بهبود ضریب انتقال حرارت


بهبود ضریب انتقال حرارت

 
بحث انتقال حرارت و روش محاسبه ضریب انتقال در جدارهای نورگذر به طور مفصل در مقاله "انتقال حرارت در جدارهای نورگذر" بررسی شده است. در این مقاله نحوه بهبود ضریب انتقال حرارت و در نتیجه کاهش میزان هدررفت انرژی از طریق جدارهای نورگذر بررسی می شود که بدین جهت خلاصه ای از مفاهیم و رابطه کلی محاسبه ضریب انتقال حرارت را  مرور می کنیم. جهت مطالعه بیشتر در زمینه انتقال حرارت و نحوه محاسبه آن در جدارهای نورگذر، لطفا به مقاله "انتقال حرارت در جدارهای نورگذر" مراجعه کنید.
انتقال حرارت به سه حالت تابشی (Advection)، همرفتی (Convection) و رسانشی (Conduction) صورت می­پذیرد. انتقال گرما از طریق فضا بدون حضور محیط واسط در حالت تابش، از طریق حرکت مایعات یا گازها (سیالات) در حالت همرفت و از طریق مواد جامد، مایع، گاز به شکل تماس مولکولی در حالت رسانش رخ می­دهد. مواد و مصالحی که ضریب هدایت گرمایی کمتری داشته باشند نسبت به انتقال حرارت مقاوم­تر هستند. ضریب انتقال حرارت خاصیتی از ماده است که بیانگر مقدار انرژی گرمایی عبوری در واحد سطح، زمان و دمای مشخصی است. هرچه ضریب انتقال حرارت کمتر باشد نشان می­دهد که ماده قابلیت انتقال انرژی گرمایی کمتری داشته و درنتیجه عملکرد بهتری در کاهش مصرف انرژی ساختمان خواهد داشت.
ضریب انتقال حرارت در پنجره طبق استانداردهای بین المللی با رابطه

محاسبه می­گردد که پارامترهای مورد استفاده در این رابطه عبارتند از:



واضح است که پارامترهای موثر در مقدار UW یک پنجره، فریم، شیشه، اسپیسر و مساحت هستند، انجمن AIA (American Institute of Architects) طی پژوهشی میزان تاثیر هریک از این پارامترها را بر مقدار ضریب انتقال حرارت به شرح زیر محاسبه کرده است.
جدول1. ضریب انتقال حرارت در پنجره آلومینیومی
پارامتر تغییر U* فریم  شیشه اسپیسر نتیجه
مساحت افزایش 3 برابری مساحت کاهش UW از 2.83 به 2.26 کاهش سهم مساحت %34 فریم به %20 افزایش سهم مساحت  %41 شیشه به %65 کاهش مساحت %25 اسپیسر به %15 از آنجا که عملکرد حرارتی بخش شیشه در پنجره بهتر از دو بخش فریم و اسپیسر می­باشد با افزایش مساحت شیشه نسبت به فریم شاهد کاهش %25 در مقدار UW می ­باشیم.
پیکربندی اضافه کردن یک مولین افزایش  UWاز 2.26 به 2.83   افزایش سهم مساحت %20 فریم به %30 کاهش سهم مساحت  %65 شیشه به %51 افزایش مساحت  %15 اسپیسر به %19 با اضافه شدن سهم فریم و اسپیسر شاهد افزایش %25 در مقدار Uw خواهیم بود.
نوع پروفیل تغییر پروفیل نرمال به ترمال بریک کاهش UF  از 7.49 به4.82 و کاهش  US از 2.26 به 2.09 بدون تغییر بدون تغییر بدون تغییر با استفاده از پروفیل ترمال بریک می­توان ضریب حرارت فریم را به مقدار قابل توجه %36  کاهش داد و همچنین عملکرد ضریب اسپیسر نیز به مقدار %8 بهبود بخشید.
ساختار شیشه تغییر ساختار تک جداره به دوجداره کاهش UG  از 5.78 به 2.66 و کاهش  US از 5.27 به 2.78 بدون تغییر تغییر شیشه تک mm6 به دو شیشه mm6 با mm12 فاصله اضافه شدن اسپیسر در محل اتصال شیشه و فریم با استفاده از سیستم دو جداره عملکرد حرارتی شیشه و اسپیسر به ترتیب %54 و %47 بهتر می­شود.
ساختار شیشه تغییر شیشه معمولی به Laminate کاهش UG  از 5.78 به 5.39 و کاهش  US از 5.27 به 4.82 بدون تغییر تغییر شیشه تک جداره معمولی به شیشه تک جداره لمینیت بدون تغییر با استفاده از شیشه لمینیت عملکرد حرارتی شیشه و اسپیسر به ترتیب %7 و %9 بهتر می­شود.
ساختار شیشه تغییر شیشه معمولی به Low-e** کاهش UG  از 2.66 به 1.64 و کاهش  US از 2.78 به 2.09 بدون تغییر تغییر یکی از شیشه­های دوجداره از حالت معمولی به Low-e بدون تغییر با استفاده از شیشه Low-e عملکرد حرارتی شیشه و اسپیسر به ترتیب %38 و %24 بهتر می­شود.
ساختار شیشه تغییر گاز پرکننده از هوا به آرگون کاهش UG  از 1.64به 1.36 و کاهش  US از 2.09 به 1.92 بدون تغییر استفاده از گاز آرگون در فضای بین دوجدار بجای هوا بدون تغییر با استفاده از گاز آرگون عملکرد حرارتی شیشه و اسپیسر به ترتیب %17 و %8  بهتر می­شود.
اسپیسر تغییر جنس اسپیسر از آلومینیوم به فولاد کاهش UF  از 4.82 به 4.48 و کاهش  US از 2.09 به 1.98 بدون تغییر بدون تغییر استفاده از اسپیسر فولاد ضد زنگ بجای آلومینیوم استاندارد با فولادی شدن اسپیسر شاهد بهبود %7 در ضریب فریم و %5 در ضریب اسپیسر خواهیم بود.
* منظور از UW ضریب انتقال حرارت پنجره، UF ضریب انتقال حرارت فریم، UG ضریب انتقال حرارت شیشه و US ضریب انتقال حرارت اسپیسر می­باشد.
** شیشه Low-e به کمک تکنولوژی نانو دارای خاصیت عبور زياد در محدوده مرئی نور خورشيد و بازتابش زياد انرژی حرارتی خورشيد در طیف موجی حرارت زا می­باشد.

با توجه به نتایج مندرج در جدول برای کنترل ضریب انتقال حرارت در جدارهای نورگذر و در واقع کاهش میزان هدررفت انرژی از طریق در و پنجره ­ها باید نکات زیر را مدنظر قرار داد:

برای کاهش انتقال حرارت از طریق رسانش، از پروفیل ترمال بریک  استفاده نمود.
همرفت، از شیشه ­های دوجداره
تابش، از شیشه­ های Low-e