بهبود عملکرد حرارتی پروفیل پنجره

استراتژی‌های کاهش ضریب انتقال حرارت پروفیل‌های پنجره به طور گسترده‌ای در تحقیقات علمی و اکثراً به درخواست تولیدکنندگان توسط مراکز تحقیقاتی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. از آنجا که امروزه بیشتر پروفیل‌های مورد استفاده در پنجره‌ها از جنس چوب، آلومینیوم و یا پی وی سی هستند، تحقیقات انجام شده نیز عمدتاً بر روی پروفیل چایی با این مصالح تمرکز دارند [1] . همچنین برخی از این روش‌ها ممکن است نیازمند تغییر در ضخامت و ساختار برخی از قطعات مورد استفاده در این پروفیل‌ها باشند و یا با انجام تغییرات اندک مانند استفاده از رنگ‌های پوششی کم گسیل و یا اضافه کردن عایق حرارتی به درون حفره‌های پروفیل‌ها بتوان عملکرد حرارتی آنها را بهبود بخشید [2] [1] .

بر این اساس می‌توان انواع روش‌های بهسازی پروفیل‌های پنجره‌ها را بر اساس نوع مصالح تشکیل دهنده‌ی آنها از مطالعات انجام شده در این زمینه استخراج و ارائه کرد. در ادامه با گروه آپ گرین گرید برای بررسی این روش ها همراه باشید.

پروفیل‌های آلومینیومی

برای بهسازی حرارتی پروفیل‌های آلومینیومی، بخش‌های مختلف آن نیازمند اقدامات متفاوتی هستند. برای مثال، برای جلوگیری از انتقال حرارت به روش تابش و کاهش دادن انتقال حرارت به روش همرفت، می‌توان قطعه‌ی گرما شکن معمولی را با قطعاتی که دارای حفره‌های متعدد و کوچک‌تری هستند تعویض نمود و یا داخل آنها را با مصالح عایق پر کرد. [2]

 در ادامه نیز می‌توان حفره‌ی ایجاد شده بین شیشه و پروفیل را از طریق روش‌های مختلفی بهبود بخشید. برای مثال می‌توان این حفره را با استفاده از گسکت‌هایی که دارای زبانه‌های درازتری هستند به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم نمود و یا خود شیشه را در عمق پروفیل جانمایی نمود. علاوه بر روش‌های فوق‌الذکر، روشی که نشان داده شده است بیشترین کارایی را دارد، پر کردن این فاصله با مصالح عایق می‌باشد که در صورت استفاده از این روش توجه به آب بندی صحیح برای جلوگیری از نفوذ آب به روش مویینگی به داخل عایق از اهمیت وافری برخوردار می‌باشد. [2]

 استفاده از عایق حرارتی در داخل حفره های پروفیل آلومینیومی

استفاده از عایق حرارتی در قسمت انتهایی شیشه در داخل پروفیل و استفاده از قطعات گرما شکن با حفره های متعدد و کوچک

پروفیل‌های وینیلی (PVC) 

راه‌های مختلفی برای بهبود عملکرد حرارتی پروفیل‌های وینیلی پنجره‌ها وجود دارد. گسترده‌ای که باید در مورد این نوع پروفیل‌ها به خاطر داشت این است که مهم‌ترین نقطه ضعف آنها تقویت کننده‌های فولادی درون جان پروفیل‌ها هستند. برای فائق آمدن بر این نقاط ضعف دو روش وجود دارد: جایگزین کردن این قطعات تقویت کننده با قطعاتی که ضریب هدایت حرارتی کمتری دارند و در عین حال مقاومت مکانیکی مشابهی دارند و یا استفاده از مصالحی با مقاومت بالا در ساختار پروفیل به نحوی که استفاده از تقویت کننده ها لزومی نداشته باشد. در مورد روش اول مصالح پیشنهادی شامل فولاد ضد زنگ (فولاد ضد زنگ عملکرد حرارتی بهتری نسبت به فولاد عادی دارد) و مصالح کامپوزیت (= ۰.۲ w / m2λ) می‌شود. در مورد روش دوم اگر مصالح تشکیل دهنده‌ی پروفیل‌ها از مصالح کامپوزیت با مقاومت بالا مانند فیبر شیشه (= ۰.۲ w / m2λ) باشند، دیگر نیازی به استفاده از تقویت کننده در جان پروفیل‌ها نمی‌باشد. همچنین در صورتی که حفره‌های درون پروفیل را با مصالح عایق پر نمود تا عملکرد حرارتی پروفیل بهتر شود. [2]

