محاسبه ضریب انتقال حرارت پنجره

در دهه‌های اخیر به دلیل پیشرفت صنایع مسئله‌ی استفاده‌ی بهینه از انرژی به خصوص انرژی های فسیلی تجدید ناپذیر بیش از بیش مورد توجه محققین قرار گرفته است. محققان و صنعتگران در تلاش هستند تا بتوانند با ارائه‌ی راهکارهای نوآورانه استفاده از انرژی‌های فسیلی را کاهش دهند. نتایج برآورده شده نشان می‌دهد که حدود ۴۰ درصد مصرف کل انرژی کشور صرف گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها می‌گردد. متأسفانه تقریباً به میزان یک سوم از این انرژی از طریق جداره‌های ساختمان شامل درب و پنجره هدر می‌رود. از این رو کشورهای توسعه یافته به منظور جلوگیری از هدررفت انرژی از طریق تولید محصولات با کیفیت صنایع مربوطه را موظف به استفاده از برچسب‌های صرفه‌جویی انرژی بر روی محصولات خود نموده‌اند. همان گونه که در شکل ۱ مشاهده می‌شود، یکی از عوامل مهم بر روی این برچسب‌ها ضریب انتقال حرارت پنجره (U Window) است.

در کنار برنامه‌های محاسباتی پیشرفته به منظور محاسبه ضریب انتقال حرارت، مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران فرمول‌های را به شرح زیر ارائه نموده است:

• ضریب انتقال حرارت پنجره تک جداره

که در آن:

U_w: ضریب انتقال حرارت (w/ m^۲. k)

U_g: ضریب انتقال حرارت از سطح نورگذر (w/ m^۲. k)

U_f: ضریب انتقال حرارت از چارچوب (w/ m^۲. k)

A_g: مساحت شیشه خور (m^۲)

A_f: مساحت چارچوب (m^۲)

l_g: سرتاسر پیرامون نورگذر (m)

φ_g: ضریب انتقال حرارت خطی به دلیل اثرات حرارتی مشترک سطح نورگذر، فاصله گذار و چهارچوب می‌باشد.

• ضریب انتقال حرارت پنجره دو جداره

که در آن:

U_w: ضریب انتقال حرارت (w/ m^۲. k)

U_{w1 و} U_w2: به ترتیب ضریب انتقال حرارت جدار داخلی و خارجی است و مطابق با فرمول پنجره تک‌ جداره محاسبه می‌شود (w/ m^۲. k)

R_si: مقاومت سطح داخلی جدار خارجی وقتی به تنهایی مورد استفاده قرار می‎‎گیرد  ( m^۲.k/w)

R_se: مقاومت سطح خارجی جدار داخلی وقتی به تنهایی مورد استفاده قرار می‎گیرد  (m^۲. k/w)

R_s: مقاومت حرارتی فضای بین دو شیشه (m^۲. k/w)

لازم به ذکر است، مقادیر R_si و R_se و R_s مطابق با دستورالعمل‎های مؤسسه استاندارد و تحقیقات ایران در نظر گرفته می‌شود.

پس از محاسبه U_w با توجه به اطلاعات و داده‌های ورودی، رتبه‌‎بندی (Grade) مصرف انرژی پنجره براساس استاندارد اروپایی Din 4108  به صورت جدول ارائه شده در زیر انجام گرفته است.

الزام استفاده از این برچسب بر روی تولیدات درب و پنجره در کشورهای توسعه یافته باعث شده است تا کارخانجات تولید شیشه، پروفیل، یراق‌آلات و تمام صنایع مرتبط تلاش خود را در راستای تولید محصولات با کیفیت و دقیق مطابق با استاندارهای به روز به کار گیرند. این موضوع باعث توسعه فناوری در صنعت شیشه (تولید شیشه های کنترل کننده انرژی)، پروفیل های آلومینیومی (تولید پروفیل ترمال بریک) و صنایع وابسته ( تولید یراق آلات استاندارد، مواد اولیه با کیفیت بالا برای عایق بندی و آب بندی) و در نتیجه کاهش حداکثر اتلاف انرژی از طریق درب و پنجره‎های ساختمانی شده است.