صفحات 43 – 48
نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی شماره34 پاییز1389
863417483378

88401432479

روشـی نوین در بهینهسازی پنجـرههای تكجـداره
سید مهدی میر هاشمی1*، سید محمد هادي شاپوریان2، دکترزهرا قیابکلو3
دانشجوي کارشناسي ارشد رشتة انرژي و معماري، دانشکدة معماري، پردیس هنرهاي زیبا، دانشگاه تهران، تهر ان، ایران.
دانشجوي کارشناسي ارشد رشتة انرژي و معماري، دانشکدة معماري، پردیس هنرهاي زیبا، دانشگاه تهران، تهر ان، ایران.
استادیار دانشکدة معماري، پردیس هنرهاي زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
)تاریخ دریافت مقاله: 25/2/89، تاریخ پذیرش نهایی: 3/6/98(چکیده:
از کل انرژی مصرفی کشور، حدود 40% آن صرف سرمایش و گرمایش ساختمانها ميشود که یک سوم اتلاف حرارتي از طریق پنجرهها صورت ميپذیرد. از آنجای يکه بسیاري از ساختمانهاي موجود مطابق با استانداردهاي مصرف انرژي ساخته نشده و به ناچار براي ایجاد شرایط آسایش حرارتي مجبور به مصرف انرژي بیش از حد هستند، بنابراین موجب به هدر دادن ذخایر انرژي شده و با واقعي شدن تعرفة حاملهاي انرژي، بالا رفتن هزی نهها را نیز سبب ميشوند. پنجرهها عناصري از بنا هستند که نور، حرارت و زیبایي مناظر را به درون دعوت ميکنند. پنجرهها همچنین بزرگترین عناصر اتلاف حرارت نیز بهشمار ميروند. در ساختمانهاي موجود، راههاي پی شگیري ،تعویض و یا بهبود کارایي پنجرهها است. عدم وجود راهکار مناسب جهت بهینهسازی بازشوها و جدارهای نورگذر ساختمانهاي موجود یکی از نقاط ضعف فرایند بهی نهسازي مصرف انرژي در ساختمان به شمار ميرود. مقاله حاضر تلاشي براي ارایة راهکاری ساده و اجرایی برای بهی نهسازي درها و پنجرههاي موجود در ساختمان با حداقل هزینه است. این روش شامل افزودن شیشه دوم به همراه پروفیلهای پوشاننده میباشد. فرایند اجرای آن نیازمند تجهیزات پیچیده و آموزش متخصصان نبوده، همچنین موجب اتلاف مصالح اولیة پنجره نمیشود. این روش در نهایت باعث کاهش اتلاف انرژی و افزایش کیفیت آسایش فضای داخلی می شود. نتایج مدلسازی رایانهای میزان کاهش ضریب انتقال حرارت )سطحی( حاصل از این روش را 37% نشان میدهد.
واژ ه های کلیدی:
بهینهسازی مصرف انرژي، بهینهسازی پنجره، کاهش اتلاف انرژی، اصلاح پنجرههاي ت کجداره.

.E-mail: mirhashemi_mhd@yahoo.com ، 021-22609075 : نویسندة مسئول: تلفن: 09155867539، نمابر*
2974806342602

مقدمه
مطابق برآوردهای انجام شده ،کل انرژی مصرفی کشور در سال 1731 بیش از 21 میلیارد دلار بوده است. در سال 1831 این مقدار بالغ بر 02 میلیارد دلار شده و پی شبینی میشود چنانچه روند مصرف انرژی به همین گونه ادامه یابد، در سال 6931 میزان مصرف انرژی در کشور با میزان تولید آن برابر شده و دیگر توانی برای صادرات انرژی وجود نخواهد داشت .(URL 1)این شرایط در تمام بخشها از جمله بخش ساختمان صادق است. اکثر قریب به اتفاق ساختمانهای کشور فاقد ضوابط فنی شناخته شده برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی سرمایی یا گرمایی هستند .و با وجود اینکه شدت مصرف انرژی به ازای هر مترمربع در کشور 2 تا 3 برابر استانداردهای جهانی است، شرایط آسایش حرارتی در داخل ساختمانها محقق نشده است (URL 1) .
در حال حاضر بهینه سازی ساختمانهای موجود به عنوان راهکاری ضروری مورد توجه قرار گرفته است. بهینه سازی شامل روشهایی متفاوت برای هر بخش از جدار خارجی
ساختمان است به این معنی که میتوان با استفاده از عایقکاری
77204358281

عملکرد حرارتی پنجره و نقش اجزای اصلی
در خانههای قدیمی حدود 30 درصد و در خانههای جدید 51 تا 20 در صد کل اتلاف حرارت از راه پنجرهها صورت میگیرد .مهم ترین عوامل تأثیرگذار بر انتقال حرارت از طریق پنجرهها عبارتند از: ساختمان چارچوب و قاب پنجره، ابعاد پنجره، درزبندی پنجره و شیشه مناسب )ازقندي ،1382، 574( .
3355629698023

