کنترل استاتیک و دینامیک در شیشه ها
نوید احمدی
| دسته بندی:
شبیه سازی اجزای ساختمان
| تاریخ انتشار:
18 اردیبهشت 1399
شیشه ها به عنوان یکی از مهمترین بخش های ساختمان تاثیر بسزایی در بارهای حرارتی وارده بر ساختمان دارند. به همین جهت توجه به عملکرد آنها و کنترل میزان تابش عبوری از آنها از اهمیت بالایی بر خوردار می باشد. در مورد کنترل میزان تابش عبوری از شیشه‌ها می‌توان به دو رویکرد عمده اشاره نمود که در بخش های زیر توسط تیم آپگرین گرید توضیح داده شده اند.
روش استاتیک
روش استاتیک و روش دینامیک. در روش استاتیک میزان تابش عبوری از نور گذرها در تابستان کاهش داده می‌شود و امکان بروز خیرگی کاهش داده می‌شود. با این حال از آنجایی که مشخصات بخش نور گذر با توجه به موقعیت خورشید، شرایط آب و هوایی یا تغییرات فصول تغییر نمی‌کند، می‌تواند باعث کاهش دریافت تابش خورشیدی در زمان نیاز، مانند فصل سرما، شود (به خصوص در نماهای جنوبی) و نتیجتاً باعث افزایش بار گرمایی ساختمان و کاهش سطوح دریافت نور در اوقات عدم حضور تابش مستقیم نور خورشید شود (مانند نماهای رو به شرق و غرب). در این دسته بندی می‌توان شیشه‌های دارای ته رنگ[1]، شیشه‌های دارای پوشش که با فرآیندهای شیمیایی و حرارتی بر روی آن اعمال شده‌اند[2] و شیشه‌های با رفتار انتخابی و عملکرد بالا[3] که دارای پوشش‌هایی می‌باشند که به صورت مغناطیسی بر روی آنها اعمال شده‌اند، می‌باشند. نوع سوم شیشه‌های ذکر شده نسبت به نوع اول در کنترل انرژی خورشیدی عبوری از شیشه‌ها بدون کاهش میزان نور مرئی عبوری از شیشه‌ها، عملکرد بهتری دارند. این ویژگی با شاخص نرخ دریافت نور به حرارت[4] (LSG) اندازه گیر‌ی می‌شود که به صورت کسری از نور مرئی عبوری (VT) و ضریب کسب حرارت خورشیدی (SHGC) تعریف می‌شود. یک شیشه باLSG بالا (شیشه با رفتار انتخابی) درصد بالایی از طیف مرئی نور را از خود عبور می‌دهد در حالی که به کسر کوچکی از سایر طیف‌های تابیده شده اجازه‌ی عبور از خود را می‌دهد. در جدول زیر مشخصات برخی از این نوع شیشه‌ها را می‌توان مشاهده نمود.
GUARDIAN SUNGAURD SNX | SGG COOL-LITE EXTREME | AGC STOPRAY ULTRA | PILKINGTON SUNCOOL | |
(%) VT | 62 | 60 | 60 | 60 |
SHGC | 0.27 | 0.28 | 0.28 | 0.32 |
LSG | 2.29 | 2.14 | 2.14 | 1.87 |
(W/m2K) U | ۱.۳۶ (پر شده با آرگون) | ۱.۰۰ (نامشخص) | ۱.۰۰ (نامشخص) | ۱.۰۰ (پر شده با آرگون) |
روش دینامیک
نیاز روز افزون به متعادل نمودن نیازهای متنوع از دیدگاه انرژی و نور، منجر به ایجاد نسل جدیدی از محصولات مانند مصالح شفاف کروموژنیک گشته است که اجازه‌ی کنترل انتخابی و دینامیک تابش را می‌دهند و این قابلیت را دارند که ویژگی‌های اپتیکی خود را در پاسخ به محرک‌های نوری، گرمایی، الکتریکی و شیمیایی تنظیم نمایند. مصالح کروموژنیک این محرک‌ها را از محیط بیرونی دریافت می‌کنند و سریعاً نسبت به آنها عکس‌العمل نشان می‌دهند و خود را با شرایط محیطی تطبیق می‌دهند. این مصالح امکان بهینه سازی عملکرد ساختمان‌ها از نظر انرژی را فراهم می‌نمایند.
شیشه‌های هوشمند به کاربر اجازه‌ی کنترل اتوماتیک و یا دستی ویژگی‌های اپتیکی و میزان کسب خورشیدی نور خورشید را می‌دهند و به همین دلیل تحت عنوان شیشه‌های هوشمند نامگذاری می‌شوند. این سیستم‌ها با قابلیت تغییر پذیری ویژگی‌های فیزیکی آنها دسته بندی می‌شوند. بسته به نوع سیستم‌ها و مصالح مورد استفاده حالت غیر شفاف این سیستم‌ها می‌تواند یا منعکس کننده یا جذب کننده و یا ترکیبی از این حالت‌ها باشد. نمونه‌هایی از این سیستم‌ها در پست های آتی معرفی می‌شوند.
