پنجره ها از مهمترین اجزای ساختمان هستند. پنجره تامین کننده نور، گرما و زیبایی در ساختمان می باشد و همچنین می توان با باز و بسته کردن پنجره به محیط بیرونی دسترسی داشت و ضمن تصفیه مناسب،هوای مطلوبی بدست آورد. البته اگر پنجره بطور صحیح ساخته و بکار گرفته نشود و یا در طراحی ساختمان دیدگاه های انرژی رعایت نشود و پنجره در موقعیت مناسب قرار نگیرد،عامل اصلی افت حرارتی و برودتی در فصول سرد و گرم سال می شود.

از نظر میزان مصرف انرژی پنجره ای که مقاومت حرارتی آن بیشتر باشد مناسبتر است و بطور کمی میزان مقاومت حرارتی پنجره به عوامل زیر بستگی دارد
۱- نوع شیشه مورد استفاده (شیشه، پلاستیک، شیشه های با ضریب صدور انرژی پایین و شیشه های هوشمند)

۲- تعداد لایه های شیشه موجود در پنجره (شیشه تک جداره، دو جداره و . . .)
۳- ضخامت لایه هوایی ایجاد شده بین دو شیشه
۴- مقاومت حرارتی یا ضریب هدایتی قاب پنجره
۵- درزبندی و هوابندی در هنگام نصب
هر یک از پارامترهای فوق نیز وابسته به مواد تشکیل دهنده، پنجره و کیفیت ساخت آن می باشد.

پارامترهای اساسی جهت دسته بندی پنجره ها از نظر کارائی انرژی :

نرخ نشت هوا (Air Leakage)

ضریب عبور نور(Visible Transmittance)

ضریب گرمای ورودی تابش خورشید (Solar Heat Gain Coefficient)

ضریب انتقال حرارتی کلی ( U-Factor)

نرخ نشت هوا (Air Leakage) :

اتلاف حرارتی و گرمای خورشید ورودی به ساختمان سبب جابجایی هوا از روزنه ها و درزهای موجود در قسمت های مختلف پنجره می شود. برای این منظور به منظور مقایسه کارآیی پنجره ها از پارامتر نرخ نشت هوا (AL) استفاده می شود. AL کمتر بیانگر جابجایی کمتر هوا از میان درزهای پنجره می باشد.

ضریب عبور نور (Visible Ttansmittance) :

ضریب عبور نور به خصوصیات اپتیکی لایه شیشه مورد استفاده در پنجره بستگی دارد و ضریب عبور نور بیشتر در پنجره بیانگر عبور نور مرئی در طول روز می باشد. پنجره های با عبور نور بیشتر به منظور دید بهتر و حداکثر استفاده از روشنایی در طول روز مناسبتر می باشد.

ضریب گرمای ورودی تابش خورشید (Solar Heat Gain Coefficient) :

ضریب گرمای ورودی تابش خورشید (SHGC) بیانگر بخشی از انرژی گرمایی تابش مستقیم خورشید است که از میان پنجره عبور می کند و وارد اتاق می شود و یا در شیشه جذب می شود و سپس به اتاق انتقال می یابد. SHGC کمتر، بیانگر ورود گرمای کمتر خورشید به داخل ساختمان است.

ضریب انتقال حرارتی کلی (U-Factor) :

افت حرارتی از پنجره با ضریب انتقال حرارت کلی پنجره بیان می شود. مقدار عایق بودن پنجره در برابر عبور گرما با ضریب عایق حرارتی (R-Value) بیان می شود که ضریب عایق حرارتی عکس ضریب انتقال حرارت می باشد. ضریب عایق حرارتی بزرگتر در پنجره ها بیانگر تبادل حرارت کمتر میان اتاق و محیط بیرون از طریق پنجره می باشد.

انواع پنجره ها :

انواع پنجره از نظر نوع قاب
انواع پنجره از نظر نوع شیشه
انواع پنجره از نظر نحوه عملکرد
انواع پنجره از نظر فن آوری

انواع پنجره از نظر نوع قاب :

با پیشرفت صنعت ساختمان، پنجره با قابهای متعددی تولید می شود که مهمترین آنها به شرح زیر می باشد.
۱) پنجره با قاب آلومینیومی
۲) پنجره با قاب آلومینیومی ترمال بریک
۳) پنجره با قاب فیبرگلاس

۴) پنجره با قاب ترکیبی و کامپوزیتیچ
۵) پنجره با قاب چوبی
۶) پنجره با قاب و پنیلی (PVC)
7) پنجره با قاب وپنیلی عایق شده

انواع پنجره از نظر نوع شیشه :

