صفحات 13 – ۲۲13نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی دوره ۲0

شماره ۲ تابستان 1394
104449911654

پنجره ی هوا جریان*
عنصری کارآمد در کاهش مصرف انرژی ساختمان
1044499434677

در شهر تهران
مریم محمدی**1، شاهین حیدری2
1 کارشناس ارشد انرژی و معماری، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
۲ استاد دانشکده ی معماری، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
) تاریخ دریافت مقاله: ۲9/5/9۲، تاریخ پذیرش نهایی: ۲/۲/94(
چکیده
در چند دههی گذشته و مقارن با شروع بحران انرژی در جهان، تلاشها در جهت کاهش مصرف انرژی در حوزهی ساخت وساز، منجر به عایق کاریهای وسیع پوسته در ساختمانهای نوساز و قدیمی شد . عایقکاری به معنای جلوگیری از انتقال حرارت و نیز جلوگیری از نش ت و نفوذ هوای س رد، متخصصان صنعت ساختمان را در سراسر جهان با چالش جدیدی در ارتباط با کیفیت هوای درون و چگونگی تأمین هوای تازه مواجه کرده اس ت. این چالش، هنگامی که در کنار گرایش به اس تفاده از س طوح گس تردهی شیش های در س اختمانها ق رار گرفته اس ت، منجر به ابداع ن وع جدیدی از پنجره گردی ده که تا حدی به مشـکلات با ش یوهای نوین پاس خ میدهد. هدف مقالهی حاضر، معرفی و امکانس نجی استفاده از این پنجرهی جدید به صورت بومی اس ت. برای دس تیابی به این هدف، به بررسی ساختاری پنجره با اس تفاده از شبیهس ازیهای کامپیوتری و انجام محاسـبات عددی پرداخته شدهاست تا در پرتوی آن ،به بهترین س اختار با عملکردی بهینه در اقلیم ش هر تهران دست یابیم. نتایج پژوهش نشان دهندهی توانایی بالای این پنجره در راسـتای افزایش بهرهوری س طوح شیش های )کاهش مصرف انرژی در هر دو بخش انتقال حرارت و تهویه( در مقایسه با پنجرههای چند جدارهی معمولی است.
واژههای کلیدی
پنج رهی هواجری ان، تهوی ه، انتق ال حرارت، کاه ش مصرف ان رژی، بازیافت ح رارت، کنترل کیفیت هوای داخل.

*این مقاله برگرفته از پایان نامهی کارشناسی ارشد رشتهی انرژی و معماری نگارنده ی اول است که با راهنمایی نگارنده دوم در دانشگاه تهران و تحت حمایت سازمان بهینه سازی مصرف سوخت کشور به انجام رسیده است .
E-mail: [email protected] ، 0۲1-8978406۲ :تلفن: 091۲6447365 ، نمابر **
۱۴

مقدمه

در س ـالهای اولی هی ش روع بحران انـرژی در جه ان، تمرکزها ب ر روی انتقال حرارت از پوس ـتهی س اختمان بود. مث ال بارز این موض وع، آیین نامهه ای س اختمانی اولیه در کش ورهای اروپایی۱ و مبح ث ۱۹ مق ررات مل ی س اختمان ای ران اس ت که ب ه افزایش حداقل های عایق کاری پوس ته و کاهش سطوح پنجرهی مجاز در ساختمان ها دستور میدهند. از آن زمان، قوانین سخت گیرانهای در ارتب اط ب ا تقاض ای انرژی در س اختمان ها به ط ور مرتب وضع میش وند. ب ا پیش رفت فن آوری در تولی د پنجرهه ا و ب ه دنب ال آن کاه ش قاب ل توج ه مش کلات انتق ال ح رارت در بازش وها ،سخت گیریها در این حوزه حذف و دست طراحان برای استفاده از س طوح شیش های گش ادهتر خواه د ش د. ب ا ای ن وج ود، هنوز پنجرهه ا در بکارگی ری پوش ش های کمگس یل، دو ج داره کردن ،اس تفاده از تجهیزاتِ کاهش پل های حرارتی و افزایش هوابندی ،نقش فعالی در اتلاف حرارت کلی ساختمان بازی میکنند.
4500002226951

