شیشه کنترل کننده انرژی (Low-E) چیست؟

شیشه کنترل کننده انرژی یکی از معروف ترین مصالح ساختمانی می باشد. انتخاب نوع شیشه متناسب با کاربری ساختمان برای طراحی پنجره در نما ، بسیار مهم است. کارشناسان تخمین زده‌اند که حدود 70 درصد از تلفات انرژی در ساختمان ‌ها از طریق پنجره ‌ها و درها اتفاق می‌افتد.

مهندسان نما برای حل این مشکل رو به شیشه‌های دو‌جداره یا چند جداره آوردند که با بالا رفتن تعداد جداره‌های آن، میزان عایق بودن آن نیز بیشتر می‌شود، ولی این موضوع نیز به دلیل سنگینی بیش ‌از حد شیشه‌های چند جداره مورد استقبال مهندسان سازه قرار نگرفت. یکی از راه‌های بهبود این عملکرد استفاده از پوشش‌های Low-E) Low-Emissivity) است. برای دستیابی به درک مناسب از این پوشش‌ها، دانستن و فهمیدن طیف انرژی خورشید مهم است.

طیف های انرژی خورشید

نور ماوراءبنفش (UV)، نور مرئی و نور مادون‌قرمز (IR) قسمت‌های مختلف طیف خورشید هستند و تفاوت آن‌ها در طول موجشان می باشد. نور ماوراءبنفش که باعث کم رنگ شدن پارچه‌ها، پوشش‌های دیوار و … می‌شود، طول موجی بین 310 تا 380 نانومتر دارد. نور مرئی بخشی از طیف با طول موج‌های 380 تا 780 نانومتر را تصرف کرده است. نور مادون ‌قرمز که به صورت گرما به ساختمان می‌تابد، دارای طول موج بیش از 780 نانومتر است.

شیشه کنترل کننده انرژی (Low-E)

شیشه کنترل کننده انرژی  Low-E به شیشه هایی گفته می شوند که به علت لایه Coating روی یک طرف آن، انتقال حرارت بسیار کمتری نسبت به شیشه های معمولی دارند. این نوع شیشه ها اغلب در ساختمان هایی استفاده می گردد که بخش اعظم آن را شیشه تشکیل می دهد.

پوشش‌های Low-E جهت به حداقل رساندن میزان نور ماوراءبنفش و مادون‌قرمز که می‌توانند از شیشه عبور نمایند، بدون کاهش نور ورودی استفاده می‌گردند. این شیشه‌ها دارای قابلیت تشعشع پایین هستند و باعث بهبود خواص عایق‌بندی آن‌ها می‌شود. به عنوان مثال شیشه‌های معمولی قابلیت تشعشع 84/0 دارند. این در حالی است که این میزان در شیشه‌های Low-E به مقدار 2/0 می‌رسد.

شیشه کنترل کننده انرژی Low-E دارای یک پوشش نازک و شفاف میکروسکوپی می‌باشند که از موی انسان نازک‌تر بوده و منعکس‌کننده‌ی دما در داخل خانه می‌باشند. در زمستان هنگامی که انرژی گرمایی داخلی سعی در فرار از طریق پنجره‌ها و رفتن به فضای سردتر بیرون را دارد، این شیشه‌ها مانع آن شده و باعث کاهش گرمایی و اتلاف انرژی می‌شود. در فصل تابستان دقیقاً موضوع برعکس است.

این نوع شیشه ها در انواع مختلف می باشد، نوع رنگی این شیشه ها به Low-E-Sun مشهور می باشد.جهت کارایی بیشتر شیشه های دوجداره، یکی از جداره های آن را از شیشه Low-E استفاده می کنند.

انواع شیشه کنترل کننده انرژی Low-E

برای انتخاب شیشه کنترل کننده انرژی Low-E مناسب جهت هر منطقه آب و هوایی باید به ۲ پارامتر U-Value و G-Value توجه کرد.
U-Value کم شیشه های LoW-E باعث می شوند که این شیشه ها عایق حرارتی بوده یعنی تبادل حرارت از طریق هدایتی، جابجایی و تابشی کاهش یاید. پس در تمامی شیشه های Low-E، پارامتر U-Value و یا ضریب انتقال حرارت پایین می باشد.

ضریب گرمای خورشیدی (SHGC) مقدار از تابش خورشیدی است که از طریق پنجره پذیرفته می‌شود. این می‌تواند به طور مستقیم منتقل، جذب و یا در داخل منکعس شود.

هر چه ضریب SHGC بیشتر باشد، این شیشه‌ها مقدار زیادی از انرژی حرارتی خورشید را از خود عبور می‌دهند و به گرمایش ساختمان کمک می‌کنند. بدین ترتیب شیشه با SHGC بالا برای مناطق سردسیر و یا نماهای کم آفتاب مناسب هستند و بالعکس.