مطابق با نمودار 1، جنس و ساختمان چارچوب مورد استفاده در ساخت پنجره بر روی هدایت حرارتی کل پنجره اثرات زیادی دارد.
حرارتی، پوسته خارجی و یا بام را از نظر انتقال حرارت اصلاح نمود، اما در مورد درها و پنجرههای شیشه ای نمیتوان از این روش استفاده نمود . برای اصلاح این عناصر باید اقدام به نصب جدار دیگری با فاصله مناسب از جدار قبلی نمود و یا تمامی ساختار را به نحوی جایگزین کرد تا نه فقط انتقال حرارت از آن کاهش بیابد بلکه جلوی نشت و نفوذ هوا نیز گرفته شود.
در حالی که بیشترین میزان انتقال حرارت از پنجرهها صورت میگیرد، مشکلات بهینه سازی آن )از قبیل نصب دو پنجره و یا تعویض پنجرهها با پنجرههای دارای شیشههای دو جداره( متعدد هستند. با توجه به بالا بودن هزینة اجرای این روشها، صرفاً دوپنجرهای کردن جدارهای شفاف شمالی در طبقه همکف و اول و جدارهای جنوبی در طبقه اول مورد بررسی قرار میگیرد. طبق نتایج بدست آمده در روشهای متداول، میزان لازم برای این اقدام بیش از 0008 ریال بر متر مربع سطح مفید ،و زمان بازگشت سرمایه 7 سال و میزان صرفه جویی در انتقال حرارت از جدارهای پوسته خارجی 9 درصد می باشد.
یکی دیگر از راههای اتلاف حرارت، خروج هواي گرم و نفوذ هوای سرد به داخل است این اتفاق زمانی روی می دهد که هوای گرم به بالا صعود کرده و در نتیجه هوای سرد از راه درزها وارد ساختمان ميشود. وجود نورگیرها، سقفهای بلند و باز بودن دودکش شومینهها )افزایش فشار( و سرعت باد در کنار درزبندی ضعیف پنجرهها باعث خروج هوای داخل ساختمان و جایگزینی هوای بیرون میشود.
ضریب انتقال حرارت شیشههای دو جداره نصف شیشههای یک جداره می باشد و افزودن لایههای بعدی به پنجره تاثیر کمتری )در حدود 12 درصد( نسبت به لایه دوم خواهد داشت .
نور قابل رویت از طول موجهایی تشکیل شده است که توسط چشم انسان قابل ردیابی است. این نور تقریبا شامل 47 درصد انرژی نور خورشید است. میزان عبور قابل رویت با افزایش تعداد لایههای شیشه کاهش قابل توجهی نداشته و از این بابت عملکرد پنجره کاملاً قابل قبول است )دقیق ،1382، 559(.
طبق بررسيهاي به عمل آمده از در و پنجرههای متداول که بیشترین فراوانی را در ساختمانسازی ایران دارند )نمودار ،(2
نمودار1- تأثیر جنس قاب پنجره بر میزان اتلاف حرارت. کوچکترین ابعاد پروفیلها برای نصب شیشه و نگاهداری آن ماخذ: )صنایع شیشه آذربایجان ،1382، 892( 5/2 سانتی متر است که میتوان برای طراحی عناصر لازم برای بهینهسازی پنجره استفاده نمود.
-119223119987

روشی نوین در بهینهسازی پنجرههای تكجداره
نمودار2- مقطع عمومي پنجرهها.
نمودار5- صفحات پوشیده شده با ورق فلزی )با اندازة متفاوت.(
حفظ شیشه اولیه، یک لایه جدید به آن افزوده خواهد شد. این لایه با فاصله یک سانتیمتر )یا بیشتر( از شیشه قبلی قرار گرفته و فضای آن مطابق با نمودار 4 با هوا پر ميشود. گرچه پر شدن این لایه توسط گازهای بی اثر با وزن ملکولی بالا تر انتقال حرارت را کاهش می دهد، اما این میزان بسیار اندک و قابل چشم پوشی است )جدول 1(. مشکل میعان فضای میانی شیشهها نیز با قرار دادن نواری مجوف که با مواد رطوبت گیر پر شده است از میان می رود. همانگونه که در نمودار 5 ملاحظه ميشود ،در مورد تنکههای غیر شیشهای از یک ورق پلاستیکی به همراه پرکننده پلی استایرن استفاده شده است. جزئیات این قسمت کاملاً شبیه به بخشهای شیشه خور است. ابعاد اصلی طرح به
جزئیات اجرایي پیشنهادي براي بهینه سازی پنجرهها
31446761257100