پنجره ها با توجه به نوع شیشه و تعداد لایه های شیشه به صورت زیر تقسیم می شوند.
۱) پنجره تک جداره با شیشه شفاف ساده
۲) پنجره تک جداره با شیشه دودی و یا برنزی
۳) پنجره دو جداره با شیشه شفاف ساده

۴) پنجره دو جداره با شیشه دودی و یا برنزی
۵) پنجره های دو جداره با پوشش های خاص شیشه جاذب گرمای خورشید ( select ive Surface)
6) پنجره دو جداره با شیشه های با ضریب صدور پایین (Low-E)
7) پنجره های دو جداره با شیشه های ترکیبی (جاذب گرمای خورشید و ضریب صدور پایین)
۸) پنجره های سه جداره با شیشه های ترکیبی

انواع پنجره از نظر نحوه عملکرد :

پنجره ها از نظر نوع کاربری در ساختمان به صورت زیر دسته بندی می شوند:
۱) پنجره های ثابت

۲) پنجره های لولایی قائم (بازشو به سمت بیرون و داخل)
۳) پنجره های لولایی افقی (بازشو به سمت بیرون و داخل)
۴) پنجره های کشویی قائم
۵) پنجره های کشویی افقی

انواع پنجره از نظر فن آوری :

پپنجره ها از نظر فن آوری ساخت به منظور بهبود کارایی و کاهش افت حرارتی به صورت زیر دسته بندی می شوند:
۱) پنجره هایی که لایه بین دو شیشه با گازهای خنثی پر شده است
۲) پنجره هایی که در آنها از اسپیسرهایی(Spacer) با ضریب انتقال حرارت هدایتی پائینی استفاده شده است
۳) پنجره ها با پوشش شیشه Low-E و انتخاب طیفی
۴) پنجره های هوشمند

صرفه جویی انرژی در پنجره ها :

پنجره ها از نظر صرفه جویی انرژی نقش حساسی دارند، چرا که حدود ۳۰% از کل تلفات حرارتی ساختمان از پنجره ها صورت می گیرد. به همین دلیل پنجره هایی که در جای خوبی نصب نشده اند یا خوب محافظت نمی شوند، می‌توانند هزینه سوخت را بسیار بالا ببرند.

اگر تصمیم دارید ساخت ساختمان جدیدی را شروع کنید، با یک مشاور آشنا به اصول صرفه جویی تماس بگیرید. اما اگر می خواهید ساختمان موجود خود را بهینه سازی کنید و از هزینه های خود بکاهید، این بروشور می‌تواند راهنمای خوبی برای شما باشد.

جلوگیری از تلفات حرارتی پنجره ها :

یک پنجره با شیشه تک جداره تقریباً۱۰ برابر یک دیوار عایکاری شده هم اندازه خود تلفات حرارتی دارد. چنین پنجره ای سه مشکل عمده ایجاد می کند: بالا بودن تلفات حرارت، فراهم نشدن

آسایش ساکنین، بخار گرفتن پنجره ها (شکل ۱)برای کاستن از مشکلات ناشی از پنجره ها، می توان از راه های مختلف یک لایه هوای ساکن بین محیط داخل و خارج ایجاد کرد. با انجام این کار تلفات حرارتی پنجره به نصف کاهش می یابد. برای ایجاد این لایه هوا راه های مختلفی وجود دارد.
دو جداره کردن
پوشش های شفاف

دو جداره کردن شیشه هر پنجره ای باعث بالا رفتن کارآیی آن می شود، به ویژه پنجره هایی که پرده ای روی آنها نصب نشده است.
پنجره دو جداره، دارای دو شیشه می باشد که بین آنها یک فضای کاملاً درزبندی شده قرار گرفته است. این فاصله معمولا بین ۶ تا ۲۰ میلیمتر است.

اگر این فاصله هوایی ۱۵ میلیمتر انتخاب شود، بهترین کارآیی بدست می آید. دو جداره کردن پنجره با وجود اتلاف حرارت را کاهش می دهد، جلوی ورود نور و گرمای خورشید را نمی گیرد. بنابراین در فصول گرم سال برای کاهش ورود گرما به داخل ساختمان باید جلوی تابش مستقیم خورشید به پنجره را گرفت.

در کنار اینها، دو جداره کردن پنجره ها باعث کم شدن ورود سر و صدا به داخل ساختمان می شود و نیز بخارگیری پنجره ها در فصول سرد سال کاهش می یابد.
برای دو جداره کردن پنجره یک جداره موجود می توان یک لایه دیگر از شیشه یا اکریلیک شفاف دیگر روی آن نصب کرد و فضای بین آنها را کاملاً درزبندی کرد. در این فضا باید مقداری ماده جاذب رطوبت قرار داد تا رطوبت این فضا را کاملاً بگیرد.