شیشه‌های هوشمند بر اساس عملکرد آنها به دو دسته‌ی عمده تقسیم بندی می‌شوند: با کنترل غیر فعال یا پسیو با قابلیت تنظیم خود و با کنترل فعال یا اکتیو که قابلیت تنظیم بر اساس نیازهای کاربر را دارد.
سیستم‌های دینامیک پسیو نیازی به محرک الکتریکی برای تغییر حالت خود ندارند. این سیستم‌ها در صورت وجود محرک‌های محیطی به صورت مستقل به آنها پاسخ می‌دهند. این محرک‌ها می‌تواند شامل نور یا گرما باشد. در نتیجه نسبت به سیستم‌های فعال فرآیند نصب راحت تری دارند و قابل اتکا تر می‌باشند. در بخش‌های بعدی نمونه‌هایی از این سیستم‌های غیر فعال آورده شده است.
سیستم‌های دینامیک اکتیو قابلیت کنترل مستقیم توسط کاربر و یا توسط برنامه‌های کامپیوتری را دارند تا بتوانند نسبت به محرک‌های خارجی، شرایط اقلیمی داخلی و یا نیازهای کاربران پاسخ دهند و میزان نور مرئی و مادون قرمز را بدون استفاده از تجهیزات دیگر کنترل نمایند. این امر عموماً منجر به کاهش مصرف انرژی برای تهویه مطبوع و نور پردازی می‌شود. شماری از سیستم‌های اکتیو در بخش‌های بعدی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
در جدول زیر مقایسه ی جامعی بین سیستم های شیشه های هوشمند مختلف مشاهده می شود.
ویژگی ها | سیستم های دینامیک | ||||
سیستم های غیر فعال | سیستم های فعال | ||||
ترموکرومیک | الکتروکرومیک | SPD | PDLC | ||
حالت شفاف | دمای پایین | خاموش | روشن | روشن | |
حالت کدر | دمای بالا | روشن | خاموش | خاموش | |
ضریب عبور نور مرئی (شفاف) | 60% | 60% | 65% | تا 75% | |
ضریب عبور نور مرئی (کدر) | 5% | 1% | 0.50% | 50% | |
ضریب کسب حرارت خورشیدی (شفاف) | 0.37 | 0.46 | 0.57 | 0.69 | |
ضریب کسب حرارت خورشیدی (کدر) | 0.12 | 0.06 | 0.06 | 0.55 | |
ضریب عبور نور فرابنفش (شفاف) | 0% | 0.40% | 0.10% | 0.50% | |
ضریب عبور نور فرابنفش (کدر) | 0% | 0% | 0.10% | 0.50% | |
تعداد حالات | ندارد | معمولا 4 حالت | نا محدود | 2 حالت | |
دمای فعالیت | 20- تا 160 درجه سانتی گراد | 20- تا 70 درجه سانتی گراد | 40- تا 120 درجه سانتی گراد | 20- تا 70 درجه سانتی گراد | |
رنگ ها | آبی، سبز، برنز، خاکستری | آبی، سبز | معمولا آبی | بی رنگ، برنزی، خاکستری، سبز | |
ولتاژ مورد نیاز | ندارد | 12 ولت (جریان مستقیم) | 65-110 ولت جریان متناوب | 65-110 ولت جریان متناوب | |
میزان توان مورد نیاز برای تغییر حالت | ندارد | 2.5 وات بر متر مربع | 5 وات بر متر مربع | 5-10 وات بر متر مربع | |
میزان توان مورد نیاز برای حفظ حالت | ندارد | 0.4 وات بر متر مربع | 0.55 وات بر متر مربع | 5-10 وات بر متر مربع | |
سرعت تغییر حالت | چند دقیقه | 3 تا 5 دقیقه | معمولا 1 تا 3 ثانیه | بلافاصله | |
نحوه کنترل | ندارد | سنسورهای دمایی، نوری حرکتی، تایمر، کنترل دستی | سنسورهای دمایی، نوری حرکتی، تایمر، کنترل دستی | سنسورهای دمایی، نوری حرکتی، تایمر، کنترل دستی | |
قابلیت همگام شدن با سیستم BMS | ندارد | دارد | دارد | دارد | |
قیمت | کمترین میزان | متوسط | بیشترین | بالا | |
دوام | کمتر از 20 سال | کمتر از 30 سال | کمتر از 20 سال | کمتر از 10 سال | |
[1] -Tinted
[2] -Pyrolytic coated glazings
[3] -Selective high performance glazing
[4] - از این شاخص تحت عنوان شاخص انتخابی طیفی (ُSpectral selectivity index) نیز یاد می‌شود.