پروفیل پیشنهادی مطابق با نمودار 3، به نحوی طراحی شده تا بتواند تمام سطح چارچوب پنجره را بپوشاند و مانع از تماس هوای گرم داخل با سطح پروفیلهای پنجره شود. این طرح دارای جزئیاتی برای قرار گرفتن نوار درز بند است تا مانع از نشت هوا شود. حذف شیشه اولیه و نصب شیشه دو جداره جدید، هزینهها را به میزان قابل توجی افزایش میدهد لذا در طرح پیشنهادي ضمن
نحوی است که کوچکترین پروفیل استفاده شده در پنجرهها را پوشش خواهد داد و برای پنجرههایی با پروفیلهای بزرگتر، از مقطعی دندانهدار برای پوشش سطح باقیمانده استفاده میشود .
پروفیلهای دندانهدار امکان استفاده از این طرح در پنجرههایی با ابعاد مختلف را بهوجود ميآورد )نمودارهای 4 و.(5
از مزایاي این طرح قابلیت پوشاندن چارچوب پنجره برای کاهش انتقال حرارت و نیز امکان نصب شیشه دوم، به طور همزمان است.
برای سهولت استفاده از پروفیلهای پلاستیکی در پنجرههای
3613556296669

نمودار 3- جزئیات اجرایي اتصالات. مختلف و با ابعاد متفاوت، همانگونه که در نمودار 6 ملاحظه ميشود، ابزاری برای برش طولی نوارهای پوشاننده طراحی شده است که این ابزار این امکان را فراهم میکند تا پروفیلهای پلاستیکی با دقت کافی و اندازة دقیق بریده شوند.

نمودار6- ابزار طراحي شده براي برش طولي نوارهاي پوشاننده.
نمودار4- شیشه خور ثابت و شیشه خور متحرک )با اندازة متفاوت.(
مدل سازی رایانه ای
54120001391999

اجــزای مختلف طـرح پیشنهادي با استفاده از نرم افــزار(LBNL, 2003) THERM 5.2 شبیه سازی شده است تا عملکرد حرارتی این اجزا و میزان کاهش انتقال حرارت در آنها مشخص شود. در این بخش شیشهها بهطور جداگانه و بر اساس جداول موجود ارزیابی شده اند و نیازی به مدل سازی برای آنها نبوده است. سپس قسمتهایا صلی پروفیل تا آخرین نقطهای که شیشهها توسط نوار جاذب رطوبت از هم جدا می شوند مدل سازی شده است. در نهایت پانلهای پوشیده شده با صفحات فلزی مدل سازی شده که نتایج آن ذکر گردیده است. در این محاسبات شرایط خارجی با دمای 81- درجه و دمای داخلی 21 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده که نتیجه آن اختلاف دمایی معادل 39 درجه است.
نمودار هم دمایی1
در این نمودار میتوان دمای نقاط مختلف پروفیلها را مشاهده نمود. دمای سطوح داخلی و خارجی پروفیل قبل از بهینه سازی تقریبا برابر 01- درجة سانتیگراد میباشد که بیانگر این مطلب است که قسمت عمدة افت دما در خارج پروفیل و در هوای مجاور آن اتفاق میافتد که نتیجة آن اتلاف حرارت است. ضمناً تا فاصلة معنا داری از این پنجره، دمای محیط از محدودة آسایش خارج خواهد بود. همانگونه که در نمودار 7 ملاحظه ميشود ،بعد از نصب قطعات بهینه سازی شده، دمای سطح داخلی پروفیلها با 13 درجه افزایش به 3 درجه سانتیگراد میرسد. این تغییر به معنای تعدیل دمای خارج به مقدار 20 درجه میباشد .در پانل فلزی، دمای سطح خارجی و داخلی با هم برابر و معادل 0 1- درجه سانتیگراد است و پس از بهینه سازی با 10 درجه افزایش به صفر درجة سانتیگراد افزایش پیدا میکند که به معنای تعدیل دمای خارج به میزان 18 درجه می باشد. پایین بودن دمای این پانلها به دلیل اختلاف دمای زیاد اعمال شده در دو سطح پروفیلها است )افزایش اختلاف دما دقت محاسبات را افزایش ميدهد(. این تغییرات در نموداری که دمای پروفیل را با طیف نگاری مادون قرمز در نمودار 8 نشان میدهد قابل رؤیت است.

نمودار7- نمودار هم دمایی.