۱. شیشه کنترل کننده انرژی Low-E با کسب حرارتی بالا یا High-G-Value Low-E

این شیشه ها علاوه بر اینکه U-Value کمی دارند اما G-Value آنها بالا می باشد و اجازه عبور حرارت خورشید را می دهند. این نوع شیشه های Low-E جهت مناطق سردسیر بوده و در این مناطق عملکرد خوبی را از خود نشان می دهند.

۲. شیشه کنترل کننده انرژی Low-E با کسب حرارت خورشیدی متوسط  Moderate-G-Value-Low-E

در این شیشه کنترل کننده انرژی میزان انتقال حرارت خورشید متوسط می باشد.

۳. شیشه کنترل کننده انرژی Low-E با G-Value پایین یا Low G-Value Low-E

این شیشه ها علاوه بر اینکه ضریب انتقال حرارت یا U-Value پایینی دارند، G-Value آنها نیز پایین می باشند. در واقع مخصوص مناطق گرم با تابش شدید نور خورشید می باشند.
به این نوع شیشه ها، شیشه های Low-E-Sun گفته می شود که همانند شیشه رفلکس عمل می نمایند و در رنگ های مختلف و یا بدون رنگ موجود می باشند.

انواع پوشش‌های LOW-E

در ادامه این مقاله به بررسی انواع پوشش های شیشه های کنترل کننده انرژی Low-E می پردازیم.

پوشش منفعل یا پوشش سخت (PASSIVE COATING)

این پوشش با استفاده از فرآیند pyrolytic  تولید می‌شود که یک پوشش پیرولیتی ایجاد می‌کند در این فرآیند که از سال ۱۹۷۰ رایج شده است، پوشش به نوار شیشه اعمال می‌شود، در خط شناور تولید شده که باعث تماس پوشش با سطح آب گرم می‌شود. بدین ترتیب پیوند قوی بین شیشه و پوشش ایجاد می‌گردد که در فرایند پردازش شیشه در طول ساخت بسیار مقاوم است. در نهایت شیشه‌ها به ورق‌هایی با اندازه مختلف برش داده می‌شوند. این نوع شیشه از طریق تأمین حداکثری گرمای خورشید از وابستگی به گرمای مصنوعی جلوگیری می‌نماید.

پوشش ­های کنترل‌کننده خورشیدی یا پوشش نرم

پوشش‌های خورشیدی Low-E) Soft Coat) با استفاده از فرآیند انبساط بخار اسپکترومغناطیسی (MSVD) که از اوایل دهه ۱۹۸۰ رونق یافت، تولید می‌شوند. به این معنی که پوشش به صورت شیشه در یک اتاق خلاء در دمای اتاق برش داده می‌شود. این پوشش، که همچنین به عنوان “پوشش نرم” نامیده می‌شود، باید در یک شیشه عایق (IG) یا واحد چند لایه مهر و موم شده باشد. پوشش نرم دارای تابش کم و عملکرد برتر در کنترل نور خورشید است. این پوشش بیشترین بهره‌برداری از نور خورشید را انجام می‌دهد و مقدار انتقال گرمای خورشید را برای سردتر نگه‌داشتن خانه و کاهش مصرف انرژی وابسته به تهویه مطبوع به ساختمان، محدود می‌کند.

انتخاب نوع این شیشه بر اساس آب و هوای منطقه، موقعیت جغرافیایی، کاربری ساختمان انجام می‌گیرد. اگر شما در آب و هوای بسیار سرد زندگی می‌کنید، شیشه Low-E Hard Coat ممکن است گزینه‌ای برای شما باشد، زیرا به انرژی مادون ‌قرمز موج کوتاه خورشید اجازه عبور از شیشه می‌دهد. این به خانه شما در زمستان حرارت می‌بخشد و به شیشه اجازه بازتاب انرژی گرمای در داخل می‌دهد. با این حال، اگر شما در آب و هوای گرم زندگی می‌کنید، بهتر است شیشه‌ای Low-E با پوشش نرم، که محافظ UV بهتر است، استفاده نمایید. پوشش نرم Low-E همچنین هوای گرم و سرد را در اتاق بازتاب می‌دهد تا اجازه ندهد خارج شود.