پر کردن با گاز :

در برخی از پنجره های دو جداره، فضای میانی را با گازهایی مانند آرگون و کریپتون پر می کنند تا کارآیی آنها حدود ۱۰% افزایش یابد.

عایق های ویژه پنجره :

این عایق ها را که به شکل برچسب های شفاف ساخته می‌شوند به راحتی می‌توان بر روی شیشه پنجره‌ها چسباند و بخشی از خواص پنجره‌های دو جداره را در آن‌ها به وجود آورد. این برچسب‌ها باعث می‌شوند ورود گرما در تابستان تا ۸۰% کاهش یابد. علاوه بر این انواع کم تابش این محصولات (Low-E) قادرند تلفات حرارتی زمستانی را نیز تا ۳۰% کاهش دهند.

این عایق‌ها از نظر قیمت با پنجره‌های دو جداره قابل رقابت هستند. به ویژه در ساختمان‌های دو جداره قابل رقابت هستند. به ویژه در ساختمان‌های موجود که تعویض پنجره‌ها با پنجره‌های دو جداره هزینه زیادی به همراه خواهد داشت.

انواع شیشه :

شیشه های مات و رنگی :

شیشه های مات و رنگی برای کنترل نور و انرژی در ساختمان استفاده می شوند. برای تولید این شیشه ها معمولاً ترکیبات اضافی به مواد اولیه شیشه قبل از مرحله ذوب اضافه کنید. این ترکیبات موادی مانند کبالت، نیکل برای شیشه های دودی، اکسید آهن برای شیشه های آبی، اکسید آهن برای شیشه های زرد و سبز می باشند.

شیشه های با پوشش سطحی :

به منظور کاهش اتلاف انرژی از پنجره و یا جلوگیری از ورود تشعشعات ماورای بنفش و مادون قرمز پوشش های انتخاب طیفی بر روی سطح شیشه نشانده می شود. این پوشش ها با توجه به نوع کاربری بر سطح داخلی و یا خارجی شیشه قرار میگیرند که سبب بازتاب حرارت داخلی ساتع شده از ساختمان به درون ساختمان و یا انعکاس امواج نورانی مادون قرمز و ماورای بنفش می شوند. برای ایجاد پوشش بر روی شیشه در خط تولید شیشه های فلوت هنگامی که شیشه وارد حوضچه قلع مذاب شده و به آرامی سرد می گردد در زمانی که دمای آن به حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد می رسد، مواد ویژه ای به صورت بخار بر روی حوضچه قرار می گیرند و سرد شدن شیشه سبب می‌شود تا یک لایه میکروسکوپی از مواد بر روی شیشه ایجاد شود.

روش دیگر ایجاد پوشش بر روی شیشه بعد از تولید نهایی شیشه انجام می شود که به روس اسپاترینگ (Sputtering) انجام می‌شود. در این روش شیشه توسط ماده مورد نظر برای ایجاد یک لایه نازک بمباران اتمی می‌شود.

شیشه‌های پوشش‌دار، کنترل‌کننده انرژی (Low-E) :

(نسل جدید شیشه در خدمت صرفه‌جویی مصرف انرژی)
شیشه به عنوان یکی از مصالح پر‌مصرف ساختمان است که علاوه بر تامین نور داخل، ارتباط بصری با خارج ساختمان را امکان‌پذیر می‌سازد. اما با توجه به خاصیت عایقکاری کمی که دارد، همواره در فصل سرد و گرم سال مشکل‌ساز بوده است به همین دلیل است که در زمان‌های گذشته و حتی در حال از وسایل مختلفی نظیر سایه‌بان‌ها و پرده در تابستان جهت جلوگیری از ورود نور و گرمای شدید خورشید و در زمستان‌ها از پرده‌های ضخیم جهت جلوگیری از اتلاف گرمای داخل ساختمان استفاده می‌شود.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی و پوشش دادن لایه‌های بسیار نازک روی شیشه ـالبته با تجهیزات بسیار پیشرفته ـ شیشه‌هایی تولید می‌گردد که تا حد زیادی کاستی‌های شیشه معمولی را مخصوصاً در رابطه با اتلاف و کسب انرژی حرارتی خنثی می‌کند در عین حال تامین نور مرئی را که از خواص اصلی شیشه می‌باشد حفظ می‌نماید. امروزه در کنار بحث عایقکاری حرارتی در بخش‌های مختلف ساختمان، به استفاده از پنجره‌های دو‌جداره تاکید می‌گردد که دارای شیشه‌های معمولی

