار در روسیه ساخته شدند و دارای خواص حرارتی و صوتی بهتری می‌باشند .

شیشه‌های دو جداره را می‌توان بر روی قابهای آلومینیومی ، آهنی و یا قابهایی از جنس PVC تعبیه و استفاده کرد .

استفاده از سیستم شیشه ‌دو جداره به همراه سیستم پنجره‌های آلومینیومی گرما‌بند تکنولوژی است که باعث جلوگیری از اتلاف انرژی به میزان قابل توجهی می‌شود .

D-1-2 ) سیستم در و پنجره‌های گرمابند(Thermal Break): اگرچه در و پنجره‌های آلومینیومی بدلیل خواصی که قبلاً ذکر شد یکی از محصولات قدیمی و کاربردی در صنایع ساختمان سازی محسوب می‌شوند ، اما با پیشرفت تکنولوژی و اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی ، این پنجره‌ها نیز به تکنولوژی جدیدی دست یافته‌اند که به آن ترمال‌بریک یا گرما‌بند می‌گویند .

پنجره‌های آلومینیومی معمولی در هوای سرد رطوبت و سرما را از جداره داخلی منتقل می‌کنند و دارای فاکتور U بالایی هستند .

سیستم ترمال‌بریک با حذف این مشکل ، فاکتور U پنجره‌های آلومینیومی را از Btu/hr-sq.ft.f2 به Btu/hr-sq.ft.f1 می‌رساند .

حاصل ساخت اینگونه پنجره‌ها این است که جداره خارجی ، گرما و یا سرما را به جداره داخلی انتقال نمی‌دهد .

سیستم ترمال‌بریک پروفیلهای عایق حرارتی از دو مقطع پروفیل آلومینیومی از هم مجزا که توسط نوارهای پلاستیکی پلی‌آمید به هم متصل شده‌اند تشکیل شده است .

نوار پلی‌آمید مانع انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر می‌شود .

که در واقع عنوان ترمال‌بریک برای این سیستم به این علت است که حرارت را می‌شکند و مانع از نفوذ آن به محیط دیگر می‌شود .

پلاستیکهای پلی‌آمید مصرفی در این سیستم دارای خصوصیات زیر می‌باشند : بالا بودن نسبت استحکام مکانیکی به وزن ، پائین بودن ضریب انبساط حرارتی ، مقاومت در برابر مواد شیمیایی ، آب ، اشعه و حرارت ، حفظ خواص مکانیکی در دمای بالا و طول عمر زیاد .

نوارهای پلی‌آمید در محل اتصال به مقاطع آلومینیومی دارای چسب جامدی به صورت رشته سیم سفید رنگ‌می‌باشند که هنگام عبور از کوره در دمای 180 درجه سانتی‌گراد فعال می‌شوند وچسبندگی پلی‌آمید به قطعات را بیشتر کرده وباعث استحکام بیشتر مقاطع می‌شود .

معمولاً برای افزایش خواص پلی‌آمیدها مواد افزودنی به آنها اضافه می‌کنند .

از جمله این مواد ، الیاف کوتاه شیشه(فایبرگلاس)می‌باشد .

افزایش این مواد باعث می‌شود که استحکام کششی و مدول الاستیسیته به ترتیب 100% و 200% افزایش پیدا کنند و پروفیل‌های عایق شده در دمای بالاتر تغییر شکل بدهند .

استفاده از پروفیل‌های ترمال‌بریک باعث می‌شود مقدار اتلاف حرارت تقریباً10% اتلاف حرارتی از طریق پروفیل‌های معمولی شود .

قابل ذکر است که بیشترین مقدار حرارت از طریق شیشه‌ها تلف می‌شود و در سیستم ترمال‌بریک از شیشه‌های دو جداره استفاده می‌شود که اتلاف حرارتی از طریق آنها تنها 25% اتلاف حرارتی از طریق شیشه‌های یک‌جداره می‌باشد ، پس با همراه ساختن سیستم ترمال‌بریک و شیشه‌های دوجداره می‌توان اتلاف حرارتی را تا حد بسیار بالایی کاهش داد .

همانطور که در سیستم شیشه ‌دو جداره توضیح داده شد در بین دو جداره ‌ شیشه‌ها مواد جاذب رطوبت قرار دارند که مانع از نفوذ رطوبت به محیط دیگر می‌شوند .