به موازات اینکه مس ئلهی انتقال حرارت بوس یلهی عایقکاری پوستهی ساختمانها کنترل میشود، مسئلهی دیگر، یعنی اتلاف انرژی به دلیل تهویه، به عنوان عامل تاثیرگذار ثانویه اهمیت خود را بیشتر نشان میدهد. این موضوع توجهها را به مسئلهی هوابندی عاقلانهی ساختمان و کنترل جریان هوا – و نه حذف آن- معطوف میکنـد. زی را از طرف ی تلاشه ا در راس تای کاه ش می زان تهوی ه )تعوی ض هوای کنترل نش ده( و حذف مص رف انرژی در این بخش اس ت و از ط رف دیگ ر، تهوی ه بخش ی از نیاز س اختمان و س ا کنین ب وده و تأمی ن آن اجتن اب ناپذی ر اس ت)محمدی ،۱۳۹۱، 55(. در فصل س رد، تأمین هوای تازه از بیرون و انتقال مس تقیم آن
به داخل س اختمان، موجب ایجاد س وز و عدم آس ایش می شود .بنابرای ن ه وای تازه باید پیش از ورود ب ه محیط داخل، پیش گرم ش ود. برای تهیهی هوای تازه، در س اختمانهای نوس از و مدرن ام روز، میت وان از سیس تمهای مکانیک ی تعوی ض ه وا مجه ز به واحده ای بازیاف ت حرارت اس تفاده ک رد، اما در س اختمان های موج ود و ب ه خص وص آپارتمان ه ا ک ه ب ه واس طهی نوس ازی به عای ق کاری مجه ز میش وند، نص ب چنی ن تجهیزات ی، بس یار گ ران و گاه ی غی ر ممک ن اس ت)Taminskas and Domarkas,
2011,7(. در ای ران نیز اساس اً چنین س امانههایی وجود ندارند.۲ بنابراین در بس یاری از موارد، تنها یک س امانه ی خروج هوا )ا گزوز ف ن( نص ب ش ده، و ب ه ای ن ترتیب باع ث افزای ش مص رف انرژی ب رای رس اندن دم ای ه وای ورودی به دم ای داخل س اختمان می شود)Appelfeld and Svendsen, 2011(.
در ش رایط اس تاندارد، پنج ره و تهوی ه دو س امانهی ج دا از هم هس تند، در بهتری ن حال ت آن ه م در اروپ ا، مناف ذ کوچک ی۳ در پروفی ل پنجرهه ا پیشبینی میش وند ک ه اجازهی ورود مس تقیم ه وای س رد را ب ه داخ ل فراه م میآورن د. به عب ارت دیگ ر، تمامی تدابیر اتخاذ ش ده برای جلوگیری از نفوذ باد و جریان هوای س رد را از بی ن میبرن د. با این ش رایط ارائه راه کار ضروری اس ت. راهکاری ب رای اینک ه پنج ره ه م ام کان ورود ه وا را فراهم کند و ه م نکند . راهحل متبادر، استفاده از نوعی پنجرهی هواجریان۴ است. ایدهای ک ه به صورت همهجانبه، به مش کلات «تهوی ه» و «انتقال حرارت »ب ه عنوان چالشهای اصلی و «آس ایش حرارتی» و «کاهش صوت »ب ه عنوان چالشهای فرعیتر در پوس تههای نورگذر توجه میکند .
1- پنجرهی هوا جریان
« پنجرههای هواجریان، پنجره و س امانهی تهویه را به وس یلهی کشاندن مسیر ورود هوای تازه از فاصلهی بین شیشهها -قبل از ورود ب ه فضای اتاق- با هم تلفیق میکنن د. واژهی « پنجرهی هواجریان »ی ا «پنج رهی دولای هی تهوی ه ش ونده» ب رای معرف ی پنجرهه ای چندجدارهای اس تفاده میشـود که یک یا بیش تر از یکی از فضاهای خالی بین شیشهها، تهویه میشوند» )Raffnsoe, 2007, 1(.
«وابس ته به مسـیر حرکت ه وا، چهار حالت مختلـف برای این سیستم به وجود می آید:
۱. پنجره ی دمندهی هوا5 یا پنجره ی تأمین کننده ی هوا ،
۲. پنجرهی مکنده ی هوا یا پنجره ی خارج کننده ی هوا ،
۳. پنجره با پرده ی هوای داخلی و
۴. پنجره با پردهی هوای خارجی6»)Gosselin and Chen, 2008(. پنجرهی دمنده ی هوا، از س ه لایه شیش ه تشکیل شده است: ی ک واح د متشـکل از دو شیش ه با لای هی هوایی محب وس مثل پنجره ی دوجداره ،به همراه یک لایهی س وم شیش ه که از بیرون ب ه آن اضاف ه شدهاس ت. ب ر خ لاف شیش ههای چندج داره ی مرس وم، فاصل هی هوای ی بی ن واحد دوجداره و شیش هی س وم محبوس نیس ت. یک منف ذ ورود هوا در انته ای پنجرهی بیرونی و منف ذ دیگ ر در ب الای واح د دوج داره ی داخل ی وج ود دارد .ه وای ت ازه از دریچ ه ی پایین ی وارد ش ده7 و قب ل از ورود ب ه اتاق از فاصل هی هوای ی تعبیه ش ده بالارفته و س پس وارد س اختمان می ش ود. در ط ول دوره گرمایش، هوای س رد بی رون هنگام عبور از فض ای بی ن دو پنج ره، گرمای ی که بوس یله ی شیش ه از داخل ب ه بیرون هدایت میش ود و نیز گرمای حاص ل از تابش را دریافت ک رده و ب ه داخل اتاق باز میگرداند. به این ترتیب، هوای تازهی در ح ال ورود ب ه اتاق، ضم ن جلوگی ری از هدر رفت گرمای شیش ه ،خ ود نی ز پیشگ رم ش ده و از انرژی م ورد نی از ب رای گرمایش این هوای تازه کاس ته می ش ود. در نتیجه بار کل گرمایشی ساختمان کاه ش مییاب د. هوای ت ازه، زمان ی از طریق این واح د پنجره ای وارد فض ای ات اق می ش ود که منفذی برای خروج از اتاق )مکش ی طبیع ی ی ا مکانیک ی از داخل به خارج س اختمان( وجود داش تهباشد. مانند چند فن، در فضاهای خیس ساختمان .
اس تراتژی ای ن پنجرهه ا، بخش ی از ابت کارات در زمین هی هوشمندسازی عناصر ساختمانی و ساختارهای دوپوسته است که در اواخ ر ق رن ۱۹ می لادی دراروپا، به صورت ابتدای ی مورد مطالعه ق رار گرفتن د8. طب ق مطالعات ی ک ه تا کن ون انج ام گرفت ه اس ت، اس تفاده از این پنجره در حیطهی س اختمانهای اقامتی کوچک توجی ه دارد. چ را ک ه تأمی ن ه وای ت ازه به وس یلهی ای ن پنجره ،دارای محدودیتهایی است که به عملکرد حرارتی بهینهِی پنجره بازمیگ ردد. از ای ن رو ، حدا کث ر توانای ی پنج ره ب رای تأمی ن هوای تازه در محدودهی نرخ تعویض هوا برای س اختمانهای مس کونی و اقامت ی ک م مس احت – همچ ون آپارتمانه ا، خوابگاهه ای دانشجویی و اتاقهای اقامتی هتلها – قرار میگیرد .