هستند، در صورتی که استفاده از شیشه Low-E در یکی از جدار‌ه‌های پنجره دو‌جداره یا شیشه‌های طلقی (Laminate)، باعث کاهش چشمگیری در تبادل انرژی ساختمان با فضای بیرون می‌گردد.
شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی یا Low-Emissivity که در فارسی به شیشه کم گسیل ترجمه شده است، شیشه‌ای است که انتقال حرارت بسیار کمتری نسبت به شیشه معمولی دارد و مانند یک عایق حرارتی شفاف عمل می‌کند. از آنجا که مساحت زیادی از سطح جانبی ساختمان‌ها را شیشه تشکیل می‌دهد، استفاده از شیشه Low-E به جای شیشه معمولی، کمک بزرگی در کاهش مصرف انرژی ساختمان خواهد نمود. این نوع شیشه در انواع مختلف تولید می‌گردد. شکل ظاهری بعضی از آنها مشابه شیشه معمولی و بی‌رنگ است و نوع رنگی آن به Low-E-Sun مشهور است.

عملکرد شیشه Low-E
پارامتر‌های مورد نظر در ارزیابی شیشه‌های Low-E
انواع شیشه Low-E و کاربرد آن‌ها
مقدار صرفه‌جویی انرژی با استفاده از شیشه‌های Low-E
مزایای استفاده از شیشه Low-E

عملکرد شیشه Low-E :

این نوع شیشه‌ها اجازه عبور بخش مرئی طیف نور خورشید را می‌دهند اما طیف حرارتی ( امواج مادون قرمز ) و امواج مضر ( ماوراء بنفش ) را منعکس و فیلتر می‌کنند.
این شیشه‌ها انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما که ترکیبی از پدیده های هدایت، جابجایی و تابش است و در پارامتر U-Value نشان داده می‌شود را به مقدار زیادی کاهش می‌‌دهند و همچنین انتقال حرارت تابشی ( کسب انرژی خورشید ) را نیز تحت کنترل دارند که در پارامتر G-Value یا SHGC نشان داده می‌شود.

پارامتر‌های مورد نظر در ارزیابی شیشه‌های Low-E :

پارامتر‌هایی که در انتخاب شیشه مهم هستند و باید به آن‌ها توجه نمود عبارتند از:
۱) عبور نور مرئی (Visible Transmittance):
VT درصد عبور نور از شیشه را نشان می‌دهد. این پارامتر در ارزیابی پنجره‌های کارآمد انرژی از نقطه نظر تامین نور ساختمان مفید است. مثلاً در مناطقی که نور خورشید کم است مسلماً باید از شیشه‌هایی استفاده کنیم که قابلیت عبور نور بیشتری داشته باشد و بالعکس در مناطقی که نور خورشید زیاد است برای جلوگیری از تابش شدید نور خورشید به داخل ساختمان باید از شیشه‌هایی که عبور نور کمتری دارند استفاده کرد. این مسئله در مورد پنجره‌های شمالی ـ جنوبی و شرقی ـ غربی هم صدق می‌کند، مثلاً شیشه پنجره‌ای که در ضلع شرقی یا غربی ساختمان است بهتر است دارای عبور نور کمتری باشد و شیشه مناسب برای پنجره‌های شمالی باید درصد عبور نور بیشتری داشته باشد، از مقایسه شیشه دو‌جداره و شیشه Low-E با یکدیگر می‌توان دریافت شیشه Low-E تغییر زیادی در عبور نور مرئی ایجاد نمی‌کند.
۲) UV:
این فاکتور مقدار عبور نور ماوراء بنفش خورشید را به داخل ساختمان نشان می‌دهد. بدیهی است به دلیل مضرات این اشعه هرچه مقدار آن کمتر باشد بهتر است.

۳) ضریب انتقال حرارت (U-factor یا U-value) :
پارامتری است که مقدار انتقال حرارت از هر جسم را نشان می‌دهد و برای بیان میزان عایقکاری شیشه نیز بکار می‌رود.
بر حسب بیان می‌شود و شامل انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تابشی برای یک پنجره در شرایط محیطی مشخص می‌باشد. ضریب انتقال حرارت هر‌چه کوچک‌تر باشد به معنی انتقال حرارت کمتر و در نتیجه عایقکاری بیشتر است.

شیشه تک جداره ساده شیشه دو‌جداره ساده شیشه دو‌جداره
ضریب انتقال
حرارت ۶ ۲٫۵ الی ۳ ۱٫۱ الی ۱٫۳

۴) ضریب کسب حرارت خورشیدی (SHGC): در بعضی متون به G-value مشهور است. بیان‌کننده عبور حرارت و انرژی خورشید از شیشه می‌باشد. بدون توجه به دمای خارج، حرارت می‌تواند از میان شیشه به وسیله تابش مستقیم یا غیر‌مستقیم خورشید ( به صورت انعکاس از زمین یا سطوح دیگر ) نیز کسب شود.