چنانچه حدود 10% درصد از سطح خارجی ساختمان پنجره باشد آنگاه حدود 25% از اتلاف حرارتی ساختمان کاسته خواهد شد و در حدود 15% از مقدار سرمایه‌گذاری اولیه موتور‌خانه و تاسیسات حرارتی و برودتی کاسته می‌شود و مصرف انرژی 20% کاهش می‌یابد .

ویژگی‌های حائز اهمیت در و پنجره‌ های ترمال‌ بریک : 1) عایق صوتی : علاوه بر مسایل فوق‌استفاده از سیستم‌ترمال‌بریک باعث عدم ورود سر و صدا به محیط منزل می‌شود .

امروزه جلوگیری از نفوذ آلودگی های صوتی به محیطهای کاری بیمارستانی ، سالن‌های فرودگاه ها ، مدارس و.

حائز اهمیت است .

طبق استانداردهای موجود در این سیستم در صورت استفاده از 2 جداره شیشه 4 میلیمتری با حد فاصل هوایی 12 میلی‌متر میزان صدا در فرکانس 1000 سیکل برثانیه 35 دسی‌بل کاهش می‌یابد (با افزایش فرکانس ، میزان این کاهش به 74db می‌رسد) در فرودگاهها که میزان صدا هنگام برخاستن هواپیما از زمین حدودdb120 است با استفاده از پنجره‌های استاندارد کاهش صدا تا db 74 در داخل سالن فرودگاه امکان پذیر است که صدای غرش هواپیما را به صدایی کمی‌بلندتر از صدای زنگ تلفن تبدیل می‌کند .

2)قابلیت جلوگیری از نفوذ آب و گرد و غبار : با توجه به معضل آلودگی در قرن حاضر قابلیت در و پنجره‌ها برای جلوگیری از نفوذ گرد و غبار ، دود و آلودگی مهم است .

این امر با طراحی مناسب در تولید و نیز دقت در نصب در و پنجره ممکن خواهد بود .

لنگه متحرک پنجره باید به دقت طراحی و نصب گردد .

با زوارهای لاستیکی در سیستم آب‌بندی لنگه متحرک قاب ، راه نفوذ هوا مسدود می‌شود .

این امر فقط با توجه فراوان و مونتاژ دقیق پروفیل میسر است .

3) قابلیت جلوگیری از نفوذ آب : طراحی مناسب و ایجاد منافذ و شیب‌های لازم در مقاطع پروفیل و نیز وجود محلهایی جهت تخلیه آب و هدایت آن به خارج از پنجره کمک بزرگی در جلوگیری از نفوذ آب به داخل ساختمان می‌کند که این نوع طراحی با توجه به خاصیت اکسترود پذیری و قابلیت شکل‌پذیری مناسب آلومینیوم امکان پذیر است .

علاوه بر آن در سیستم ترمال‌بریک برای جلوگیری از نفوذ آب و گرد و غبار از نوارهای لاستیکی اتیلن پروپیلن دی متاکریلات استفاده می‌شود .

این نوار لاستیکی با مقاومت خوبی در برابر شرایط جوی برای مصارف خارجی در تماس با هوا مناسب می‌باشد .

امروزه در طراحی کلی یک ساختمان توجه به مقاطع پروفیلهای در و پنجره الزامی است زیرا مهندسان عمران در و پنجره‌ را از مهمترین بخشهای ساختمان می‌دانند .

استفاده از سیستمهای ترمال‌ بریک باعث می‌شود که : 1) تلفات حرارتی ساختمان در فصل سرما در حد 20 الی 30 درصد کاهش یابد .

2) تلفات برودتی ساختمان در فصل گرما در حد 10 الی 20 درصد کاهش یابد .

3) در مصرف انرژی در حد 10 الی 25 درصد کاهش حاصل شود که نتیجه آن کاهش هزینه‌های سرمایه گذاری ساختمان در حد 10 الی 20 درصد است .

4) جلوگیری از نفوذ باد باران و گرد و غبار به ساختمان و نیز تقلیل آلودگی‌های صوتی .

5) امکان طراحی قسمت بیرون و داخل پنجره در دو رنگ متفاوت .

6) دستیابی به طراحی زیبا ، جذاب ،بادوام و با صرفه اقتصادی و قابل بازیافت به طبیعت پس از پایان عمر ساختمان .