2- عوامل تأثیرگذار بر عملکرد پنجره
عوام ل بس یاری ب ر عملک رد حرارت ی پنج ره ی دمن ده ی ه وا مؤثرن د ک ه آنه ا را میت وان در دو بخ ش س اختاری و اقلیم ی دستهبندی کرد. مهم ترین عوامل در بخش اول عبارتند از:
سرعت جریان هوا ،
پوشش لایهی کم گسیل بر روی شیشه ،
ضخامت شیشه ها،
ارتفاع پنجره و
عمق فضای تهویه شونده.
درحال ی ک ه در بخ ش دوم، «می زان دریاف ت تابش خورش ید ب ر س طح پنج ره» مهمترین عاملی اس ت که عملک رد حرارتی این پنجـره را در اقلیم های مختلف تحت الشـعاع قرار می دهد )McE-voy et al., 2003(.
3- روش پژوهش
عملک رد حرارتی پنجرههای هوا جریان در ش رایط مختلف آب و هوایی و تغییر عوامل ذکرش دهی مؤثر بر آن، متغیر اس ت و بررس ی آن درنهایت بدون درنظر گرفتن نوع سامانه تهویه مورد استفاده در ساختمان ممکن نیست، زیرا پنجره قادر به تأمین کل نیاز گرمایشی ه وای ورودی در ش رایط متغی ر آب و هوایی نیس ت. تفاوت اصلی پنج رهی معمولی و پنجرهی دمن دهی هوا، بر مقدار جریان حرارت همرف ت، در فض ای تهویهش وندهی مرتب ط با آن اس ت. بنابراین ،دس تیابی به ویژگیه ای حرارتی صحیح پنجره، گام نخس ت برای محاس بات ب ار مصرف ی فض ای مج اور آن برای ش هر تهران اس ت .پارامت ر اصل ی و اولیهی م ورد نیاز ب رای این منظور، می زان توانایی پنجره در پیشگرمایش هوای س رد بیرونی در هنگام عبور از فضای تهویهش وندهی میانی، با توجه به میزان دریافت تابش و بدون آن – در طول شبانه روز – است. معادلات مورد استفاده در تعدادی از نرمافزاره ای موجود مانن د انرژیپلاس یا دیزاین بیلدر، نواقصی در زمینهیتعیین پارامترهای اصلیدارند، که صحت نتایج رابا مشکل
۱5
مواج ه میکنن د. صحیحتری ن پاس خ در ای ن زمین ه، از نرماف زاری ب ه ن ام« WIS» دریاف ت میش ود. بنابرای ن ب ه منظ ور رس یدن به ویژگیه ای حرارت ی پنج رهی دمندهی ه وا، از شبیهس ازی آن در این نرمافزار اس تفاده میش ود”.WIS 3.1 یک نرماف زار یکنواخت و چندمنظوره بر اساس استانداردهای اروپایی است که برای تعیین ویژگیهای حرارتی و خورش یدی سیس تمهای مختل ف پنجرهای طراحی ش ده و ش امل ی ک منبع اطلاعاتی اس ت ک ه خصوصیات اج زای مختلـف پنج ره و تم ام اطلاع ات لازم ب رای محاس بات برهم کنشهـای حرارتی و نوری در آن درج شـده اسـت”)Van Dijk and Oversloot, 2003(.” از خصوصیته ای منحص ر ب ه ف رد ای ن نرمافزار، فراهم کردن امکان گردش هوا به صورت طبیعی یا اجباری بی ن آنها اس ت. ای ن قابلیـت، نرمافزار را ب رای محاس بات عملکرد حرارتی و خورش یدی سیس تمهای پنجرهای پیشرفته و پیچیده و نماهای فعال مناس ب میگردان د. الگوریتمهای مورد اس تفاده در این نرمافزار بر اس اس اس تانداردهای بینالمللی «ایزو» و «سی ای ان۹» اس ت. ب ا این ح ال، نرمافزار برای بعضی از اجزا و ش رایطی که این استانداردها پاسخگوی آنها نمیباشند، از معادلات پیشرفتهی دیگری نیز اس تفاده میکن د” )Fuliotto, 2008, 66(. علیرغم نتایج بسیار دقیق این نرم افزار، ضعف آن در عدم توانایی برای محاسبات در یک دورهی زمانی و داش تن اطلاعات آبوهوایی به صورت پایه اسـت)Perino and Aschehoug, 2009, 29(. بنابرای ن برای دریافت اطلاع ات حرارت ی و ن وری پنج رهی دمندهی ه وا، اطلاع ات آب و هوایی ش هر تهران را باید برای هر بار شبیهس ازی به صورت دس تی وارد نرمافزار کرد و از آنجا که شبیهسازی در وایز به صورت لحظهای میباش د، مل زم ب ه میانگینگی ری و تکرار شبیهس ازی در س اعات مختلف، برای انجام محاسبات در طول یک شبانهروز هستیم.
پارامتره ای خروج ی ک ه از محاس بات ص ورت گرفت ه در ای ن نرماف زار، به طور مس تقیم دریافت میش وند عبارتن د از: دمای هوا در خروج ی پنج ره )می زان پیشگرمای ش ه وای ورودی ب ه داخل ساختمان( و در وسط شیشه، ضرایب انتقال حرارت همرفت و تابش سیس تم پنج ره به داخل و خارج، دمای سـطوح مختلف شیش ه .برای دس تیابی به پنجرهای با بهترین ساختار، پنج پیکربندی مختل ف ب رای پنج ره ی هواجری ان، جهت بررس ی و شبیه س ازی در نرمافزار انتخاب ش دند. این انتخاب براس اس نتایج مطالعات پیش ین در کش ورها و اقلیم های مختلف انجام شد تا حالت هایی ک ه ب ه نتای ج بهت ر نزدیک ترن د م ورد توج ه ق رار گی رد و از تک رار جلوگیری به عمل آید. بر این اس اس، تعدادی از پارامترها ش امل؛ عمـق فض ای تهویه ش ونده، دبیجری ان ه وای عب وری از پنجره ،ضخامت شیش هها و هندسهی پنجره )پنجره هایی به عرض ۱متر و ارتفاع۱.5متر( در ابتدای کار ثابت فرض ش دند. تنها خصوصیت شیش هها – محل پوش ش لایهی کمگس یل- که مؤثرترین پارامتر در تغیی ر قابلیتهـای پنج ره و میزان دریافت حرارت خورش یدی اس ت، متغی ر در نظ ر گرفته ش د تا مناس بترین حالت به دس ت آید. س اختار تعریف ش ده ب رای پیکربندی ها در جدول ۱ و ش کل ش ماتیک پنج ره و قرارگی ری پوش ش لای ه ی کمگس یل در یکی از پیکربندی ها )به عنوان نمونه( درتصویر۱، قابل مشاهده است.