مزایای استفاده از شیشه Low-E

آسايش حرارتی در زمستان و تابستان
هزينه كمتر برای تاسيسات گرمايشی و سرمايشی
جلوگيری از ورود اشعه‌های مضر خورشيد
تامين روشنايی مناسب برای ساختمان و در نتیجه کاهش هزینه مورد نیاز برای روشنایی
نگه‌داشتن گرما در داخل زمستان و کاهش هزینه‌های انرژی
بازتاب گرما در تابستان برای کاهش هزینه‌های خنک‌کننده
محافظت از اشیایی همچون پارچه، مبلمان و پوشش کف با مسدود کردن ۹۰ درصد از اشعه‌ی UV
کنترل درخشان در آب و هوای روشن و آفتابی
قابل استفاده در انواع مختلف پنجره با رنگ‌بندی متنوع
دارای بالاترین امتیاز بهره‌وری انرژی

دلیل استفاده از شیشه کنترل کننده انرژی چیست؟

بر اساس بررسی هایی که انجام شده است بخشی از تلف شدن و هدر رفتن انرژی در تابستان ها و زمستان ها به مقدار بیشتر، از راه پنجره ها و قسمت های شیشه کنترل کننده انرژی ساختمان ها انجام می شود. تا چند سال پیش موثرترین راه حل برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی استفاده از شیشه ها و پنجره های دو جداره بوده است که تا حدودی هم نصب این شیشه ها  در صرفه جویی انرژی موثر واقع شده است.

با گذشت زمان و پیشرفت هایی که در علوم مهندسی مواد در زمینه تولید شیشه به وجود آمده است، میزان گذشتن انرژی از شیشه ها کمتر شده است و عمل کرد شیشه ها در استفاده بهینه از انرژی بهتر شده است.

برای مثال:

پرتوهایی که از خورشید تابیده می شود دارای یک طیف مریی است که با چشم دیده می شود و داری یک طیف فرابنفش و یک طیف فرو سرخ است که قابل دیدن نیستن اما بسیار اثرگذار هستند.

لایه هایی که در این شیشه ها قرار دارد به منظور کاهش اثرهای سوء این پرتو ها هم کاربرد دارد.

مثلا یکی از تاثیرات منفی که پرتو فرانبفش دارد این است که باعث می شود رنگ اجسامی که در معرض تابش خورشید هستند کم بشود. اما استفاده از این نوع شیشه باعث کاهش اثر های سوء پرتو فرابنفش موجود در نور خورشید شده است.

پارامترهای مهم برای انتخاب نوع شیشه

در ذیل به برخی از پارامترهای مهم که در انتخاب نوع شیشه مهم هستند می پردازیم:

۱) پارامترVisible Transmittance) VT)

پارامتر VT درصد عبور نور از شیشه ها را نشان می دهد.
این پارامتر در شیشه های معمولی و شیشه های Low-E تقریباً یکسان می باشد.

۲) پارامتر UV

پارامتر UV میزان عبور اشعه ماوراءبنفش از شیشه را نشان می دهد. بدیهی است که بدلیل مضرات این اشعه هر چقدر مقدار آن کمتر باشد بهتر است.

۳) فاکتور U-Value یا ضریب انتقال حرارت

پارامتری است که میزان انتقال حرارت در هر جسم را نشان می دهد. این پارامتر جهتشیشه کنترل کننده انرژی نیز به کار برده می شود. هر چقدر میزان این فاکتور در شیشه های دوجداره کمتر باشد، آن شیشه عایق تر می باشد.

U-Value شامل انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تابشی برای یک پنجره دوجداره در شرایط محیطی مشخص می باشد.

۴) فاکتور G-Value

این فاکتور بیان کننده میزان عبور حرارت و انرژی خورشید از شیشه می باشد. این فاکتور بین ۵ و ۱ متغییر می باشد. در بعضی از شرایط آب و هوایی خاص، مثل مناطق سردسیری نیاز به بالا بودن این فاکتور داریم و ماکزیمم بودن آن به نفع ما می باشد و برعکس در بعضی از مناطق گرمسیری این فاکتور باید به حداقل یعنی صفر برسد از اینرو شیشه های Low-E در چندین نوع تولید می گردند که همگی دارای U-Value پایین و G-Value متغییر می باشند که در این امر باعث عملکرد بهتر آن ها در مناطق آب و هوایی متفاوت خواهد گردید.

عملکرد شیشه های Low-E

با توجه به تعاریف ذکر شده از پارامترهای شیشه کنترل کننده انرژی  U-Value و G-Value حال می توان عملکرد شیشه کنترل کننده انرژی Low-E را بهتر بیان کرد. این نوع شیشه ها اجازه عبور بخش مرئی طیف نور خورشید را از خود می دهند اما اجازه عبور طیف حرارتی (اشعه مادون قرمز) امواج مضر (اشعه ماوراء بنفش) را نمی دهند. در واقع آنها را منعکس و فیلتر می نمایند. در واقع شیشه های Low-E، فاکتور U-Value کاهش می یابد و فاکتور G-Value که میزان عبور حرارت و انرژی خورشید از شیشه است، را نیز تحت کنترل دارند.