D-2) سقف‌های کاذب آلومینیومی : یکی دیگر از کاربردهای آلومینیوم در صنایع ساختمان تولید سقف‌های کاذب می‌باشد .

نیاز فروشگاههای ساختمانی بزرگ ، هتلها و بیمارستانها به محیطی زیبا و آرام ، نیاز استخرها و محیطهای مرطوب به سقفهایی با مقاومت به خوردگی بالا و .

باعث گشته است تا آلومینیوم این بار خود را به شکل سقف‌های کاذب (دامپا و تایل) ، کناره‌ها و سایبان‌ها در عرصه ساختمان وارد نماید .

انواع سقفهای کاذب با طرحهای مختلف با لایه پشم سنگ همراه که این سقفها را به عایقی مناسب تبدیل می‌کند در بناها بکار می‌روند .

D-2-1) سقف کاذب دامپا : متشکل از ورق آلومینیوم با ضخامت در حد 5 میلیمتر و عرض‌های مختلف است که با روش رول فرمینگ بصورت پروفیل با طول‌های مختلف بر اساس سفارش مشتریان تولید می‌گردد .

استفاده از یک لایه پشم سنگ یا پشم شیشه این نوع سقف را به عایقی مناسب تبدیل می‌کند .

از مزایای دامپا می‌توان موارد زیر را ذکر کرد : دامنه مصرف وسیع ، ظاهری آراسته و دکوراتیو ،آکوستیک ، غیر قابل اشتغال ، قابلیت نصب سریع ، دسترسی ساده و سریع به تجهیزات پشت سقف ، تنوع و زیبایی رنگ ، دوام ، قابلیت نصب بر روی دیوار ، قابلیت تجهیز به هر نوع چراغ ، دریچه ، بلندگو و قابل شستشو .

مجموع این خواص باعث شده تا دامپا مناسب برای استفاده در مراکز صنعتی بیمارستانها ، هتلها ، استخرها و محیطهای مرطوب سالنهای ورزشی و حتی فضاهای باز مثل سقف پمپ بنزین‌ها باشد .

D-2-3)سقف کاذب از نوع تایل (Tile) : عبارتست از نوعی سقف کاذب پیش ساخته متشکل از قطعات مربع شکل آلومینیومی که رنگ‌آمیزی شده ودرداخل شبکه‌بندی آلومینیومی مخصوص قرار می‌گیرند .

این روش اجرا ، امکان برداشتن و نصب مجدد آنرا جهت دسترسی به تاسیسات پشت سقف مسیر می‌گرداند .

این سقف کاذب جهت جذب بیشتر صدا بصورت سوراخدار نیز تولید می‌گردد و امکان بهر‌ه‌گیری از پشم سنگ جهت ایزولاسیون در این سیستم مسیر می‌باشد .

از این سیستم جهت استفاده در سالنهای اجتماعات ، سقف سینماها و اماکن وسیع استفاده می‌گردد .

نوع دیگری از سقفها سازه های آلومینیومی می‌باشند که به دلیل شکل‌پذیری بالای آلومینیوم در شکلهای مختلف تولید شده و به هم وصل می‌شوند .

از مزایای این نوع سقفها و سازه‌ها سبکی آنهاست که نصب و جابجایی را تسهیل کرد و سرعت کار را بالا می‌برند .

ضمن آنکه خطرات ناشی از سقوط و تخریب بدلیل سبک بودن آلومینیوم به حداقل می‌رسد .

از این سیستم درساخت غرفه‌ها و سازه‌های هوایی استفاده می‌شود .

D-3) نماهای آلومینیومی - شیشه‌ای : خواص و ویژگیهای منحصر به فرد آلومینیوم ، انقلاب جدیدی در مهندسی معماری و ساختمان براه انداخته است .

نماهای آلومینیومی با قابلیت شکل‌پذیری بالا ، امکان استفاده از شیشه‌های دو جداره را فراهم نموده است .

علاوه بر آن وجود خطرات احتمال زلزله هر چه سبک بودن ساختمان را بسیار مهم می‌نماید .

نماهای آلومینیومی بر آورده ساختن این امر را مقدور کرده است .

علاوه بر مسئله سبکی ، مقاومت ، خوردگی و قابلیت استفاده آلومینیوم در مناطق با آب و هوای مختلف ، قابلیت رنگ‌پذیری و تولید ساختارهای زیبا و با دوام باعث استفاده چشمگیر این فلز در ساختمان شده است .