تصویر1- س مت چپ: ش کل ش ماتیک پنجره ی دمندهی هوا و س مت راس ت: پیکربندی شماره 2 با پوشش لایه ی کم گسیل روی سطح3 )از خارج.(
ب رای دسـتیابی ب ه ویژگیه ای حرارت ی اولی هی هری ک از پیکربندیها در شرایط مختلف آب و هوایی درطول یک شبانهروز ، شبیهس ازی بهصورت میانگین س اعتی و برای ۲۴ ساعت از یکی از سردترین روزهای زمستان در تهران) 5 دی ماه( تکرار شده است .
4- انجام محاسبات برپایهی استاندارد ایزو
پارامتره ای حرارت ی اولیه مورد نیاز مس تخرج از نرمافزار، برای انجام محاس بات تکمیلی، در معادلات موجود در اس تاندارد ایزو وارد شده اند. این محاسبات در دو بخش انجام گرفته است:
محاس بات تع ادل ان رژی و تب ادل ح رارت ب رای پنج ره )ب ه عنوان یک سیستم مستقل( و
محاس بات تعـادل ان رژی و تب ادل ح رارت بیـن پنج ره ی هواجریان و اتاق مجاور آن)Erhorn, 2007, 28(.
ب ه این ترتیب، مق دار عددی جریانهای اصلی انرژی که برای شناسـایی ج زء بـه جزء قابلی ت هری ک از پیکربندی ها مـورد نیاز است، به دست آمده اند .
منظور از اتاق، فضایی به مساحت ۱0 مترمربع با ارتفاع 8/۲ متر میباش د که با توجه به دبی عبوری ۴ لیتر بر ثانیه ای از پنجره ها ،طب ق آییننامه، تعویض هوای مورد نیاز برای فضاهای مس کونی )نیم بار در ساعت( تأمین خواهد شد. دمای هوای داخل اتاق ها ،
۱6
جدول 1- ساختار پیکربندی های مختلف – )CU( به معنای پوشش لایه ی کم گسیل ازطرف خارج و) UC( از طرف داخل است.
پیکربندی5 پیکربندی 4 پیکربندی 3 پیکربندی 2 پیکربندی 1 ساختار پنجره
6 میلی متر شفاف 6 میلی متر شفاف 6 میلی متر شفاف 6 میلی متر شفاف 6 میلی متر شفاف شیشه خارجی
۳0 میلی متر ۳0 میلی متر ۳0 میلی متر ۳0 میلیمتر ۳0 میلیمتر عمق فضای تهویه شونده
۴ میلی متر کمگسیل)CU( ۴ میلی متر شفاف ۴ میلی متر کمگسیل )UC( ۴ میلی متر کمگسیل)CU( ۴ میلی متر شفاف شیشه ی میانی
۱۲ میلیمتر آرگون ۱۲میلی متر آرگون ۱۲میلی متر آرگون ۱۲میلی متر آرگون ۱۲میلی متر آرگون فاصله ی هوابندی شده
۴میلی متر کم گسیل)CU( ۴میلی متر کم گسیل)CU( ۴میلی متر شفاف ۴میلی متر شفاف ۴میلی متر شفاف شیشه ی داخلی
۴ ۴ ۴ ۴ ۴ دبی جریان هوا)l/s(
۲0 درجه ی سانتی گراد درنظر گرفته شده است، در حالی که دمای هوای محیط خارج )در روز پنجم دی ماه ش هر تهران( از صفر تا 7 درجه در طول شبانه روز متغیر است.
5- انتخاب بهترین پیکربندی
انج ام مقایس ه ب ر روی پیکربندیه ا، از ۴ دی دگاه مختل ف صورت گرفته است:
5-1- مقایس هی ب ار مصرف ی ات اق مف روض ب ا پیکربندی های مختلف.
برای انجام این مقایسه، از رابطه ی زیر استفاده شده است:
Q = Qgl,trans,ext + Qgl,vent – Qgl,sol,direct
Qgl,trans,ext ، هدررف ت نهای ی ح رارت از سیس تم پنج ره ب ه وسیله ی هدررفت از سطح شیشه ی خارجی پنجره
Qgl,vent ، بارمصرفی نهایی تحمیل شده به ساختمان ناشی از تهویه ،پس از پیش گرمایش اولیه ی هوا در پنجره و
Qgl,sol,direc ، بخش ی از ح رارت خورش یدی دریافت ی ک ه در نهایت منجر به گرمایش فضای داخل است.
انتخاب این رابطه بر مبنای درنظر گرفتن س ه عامل اصلی زیر در تعیین قابلیت پنجره است:
میزان توانایی پنجره در پیش گرمایش اولیه ی هوا
قابلیت پنجره در عبور و انتقال حرارت خورشیدی به فضای داخل
قابلی ت پنج ره در نگهداش ت انرژی و جلوگی ری از انتقال آن به محیط خارج
طبق جدول۲، بار مصرفی نهایی اتاق با بهره گیری از پیکربندی ش ماره ی 5، کمتری ن مق دار و درص ورت اس تفاده از پیکربن دی ش مارهی ی ک ک ه از هی چ لایه ی کم گس یلی ب ر روی شیش ه های آن اس تفاده نشـده اس ت، از بیش ترین مقدار )ضعیف ترین حالت ممک ن( برخ ودار خواه د ش د. از طرف ی تف اوت مصرف ان رژی دو پیکربندی ۲ و 5 ، بس یار ناچیز اس ت. این تفاوت اندک، به دلیل برخ ورداری پیکربندی 5 از یک لایهی اضافی پوش ش کم گس یل بر روی سطح 5 است.
بنابرای ن، هرچن د اس تفاده از شیش هی کمگس یل، تف اوت بس یاری را در کاه ش مص رف کل ایج اد میکن د، اضاف ه ک ردنپوش ش دوم، تأثی ر چش مگیری در ارتقای عملک رد حرارتی پنجره ن دارد. آنچ ه ک ه مهم اس ت مح ل قرارگیری این پوش ش و جهت آن اس ت. ب ه عن وان مث ال، پیکربن دی ۲ و ۳ ه ر دو از لای ه ی پوشش کمگسیل روی سطح ۳ برخوردارند، با این حال، پنجرهی ش ماره ی ۲ بس یار موفقت ر عمل می کند، زیرا پوش ش کم گس یلی که روی س طح س وم پیکربندی ش مارهی ۲ قرار داده شده است ،منجر به ایجاد شیش ه ای با ضریب نش ر پایینتری به طرف خارج )گس یل حرارت بیش تر به طرف داخل( گردیده اس ت و این حالت برای پیکربندی ۳ برعکس است.
میانگی ن دمای هوا در خروجی پنجره برای پیکربندی های مختلف
دم ای ه وا در خروج ی پنج ره )ورود ب ه فضای داخ ل( در ۲۴ ساعت مختلف از شبانه روزِ پنجم دی ماه تهران در پیکربندی های مختل ف م ورد بررس ی ق رار گرف ت. نکت هی قاب ل توج ه؛ قابلیـت بیش تر بعض ی از پیکربندیه ا ب رای گرمای ش ه وای عب وری در س اعات اوج تاب ش، علی رغم توانایی کمتر در ش ب )زمانی که هوا تنها به وس یلهی به دام انداختن ح رارت انتقالی از محیط داخل به فضای واس ط گرم میش ود( اس ت. این تفاوت عملکرد بین دو پیکربندی شمارهی ۲ و 5 در نمودار ۱ قابل مشاهده است.
آنچه که اهمیت دارد، قابلیت کلی سیستم در گرمایش هوا در طول کل یک ش بانه روز زمس تانی اس ت؛ به این معن ی که هوای ورودی )نشت ش ده ب ه فض ای داخل( از تفاوت دمای ی کمتری با دم ای مطلوب داخلی برخوردار بوده و درنتیجه به تأمین ش رایط آسایشی مورد انتظار نزدیکتر باشد. این مقدار به صورت میانگین ۲۴ س اعتی در جدول۳ نش ان داده ش ده اس ت. بر اساس نتایج ،پیکربن دی ش ماره ی ۲ ، از میانگین بالاتر و عملکرد مناس ب تری در این خصوص، برخوردار است .
بار مصرفی ناشی از تهویه در طول کل شبانهروز هنگامیک ه ه وا با عب ور از سیس تم پنج ره، از میانگی ن دمای بالات ری برخ وردار ش ود، آن گاه ان رژی مصرف ی ناش ی از تهوی ه که ب رای رس اندن دم ای ه وای پیشگ رم ش ده ب ه دم ای مطلـوب محی ط داخ ل، ب ه س امانه تهویه ی س اختمان تحمیل می ش ود کاهش مییابد. این مقدار در جدول۲ آورده ش ده اس ت) Qgl,vent، که درمورد پیکربندی ش ماره ۲ از کمترین مقدار برخوردار اس ت( .ع لا وه ب ر آن، توانای ی بالات ر از ی ک پیکربن دی در پیش گرمایـش هوای ورودی در ساعات سرد شب، آسایش حرارتی بیشتری را )با کاهش مشکل نشت هوای سرد( فراهم می کند، که این قابلیت در پنجرهی ش مارهی ۲ با ۴.5 درجه پیش گرمایش هوا در س ردترین ساعت، از بهترین حالت ممکن برخوردار است.
بهره وری بازیافت حرارت
ب رای دس تیابی ب ه می زان بهره وری ه ر پنج ره از رابط ه ی زیر استفاده شده است:
۱7
ج دول2- مجم وع 24 س اعتهی هدررفت ه ا و دریافت ه ای حرارتی و ب ار مصرفی نهایی پیکربندی های مختلف برای روز پنجم دی ماه )وات ساعت.(
5 4 3 2 1 شماره ی پیکربندی
۲07 ۴۴5 ۴۴7 ۳6۴ 8۱7 Qgl,trans,ext
۱۲55 ۱۴56 ۱۳۹6 ۱۱۳6 ۱۳۱۹ Qgl,vent
۴7۲ ۴7۲ ۲۹8 ۴۴5 ۳۹7 Qgl,sol,direc
۹۹0 ۱۴۲۹ ۱5۴5 ۱05۴ ۱7۴0 Qtotal