نمودار8- طیف نگاری مادون قرمز.
نمودار شدت جریان
در این نمودار توان حرارتی منتقل شده از هر نقطه از مقطع پروفیل نمایش داده شده است. بر اساس دادههای گرفته شده از این محاسبات، حداکثر توان در پروفیلها قبل از بهینه سازی بالغ بر2W/m 3451 است. این درحالی است که حداکثر توان منتقل شده در پروفیل بعد از بهینه سازی به 2W/m 1730 رسیده است که در حدود نیمی از توان اولیه است. پانلهای فلزی نیز به همین ترتیب قبل از بهینه سازی توانی بالغ بر2W/m 3530 داشته اند که به 2W/m 1520 کاهش یافته است )نمودار .(9

نمودار9- شدت جریان.
شیشة دو جداره
برای محاسبه نتایج بهینه سازی شیشهها از جدول 1 استفاده شده است. ضریب انتقال حرارت شیشهها به عنوان عامل نهایی در محاسبات از این جدول استخراج شده است. به ازای هر متر مربع از سطح شیشه خور، ضریب انتقال حرارت از2W/m 9/5 به W/m2k3 کاهش یافته است که نمایانگر کاهش 50 درصدی در ضریب انتقال حرارت است. همانگونه که در جدول شمارة 1 دیده ميشود، پر کردن لایه میانی شیشهها با گازهای بی اثر و با وزن ملکولی بالا صرفاً یک دهم درصد ضریب انتقال حرارت را کاهش داده است.
نتایج محاسبات ضریب انتقال حرارت
2769856342602

نتیجه
46202608404شناخت کاربردی روش چیدمان فضا در درک پیکره بندی فضایی شهرهاجدول 1- مقادیر ضرایب انتقال حرارت در ترکی بهاي مختلف سی ستمهاي شی شهاي .
ماخذ: )دانش ،1382، 39(
در بخش قبلی ضریب انتقال حرارت بهبود یافته در شیشهها معین گردید. در این قسمت از خروجی نرم افزار THERM برای تعیین ضریب انتقال حرارت پروفیلهای بهینه سازی شده استفاده میشود. اطلاعات استخراج شده از مدل سازی بیانگر این مطلب است که ضریب انتقال حرارتی پروفیلهای اصلی قبل از بهینه سازی W/m2k 2/6 بوده است که به W/m2k 3/4 کاهش یافته است. این تغییر به معنای کاهش بیش از 30 درصد اتلاف حرارت میباشد. در پانلهای فلزی نیز ضریب انتقال حرارت از W/m2k 5/4 به W/m2k 9/3 کاهش یافته است که نشان دهنده کاهش 15 درصدی در اتلاف حرارت است.
در طرح پیشنهادي، پنجرهها و درها در سه بخش بهینهسازی میشوند که عبارتند از: شیشهها و قسمتهای نورگذر ، پروفیلهای اصلی و قاب پنجرهها و در نهایت پانلهای فلزی که در واقع دهانههایی از پنجره یا در هستند که با ورق فلزی مسدود شدهاند. محاسبات برای هر یک از قسمتهای مذکور تغییراتی را به شرح زیر که در جدول 2 ارایه شده است، نشان میدهد.در صورتی که ضریب انتقال حرارتی هر یک از این بخشها بر اساس میزان تصاحب سطح پنجره در نظر گرفته شود، ضریب انتقال حرارتی کل پنجره قبل از بهینه سازی W/m2k 17/5 خواهد بود که به W/m2k 75/3 کاهش خواهد یافت. این تغییر به معنای کاهش 73 درصدی ضریب انتقال حرارتی پنجره خواهد بود.
جدول 2- مقادير ضرايب انتقال حرارتی قبل و بعد از بهینه سازی- [W/m2 k].

پی نوشت:
1. Isotherm
فهرست منابع:
ازقندی روشناوند، علی) 1382(، ساختمان- انرژی- بهینه سازی ،مجموعه مقالات همایش بهینه سازی سوخت در ساختمان، سومین همایش، صص 984- 574.
دانش، ماندانا) 1382(، پنجره های حرارتی برای استفاده بهینه از انرژی خورشیدی، سازمان انرژی اتمی ،مجموعه مقالات همایش بهینه سازی سوخت در ساختمان، سومین همایش ،صص 301- 39.
دقیق، روناک، مشتاق) 1382(، انتخاب بهینه سیستمهای شیشه و پنجره به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی ،مجموعه مقالات همایش بهینه سازی سوخت در ساختمان، سومین همایش ،صص 369-559.
شرکت صنایع شیشه آذربایجان) 1382(، شیشه دو جداره و نقش آن در عایقکاری و صرفه جویی انرژی در ساختمان، مدیریت تقاضا در بخش مسکونی ،مجموعه مقالات همایش بهینه سازی سوخت در ساختمان، سومین همایش ،صص 119-298.
LBNL, THERM Finite Element simulator, Lawrence Berkeley National Laboratory, A US Department of Energy Office of Science national lab, (1994-2003)
URL 1, http://mabnaco.net/Building_01.aspx



قیمت: تومان

دسته بندی : معماری و شهرسازی

دیدگاهتان را بنویسید