استحکام بالای این فلز همراه با سبکی آن تولید نمایی با ارتفاعهای بلند را مقدور کرده است زیرا که آلومینیوم با استحکام بالا می‌تواند در برابر بارهای اعمالی مقاومت کرده و تغییر شکل و اعوجاج پیدا نکند .

که پارامتر مهمی در ساخت نماهایی با ارتفاع بلند می‌باشد وجود تنوع در سیستم نماهای اختصاصی قابلیت انتخاب بهترین نوع سیستم را با توجه به شرایط آب و هوایی و ژئوفیزیکی منطقه و مشخصات سازه نیز ممکن می‌نماید .

ساختمان (Three Brindley Piace)که به عنوان ساختمان نمونه سال در 1999 انتخاب شد ساختمانی است که در آن از پنجره‌های آلومینیومی اکسترودشده استفاده شده است .

نمای روبه روی این ساختمان.در صفحه بعد آمده است .

E: جان کلام : اگر چه بشر امروز با دستیابی به تکنولوژی ، زندگی را در ظاهر برای خود راحت و لذت بخش ساخته است ، اما نیمه پنهان دیگر این قضیه آنست که با وجود داشتن تکنولوژی مدرن هنوز نتوانسته است خود را با محیط همگون و هماهنگ سازد .

بشر به دست خود جنگلها را از بین می‌برد ، دریاها را آلوده می‌کند ، آسمان آبی بالای سر خویش را کدر و تیره می‌نماید و هوای پاک و مناظر زیبای خدادادی را با قلم سیاه‌رنگ آمیزی می‌کند .

منابع را حیف و میل می‌کند و چرخه طبیعت را دچار اغتشاش می‌کند و در این میان ناگهان از خواب غفلت بر می‌خیزد و آنچه از تکنولوژی می‌بیند چیزی نیست جز تبری برای قطع ریشه نسلهای بعد .

لذا لازم می‌بیند که منابع را حفظ کند ، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند و در حفظ محیط اطراف خویش بکوشد و اینچنین است که اکنون مسئله حفظ انرژی و منابع به بحران و چالش قرن اخیر مبدل گشته است ، هر روز شاهد تدوین قوانین و مقررات جدید زیست محیطی هستیم و همه در جهت حل این معضل به تکاپو افتاده‌اند .

از آنجا که کشور عزیزمان ایران دارای منابع مختلف و فراوان و انرژی ارازن و در دسترس بوده است ، عامه مردم و حتی متخصصین امر هنوز آنچنان که لازم است به مسئله انرژی و جلوگیری از اتلاف آن توجه نکرد‌ه‌اند .

لذا زمان بهینه‌سازی مصرف سوخت کشور ، با انجام فعالیتها و تحقیقات و تدوین قوانین جدید می‌رود تا آینده‌ای سبزتر را به نسل آینده نوید بخشد و با حفظ منابع و انرژیها نسلهای بعد را نیز از این نعمات الهی بهر‌ه‌مند سازد لذا تمام ساختمانهایی که در کشور ساخته می‌شوند باید مقررات ملی ساختمان در آنها رعایت شود و اجرای مبحث نوزدهم از این مقررات که در ارتباط با مصرف انرژی است و بر اساس آن ضریب انتقال حرارت کلی هیچ ساختمانی نباید از حد استاندارد بالاتر باشد از تیرماه سال 1380 اجباری و الزامی شده است .

لذا جهت هر چه بهتر انجام شدن طرح بهینه سازی مصرف‌انرژی توجه خاص کلیه متخصصین ، آرشیتکت‌ها و مهندسین عمران را به بحث انرژی و میزان اتلاف آن در ساختمان و خصوصاً از طریق در و پنجره را به این موضوع جلب می‌کنیم که آلومینیوم و سیستم‌ ترمال‌بریک همراه با استفاده از شیشه‌های دو جداره یکی از بهترین و کاربردی‌ترین راههای جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان می‌باشد .

در بحث کلان مبحث انرژی نیز ، بازیافت آلومینیوم چنانکه گفته شد امکان‌پذیر ، مقرون به صرفه و اقتصادی است .

و نقش والای این فلز در حفظ انرژی را مشخص‌تر می‌سازد .