نمودار1- دمای هوا در خروجی پنجره در س اعات مختلف ش بانه روز 5 دیماه، با س رعت
4 لیتر بر ثانیه.
جدول3- میانگین دمای هوا و بهره وری بازیافت حرارت برای پیکربندی های مختلف.
5 4 3 2 1 شماره ی پیکربندی
۹.۲0 7.۴۹ 7.88 ۱0.07 8.6۲ میانگین 24ساعتی
دمای هوای خروجی از پنجره
%۳۳.۹ %۲۲.6 %۲5.۳ %38.9 %۲۹.۴ بهره وری بازیافت حرارت
µt = )text – tout / tind – tout(. 100%
text دمـای ه وا در خروجـی پنج ره )ورود ب ه ات اق( پ س از پیش گرمایش اولیه) c°(؛tout دمای هوای خارج) c°( وtind دمای هوای داخل است) c°(.
بازیاف ت ح رارت در پنج رهی هواجری ان، تابع دو عام ل «مقدار تاب ش» و «میـزان حرارت انتقال ی از داخل به خارج )که توس ط هوا به دام انداختهش ده و بازگردانده میش ود(» میباش د. بنابراین در سـاعات میانی روز که تابش در حدا کثر مقدار خود اس ت، بهرهوری پنجره به دلیل پیشگرمایش بیش تر هوای عبوری از فضای واس ط افزای ش مییابد. این مقدار در سـاعت ۱۲ت ا۱۳ بعد از ظهر روز پنجم دیم اه، درصورتی که از پیکربندی 5 اس تفاده شـود، ب ه ۹7.75% )ب ا گرمای ش ۱۳ درج ه ای ه وا( میرس د. بررس ی نتای ج حاصـل از پیکربندیه ای مختل ف نش ان داد ک ه حت ی در زمانـی ک ه تابش خورشـید وج ود ن دارد )شـب هن گام( و در ش رایطی ک ه هدررف ت حـرارت از پنج ره بـه بیشتری ن حالت ممک ن خود میرس د، هنوز ه وای عبـوری از فضـای میان ی، ب ه واس طهی دریاف ت ح رارت از
۱8
س طح شیشهی داخلیتوس ط همرفت و تابش حرارت از داخل، تاح دود ۲ درجه پیشگرم میش ود )برای ضعی ف ترین پیکربندی( .واض ح اس ت ک ه عملکرد بهین هی پنج ره نمیتواند فق ط در طول روز )ب ا همراه ی تابش خورش یدی( و یا تنها در طول ش ب )با تکیه بر بازگرداندن حرارتِ درحال فرار از شیش ه( بررس ی ش ود. بنابراین، به رهوری بازیافـت ح رارت ب رای 5 پیکربن دی مختل ف ب ه صورت میانگی ن کل ش بانهروز محاس به و در ج دول ۳ نش ان داده ش ده است. طبق نتایج حاصله، پیکربندی ۲ از تعادل بهتری در گرمایش هوا برای روز و شب برخوردار است) ۳۹% بازیافت حرارتی( .
طبق نتایجی که ارائه شد، «پیکربندی شماره ی 2» با داشتن ی ک لای ه پوش ش کمگس یل روی س طح ۳ و در تمـاس ب ا ه وای درح ال تهویه، ب ه دلیل ارائهی بهترین ش رایط دمایی، آسایش ی و مص رف کمتر ان رژی نهایی، به عنوان پیکربن دی بهینه انتخاب گردید. در ادامه ذکر ۲ نکته ضروری است:
• در مورد میزان بار مصرفی، پیکربندی ش ماره ی 5 از ش رایط بهت ری )ب ا تف اوت بس یار ان دک( برخ وردار ب ود، ام ا ای ن تف اوت ان دک ب ه بهای جایگزین ی یک شیش ه ی کم هزین ه ی معمولی با شیش های با پوش ش لایه ی کمگس یل و گرانتر به دس ت خواهد آم د و از ط رف دیگ ر وج ود دو شیش هی کمگس یل در پیکربندی پنجره ،میزان دریافت نور روز را بیشتر کاهش داده و مصرف انرژی برای سامانه ی روشنایی را افزایش خواهد داد.