سایر روش‌هایی که می‌توان برای بهبود عملکرد حرارتی این پروفیل‌ها استفاده کرد را می‌توان شامل موارد زیر دانست [3] [2] [1]:

• عریض‌تر کردن پروفیل و پر کردن حفره‌ها با مصالح عایق
• استفاده از گسکت های مرکزی
• استفاده از مصالح عایق در فاصله دهنده‌ی بین شیشه و پروفیل
•  استفاده از رنگ های پوششی با ضریب گسیل کم

 پر کردن حفره های هوایی پروفیل PVC با عایق حرارتی 

پروفیل‌های چوبی 

این نوع پروفیل‌ها به دلیل استفاده از چوب که دارای ضریب هدایت حرارتی کمی است، به نوبه‌ی خود عملکرد حرارتی قابل قبولی دارد. با این حال برای بهبود عملکرد حرارتی آن قبل از انجام هر عملی باید دقت شود که عملکرد حرارتی دستگاه شیشه باید با عملکرد حرارتی پروفیل متناسب باشد. از نظر مصالح نیز، معمولاً چوب‌های نرم خاصیت عایق بودن بهتری نسبت به چوب‌های سخت دارند، اما باید توجه شود که با وجود این موضوع، طول عمر و دوام چوب‌های سخت بیشتر از چوب‌های نرم می‌باشد. استفاده از چوب‌های نرم در ساختار پروفیل‌ها زمانی قابل قبول خواهد بود که در برابر عوامل محیطی به نحوی محافظت شود. به منظور حفاظت پروفیل چوبی در برابر عوامل محیطی، می‌توان از ورق‌های آلومینیومی و یا پوشش‌های پلیمری برای جلوگیری از تماس مستقیم چوب با محیط، استفاده نمود [2].

 تکنیک‌های مختلفی برای بهبود عملکرد حرارتی پروفیل‌های چوبی وجود دارد ولی بهترین آنها استفاده از ساختار چوب-چوب پنبه-پلی یورتان (PU) -چوب پنبه-چوب می‌باشد. روش دیگری که البته نسبت به روش اول کمتر موثر است جایگزین کردن قطعه‌ی چوبی میانی با چوب پنبه می‌باشد. آخرین روش نیز ایجاد حفره‌های کوچک در داخل فریم بدون کاسته شدن از مقاومت مکانیکی آن می‌باشد. البته باید توجه کرد که انجام این کار ممکن است دوام پروفیل را تحت تاثیر قرار بدهد [2].

  استفاده از پوشش آلومینیومی برای محافطت از فریم چوبی در برابر عوامل محیطی و خالی کردن بخشی از فریم چوبی و پر کردن آن با عایق حرارتی

 استفاده از عایق حرارتی در قسمت میانی پروفیل چوبی

 سایر روش‌هایی که می‌توانند برای بهبود عملکرد حرارتی پروفیل‌های چوبی مورد استفاده قرار بگیرند، به شرح زیر می‌شود باشند: 

• عریض‌تر کردن پروفیل 
• استفاده از عایق بین دستگاه شیشه و پروفیل

منابع:

1.            Lechowska, A.A., J.A. Schnotale, and G. Baldinelli, Window frame thermal transmittance improvements without frame geometry variations: An experimentally validated CFD analysis. Energy and Buildings, 2017. 145: p. 188-199.

2.            Van Den Bossche, N., L. Buffel, and A. Janssens, Thermal Optimization of Window Frames. Energy Procedia, 2015. 78: p. 2500-2505.

3.            Gustavsen, A., et al., Key elements of and material performance targets for highly insulating window frames. Energy and Buildings, 2011. 43(10): p. 2583-2594.