نمودار2- دمای هوا در نقطه ی خروج از پنجره، در سرعت های مختلف، برای 4 ساعت از شبانه روز 5 دی ماه.
قرارگرفت ن پوش ش لایهی کم گس یل روی س طح ۳، به معنای قرارگرفت ن ایـن پوش ش در معرض عبور ه وا و در تم اس دائمی با آن اس ت. در چنی ن حالتی میبایس ت از پوش شهای کمگس یل ب ا خصوصی ات مقاومت ی بالات ری۱0 )ضدخ ش ب ودن( نس بت به پوش شهایی ک ه در لایه ه ای هوابن دی ش ده ق رار می گیرن د ،برخوردار باشد .
6- بررسی پارامترهای مؤثر بر عملکرد حرارتی پیکربندی منتخب
در شبیه س ازیهایی ک ه انج ام ش د، ع لاوه بر پوش ش لایه ی گم کس یل ،۳پارامتر دیگر ش امل: دبی جریان ه وای درحال تهویه از پنجره، هندسهی پنجره و عمق فضای تهویه شونده، به صورت پیشف رض ثاب ت در نظر گرفته ش دند تا امکان مقایس ه به وجود آید. شبیه س ازی ها بار دیگر برای پیکربندی شمارهی۲ و با اعمال تغییرات ی در پارامتره ای ثاب ت اولی ه تک رار ش دند، ت ا تأثی ر آنها بر عملک رد بهت ر و بازده ی نهای ی پنج ره مغف ول نمان د. نتیج ه ی نهای ی ب ه عن وان ثابت ی ب رای محاس بهی می زان بارمصرف ی ب ر س اختمان مف روض در بخ ش بعد و مقایس ه ی آن ب ا پنجره های معمولی مورد استفاده قرار گرفته است.
1-تغییر سرعت جریان هوا
افزای ش دبی هوای عبوری از س طح پنج ره ، فرصت تماس هوا با س طوح گرم شیش ه )ب رای دریافت ح رارت از طری ق همرفت( و حضور در فضای گلخانهای واسط، جهت جمعآوری هرچه بیشتر ح رارت به دام افتاده ناش ی از تابش خورش یدی را کم تر و قابلیت پنجره را در پیش گرمایش هوای ورودی به اتاق کمتر می کند.
نم ودار۲، دم ای ه وا را در هن گام خ روج از پنج ره )ورود ب ه ات اق(، ب ا 5 حجم جریان هوای متفاوت و برای ۴ س اعت مختلف از ش بانهروزِ پنج م دیماه نش ان میدهد. در دبیه ای بالا، این تفاوت کاهش مییابد .
به رهوری بازیاف ت ح رارت در جری ان حجمی ه وای بیش تر ازl/s 8 دیگر آن قدری نیست که سودآور باشد. از طرفی اعمال دبی تهویه ی بس یار پایی ن از پنجره نیز نمیتواند اتف اق بیفتد، چرا که نرخ تهویهی مورد نیاز را تأمین نکرده و مجبور به استفاده از سطحبیشتری از پنجره خواهیم بود که خود در مسئله ی اتلاف حرارت ،مزی د ب ر عل ت خواهد ش د. بنابرای ن، دبی متوس ط ۴ ت ا 6 لیتر بر ثانی ه ب رای تأمین هوای م ورد نیاز در کن ار برخ ورداری از بازدهی بالاتر، مناسب تشخیص داده شد.
تغییر ارتفاع پنجره
در م ورد ابع اد پنج ره، آنچه ک ه درگرمایش هوای عب وری مؤثر واق ع می ش ود، ارتف اع پنج ره اسـت. تمام ی محاس بات نی ز در اس تاندارد ای زو و نرمافزار وایز ب رای پنجره ای با ع رض ۱ متر انجام میگیرند. جریان هوای عبوری با واحد «دس یمترمکعب بر ثانیه ،به ازای هر متر»۱۱ است و تغییر عرض پنجره در میزان پیش گرمایش ه وا تأثی ری نخواه د داش ت. نتای ج شبیه سـازی نش ان دادن د ،افزای ش ارتف اع پنج ره – ب ا ثاب ت ن گاه داش تن ع رض- افزای ش پیشگرمای ش ه وا را ب ه دنب ال دارد، ام ا از طرف دیگ ر، هدررفت حرارت از سطح شیشه ی خارجی را افزایش میدهد.
بنابرای ن ب رای مقایس هی صحیحت ر، پنجره های ی ب ا ع رض و ارتفاع متفاوت که درنهایت از مس احتی یکس ان برخوردار باشند ،بررس ی ش دند. مش خصات پنجرهه ا ک ه هم ه دارای پیکربن دی شمارهی ۲ هستند و نتایج بررسی در جدول ۴ آورده شده است.
ارتف اع ۱ مت ری پنجرهی اول، ش رایط مطلوب ی را ایجاد نمیکند و برای حصول ش رایط بهینهای که هم کمترین هدررفت حرارتی را شامل شود و هم از ارتفاعی مقبول برای ا کثر فضاها برخوردار باشد ،بهتر اس ت پنجره حداقل از ارتفاع ۱.5 متر برخوردار باش د. بنابراین ارتفاع بیش تر – در صورتیکه مساحت نهایی پنجره با کاهش عرض ثاب ت نگاه داش ته ش ود – نه تنها قابلیت پنج ره را در پیشگرمایش هوا افزایش میدهد، انتقال حرارت نهایی را نیز از شیش هی بیرونی )از طری ق همرفـت( کاه ش داده و به رهوری کل افزای ش مییاب د .بیش ترین بهرهوری برای نماهایی خواهد بود که از پنجره هایی در حدا کثر ارتفاع ممکن استفاده کنند. با این حال تولید پنجرههایی با ارتفاع ۲ متر و بیشتر، هم از نظر امنیتی )مقاومت شیشه( و هم از نظ ر فراوان ی رایج نخواهد ب ود، ضمن اینکه بین ارتف اع ۱.5 و ۲ متر افزایش بهرهوری شیش ه چندان چشمگیر نیس ت، بنابراین ارتفاع ۱.5 متر ، میتواند به عنوان ارتفاعی مقبول و ثابت در نظر گرفته شود.
تغییر عمق فضای تهویه شونده
جدول4- هدررفت حرارت نهایی )برای ساعت12تا13( از پنجره هایی با هندسهِ ی متفاوت.
مشخصات پنجره ها با 4 هندسه ی مختلف هدررفت حرارت ناشی از انتقال حرارت + تهویه مساحت )مترمربع( ارتفاع )متر( عرض )متر( شماره پنجره
5۱.86 وات ساعت ۲ ۱ ۲ الف
۲۹.۹۱ وات ساعت ۲ ۱.5 ۱.۳۳ ب
۲۴.6۲ وات ساعت ۲ ۲ ۱ ج
۲۳.۱7 وات ساعت ۲ ۲.5 0.8 د
ب رای درک از می زان تأثی ری ک ه تغیی ر عم ق فض ای واس ط در
۱۹
عملک رد پنج ره خواه د داش ت، پیکربن دی ش مارهی ۲ ب ا عم ق
فضای واس طِ متفاوت از ۱0 تا ۱00 میلیمتر مورد بررس ی مجدد قرار گرف ت. با افزایش عم ق، تغییراتی در ضریب انتقال حرارت همرفت مش اهده میش ود. این تغیی ر در فاصل هی ۱0تا۲0 میلیمت ر زیاد و پ س از آن بس یار ناچیز اس ت. در ای ن فاصله) ۲0 تـا۱00 میلیمتر( ،دمای س طوح داخلی و خارجی شیش ه تغییر چندانی نکرده و شار نهایی همرفت از سطوح شیشه نیز تقریباً ثابت است. نتیجه آنکه؛ در تعیی ن عم ق بهینه، آرام ب ودن جریان هوا از بیش ترین اهمیت برخ وردار اس ت. زی را تلاطم و آش وب در مس یر جریان ه وا، عاملی اس ت که تبادل حرارت میان س طوح شیش ه ای داخلی و خارجی را تس هیل ک رده و پیشبین ی صحی ح نح وهی انتق ال ح رارت ،بخص وص همرفـت ح رارت را با نق ص روبرو میکند. ازط رف دیگر ،جریان آرام از انتقال حرارت – جز از طریق تابش- جلوگیری کرده ،و میتواند حرارت منتقل ش ده از داخل به فضای واس ط را به دام انداخته و به فضای داخل بازگرداند. عرضهای کمتر، امکان ایجاد جریانهای متلاطم را بیشتر از بین برده و بهرهی حرارتی بیشتری را ب رای پیشگرمایش هوای تهویهش ونده متصوران د. با اینحال ، پیشبین ی دقیقت ر کیفی ت جری ان ه وا از ای ن منظر تنها توس ط بررس یهای آزمایشگاهی میسر است، برای نمونه نتایج آزمایشات در دانشگاه کمبریج عمق ۳0 میلیمتر را عمق مناسبی معرفی کرده اسـت)Mcevoy et al., 2003( . در مناب ع دیگ ر 50 میلیمتر و حتی 80 میلیمتـر نیز مورد بررسـی و تأیید قرار گرفته اسـت )Raffnsøe, 2007, 23; Appelfeld and Svendsen, 2012(. بنابرای ن تعیی ن مق دار بهینهای برای این پارامتر را میتوان در تلفیق با پارامترهای دیگر همچون نیاز به تعبیهی س ایهبان و س ایر پارامترهای زیبایی شناسی و اقتصادی در ساخت و تولید پنجره، تعیین نمود.
7- مقایسهی بارمصرفی با پنجرهی دمندهی هوا و پنجرهی دوجداره و سهجدارهی معمولی
برای داشتن تصوری جامع نسبت به موضوع، میزان هدررفتهای حرارتی در بخشهای مختلف )انتقال حرارت از شیشه و تهویه( درکنار دریافتهای حرارتی )ناشی از تابش مستقیم خورشید(، که با داشتن پنجرههای معمولی بر اتاقهایی مفروض اعمال میشوند محاسبه و با اتاق دیگری که مجهز به پنجرهی دمندهی هوا است مقایسه شده است. مشخصات هر سه پنجره در جدول5 آورده شده است.
ف رض بر این اسـت که تهویهی م ورد نیاز اتاق های ی که مجهز
۲0
ب ه پنجرهها ی معمولی دوجداره و س هجداره هس تند، از ش کافیکه روی دیوار تعبیه ش ده اس ت و به صورت مس تقیم از خارج به داخ ل تأمی ن می ش ود. درحالی که تأمی ن هوای تازه ی م ورد نیاز ب رای ات اق دیگ ر، برعه ده ی پنج ره ی دمن ده ی هوا اس ت. دبی تهوی ه ۴ لیت ر ب ر ثانی ه درنظ ر گرفته ش ده اس ت ت ا مقایس هها در امتداد بخش قبل و در یک راستا قرار گیرند. برای مشخص شدن تأثی ر پنجره ه ا ب ر بار مصرف ی ات اق، بای د اتاقها به ص ورت کامل عایق بندی و هوابندی ش ده در نظر گرفته ش وند. به این ترتیب ،از محاسبه ی اتلاف حرارت از طریق جدارها صرفنظر شده است .بار حرارتی مصرفی به تفکیک و در هر یک از بخش های تهویه ،انتقال حرارت از شیشه و دریافت مستقیم حرارت از خورشید برای اتاق، برای هر سه اتاق محاسبه و در جدول 6 آورده شده است .
از مطالعه ی جدول، نتایج زیر حاصل می شود:
ال ف- انتق ال حرارت اولیـه از داخل به پنجره )ناش ی از همرفت و تاب ش داخل ب ه خارج( در اتاق ش مارهِی یک )مجهز به پنجرهی دمندهی هوا( بیشتر از اتاق ۲ و ۳ است ، اما هدررفت حرارتی که در نهای ت از شیش هی خارجی پنجره به محیط خ ارج اتفاق میافتد ،بسیار کمتر از مقداری است که از پنجرههای معمولی تلف میشود .ای ن مقدار با توجه به جدول برای یک پنجرهی دمندهی هوا ۴۴% کمتر از یک پنجرهی معمولی سهجداره و 56% کمتر از یک پنجرهی معمولی دوجداره اس ت، چرا که تا 60% حرارتی که از پنجره درحال اتلاف بوده اس ت توس ط هوا جمعآوری و به داخل بازگردانده شده است ) مقایسهی هدررفت از شیشهی داخلی و خارجی( .
وقت ی از پنجره ی دمندهی هوا ب رای پیش گرمایش هوای ورودی اسـتفاده میش ود، بارمصرف ی ناش ی از تهوی ه ک ه ب رای رس اندن دم ای هوای س رد بیرون ب ه دمای داخل، بر س امانه ی تأسیسات تحمیل خواهد شد ۳۹% کاهش می یابد.
به ره ی گرمایش ی فض ای داخ ل ناش ی از ح رارت تاب ش مس تقیم خورش ید )بخش ی ک ه مس تقیماً ب ه ح رارت تبدی ل می ش ود( برای س اختار پنجره ی دو و س هجداره بیشتر است، زیرا مقدار زیادی از حرارت در پنجره ی هواجریان توسط هوای درحال عبور در فضای واسط دریافت و صرف پیش گرمایش آن می شود .
جدول5- مشخصات پنجرهی معمولی و هواجریانِ بررسی شده – پنجرهها به عرض یک متر و ارتفاع 1.5 متر میباشند) .CU( به معنی پوشش لایهی کمگسیل بر روی سمت خارجی شیشه است.
اتاق )3(: مجهز به پنجره دو جداره و ورودی هوا اتاق )2(: مجهز به پنجره سه جداره و ورودی هوا اتاق)1(: مجهز به پنجره ی دمنده ی هوا ساختار پنجره
۴ میل شفاف 6 میل شفاف 6 میل شفاف شیشه ی خارجی
– ۱۲ میل آرگون ۳0 میل عمق فضای تهویه شونده/ هوابندی
– ۴میل کم گسیل)CU( ۴میل کم گسیل)CU( شیشه ی میانی
۱۲میل آرگون ۱۲میل آرگون ۱۲میل آرگون فاصله ی هوابندی شده
۴میل کم گسیل)CU( ۴ میل شفاف ۴ میل شفاف شیشه ی داخلی
۴ / از شکاف مفروض روی دیوار ۴ / از شکاف مفروض روی دیوار ۴ / از هر متر عرض پنجره دبی جریان هوا)l/s(
بـار مصرفی کل اتاق، ش امل هدررفتهـای حرارتی منهای دریاف ت حرارتی خورش یدی، برای اتاق ش ماره ی ی ک 5۴% اتاق
ش ماره ی دو و 50% ات اق ش ماره ی س ه اسـت. به عب ارت دیگر؛ بابهره گی ری از پنج رهی هواجری ان ،۴6% صرفـه جوی ی نهای ی در مصرف انرژی نس بت به پنجرهی س هجداره و 50% کاهش مصرف انرژی نسبت به پنجره ی دوجداره ی معمولی حاصل خواهد شد .نتای ج پژوه ش حاضـر، تأییدکنن دهی ف رض اولیـه مبنـی ب ر اثربخش ی بیش تر این پنجره در اقلیم تهران نس بت ب ه اقلیمهای بررس ی ش دهی پیش ین در مقالات اس ت. به عنوان مثال، دمای هوای ی ک ه در فض ای واسـط حرکت می کن د، در تحقیقات ی که در مرک ز تحقیق ات س اختمان کان ادا انج ام ش ده اس ت، نهایت اً ت ا 50درصد تفاوت دمایی داخل و خارج عنوان شـده اسـت )Bara-kat,1987(، درحالی که این مقدار برای اقلیم تهران 6۳% به دست آم ده اس ت. هم چنین مص رف ان رژی اتاقک م ورد آزمایشِ مجهز ب ه پنج رهی دمن ده ی ه وا در این تحقی ق ،۲0 % کمتر نسـبت به واحد مجهز به پنجرهی سهجداره و ۲5 % کمتر نسبت به پنجره ی دوجداره عنوان شـده است که در مقایسه با نتایج پژوهش حاضر برای اقلیم تهران، بسیار پایین تر است .
8- محاسبه ی ضریب انتقال حرارت مؤثر
اصلی تری ن پارامت ری ک ه مقایسـه ی آس ان بی ن پنجره ه ای هواجری ان و پنجرهه ای معمول ی را میس ر میکند، ضری ب انتقال ح رارت مؤث ر۱۲ اسـت)Mcevoy et al., 2003; Appelfeld and Svendsen, 2011(. ای ن ضری ب درواق ع ب ه ازای می زان انتق ال ح رارت از شیش هی خارج ی پنج ره و ب ا داش تن اخت لاف دم ای
ج دول6- مجم وع روزان ه ی بارحرارت ی مصرفی در هر بخش برای هر س ه پنجره بر حس ب وات ساعت.
دوجداره سه جداره دمنده ی هوا نوع پنجره
8۱۱ 6۳۹ 88۹ هدررفت حرارت از شیشه ی داخلی
8۱۱ 6۳۹ ۳6۴ هدررفت نهایی از شیشه ی خارجی
۱8۴۴ ۱8۴۴ ۳6۴ هدررفت ناشی از تهویه
56۹ 5۳7 ۴۴5 دریافت حرارتی اتاق ناشی از تابش مستقیم خورشید
۲087 ۱۹۴8 ۱05۴ بار مصرفی کل )وات ساعت(
داخل و خارج، برای هر مترمربع از پنجره تعریف می شود .
پس از به دس ت آوردن بار حرارتی که ناش ی از انتقال حرارت از شیش ه ی خارجی به بیرون است ، می توان این ضریب را به دست آورده و ب ه عن وان ش اخصی ب رای عملک رد پنجره معرف ی نمود. از آنج ا ک ه از ای ن ضری ب ب رای قی اس عملک رد حرارت ی پنجره های هواجری ان و معمول ی اس تفاده می ش ود، بنابراین بای د آن را برای شرایط بدون تابش و فار غ از تأثیر اقلیم به دست آورد. زیرا ضرایب انتقال حرارتی که برای پنجره های معمولی معرفی می شوند، برای تم ام ش رایط اقلیمی ثابت هس تند. در چنین حالت ی این ضریب به صورت «ضریب انتقال حرارت مؤثر تاریک»۱۳ نامیده میشود .
نهایت اً این مق دار برای پنجرهی هواجری ان )با پیکربندی بهینه( ]W/m2K[ 6۳/0، برای پنجرهی س هجداره ]W/m2K[ ۱۱/۱ ، و برای پنجرهی دوجداره ]W/m2K[۱۴ ۴۲/۱ به دس ت آمد. به عبارت دیگر ،در ص ورت جایگزین ی پنجرهه ای هواجری ان ب ا بهتری ن پنجرههای چندجدارهی موجود، ضریب انتقال حرارت تا 57% کاهش مییابد.
9- عملکرد پنجره در طول دوره ی سرمایش

نتیجه

ب رای برخ ورداری از کارای ی بهین ه در فص ل تابس تان، ی ک
۲۱
پنجره ی هوا جریان در حالت «دمنده ی هوا» را می توان به راحتیب ه ی ک پنج رهی هوا جری ان در حالت «پ ردهی هوای ی خارجی »تبدی ل ک رد. ب رای ای ن کار بای د مس یر جری ان ه وا ب ه وس یله ی بسته ش دن دریچ ه ی پنج رهی داخل ی و باز ش دن دریچ ه ای در بالای پنجرهی خارجی )توس ط ش یرهای دس تی یا اتوماتیک( به بیرون هدایت شود )تصویر۱(. بدین ترتیب، هوای موجود بین دو شیش ه، دائماً توس ط تابش گرم شده، به طرف بالا حرکت می کند و در مس یر خروج از پنجره، حرارت دریافتی اضافی را نیز با خود به بیرون فضای واس ط منتقل کرده و از انتقال آن از طریق شیشه ی داخل ی به فض ای داخل جلوگی ری میکند. تعبیهی س ایهبان در فضای واسط نیز از دریافت مستقیم حرارت خورشیدی می کاهد ،که در این مورد باید به جنس و رنگ کرکره دقت شود تا با گرمشدن بی ش از ح د، خ ود عاملـی ب رای انتق ال ح رارت توس ط تابش به داخل نگردد. آنچه که مس لم اس ت اثربخش بودن این حالت نیز در کاهش انتقال حرارت ناشی از تابش خورشید در روزهای گرم از بیرون به داخل ساختمان، با مقایسهی نمونههای انجام شدهی خارج ی اس ت. با این حال میزان اثربخش ی آن ب رای اقلیم تهران نی ز باید بررس ی ش ود تا س ودمندی نهای ی پنجره، ب رای عملکرد دوگانه ی سرمایشی و گرمایشی مشخص گردد .
روند کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها، نباید به هر قیمتی همچون از دس ت دادن کیفیت هوای خوب در داخل س اختمان ب ه دس ت آی د. هوابن دی کام ل عناص ر مختل ف س اختمانی ب ه بهان ه ی کاهش انتقال حرارت عاقلانه نبوده و لازم اس ت تلاش ها در ای ن زمین ه ب ه س مت کنت رل جریان هوا سـوق داده ش ود و نه ح ذف آن. ب رای ادامهی صحیح این رون د، نیازمند نوآوری هایی در این زمینه هستیم.
4614001739803

در ای ن مقال ه ، «ات لاف ح رارت گس ترده از س طوح شیش های »و «ل زوم کنت رل تعوی ض ه وا در س اختمانهایی ک ه ب ه می زان اس تانداردی عایق ش دهاند»، ب ه عنوان دو چال ش اصلی معرفی و اس تفاده از پنجرهی هواجریان به عنوان راهحلی مناس ب و روش ی فع ال در کاهش مصرف انرژی س اختمان معرف ی گردید. پس از آن روشی برای محاسبه و بررسی عملکرد حرارتی این پنجره در زمستان ارائه گردیده و تلاش شد تا با استفاده از آن به ساختاری بهینه برای این نوع پنجره )از میان پنج س اختار ممکن معرفیش ده( در اقلیم
بدینوسیله از راهنمایی های دکتر بهروز کاری و دکتر ریما فیاض تشکر و قدردانی می شود.

پی نوشت ها
۱ رافنسواِ ، ۲007.اس تفاده ق رار میگیرن د، اما از آن جا ک ه به تجهی زات مکانیکی خاص ی نیازمند
۲ این سیستم در کشورهایی مثل آلمان در خانه های مسکونی نوساز مورد هستند، از فراوانی و مقبولیت زیادی برخوردار نشدهاند.
سپاسگزاری
شهر تهران دست یابیم. بررسیها نشان دادند در صورتی که پنجره از یک لایه پوشش کمگسیل بر روی سطح سه )با مشخصاتی که در متن مقاله توضیح داده شد( برخوردار باشد، بهترین شرایط دمایی و آسایشی را تأمین کرده و در نهایت با کمترین میزان مصرف انرژی ،بهترین عملکرد را خواهد داشت.
س پس، تأثی ر تجهی ز س اختمان ب ه این ن وع پنج ره، از طریق کارب رد آن در ی ک اتاق ک مفـروض و مقایس ه ی نتایج ب ار مصرفی حاصل با ش رایطی کـه اتاقک با پنجرههای معمولی، تجهیز ش ده باش د صورت گرفت. نتایج نشان دهندهی توانایی بالای این نوع پنج ره در راسـتای افزای ش به رهوری س طوح شیش های )کاه ش انتق ال ح رارت و افزایش آس ایش حرارتی( و کاه ش مصرف انرژی در بخ ش تهویـه اس ت، ب ه ط وری ک ه ب ا بهره گی ری از پنج ره ی دمن ده ی ه وا ،۴6% صرفه جویی نهایی در مصرف انرژی نس بت ب ه پنج رهی س هجداره و 50% کاه ش مص رف ان رژی نس بت ب ه پنجره ی دوجداره ی معمولی حاصل خواهد شد.
۲۲
Trickle Vent.
Double Ventilated Windows / Air Flow Windows.
پنجره ی هواجریان در این حالت موضوع پژوهش حاضر اس ت. از بررس ی الباقی صرف نظر میشود.
1- Supply Air Window, 2- Exhaust Air Window, 3- Indoor Air Curtain , 4- Outdoor Air Curtain.
برای جلوگیری از انتقال غبار و آلودگی توس ط هوای تازه به فضای داخلی پنج ره و س اختمان، تعبی هی فیلتر در ش کاف ورودی هوا در پنج ره ی خارجی ض روری اس ت. نمونهه ای س اخته ش دهی خارج ی



قیمت: تومان

دسته بندی : معماری و شهرسازی

دیدگاهتان را بنویسید