شماره تماس : 09126215957

اثر حفاظ پلاستیک عایق پنجره بر کاهش اتلافات انرژي

يکي از چالش برانگيز ترين موضوعات در زمينه ي انرژي، کاهش منابع و بالا بودن هزينه هاي توليد آن است که همين امر توجه به بهينه سازي مصرف انرژي و کاهش اتلافات آن را اهميت مي بخشد. يکي از مهمترن مصرف کنندگان انرژي ساختمان ها هستن و. با توجه به اين واقعيت که ميزان ضريب انتقال حرارت از پنجره ها معمولا چهار برابر ديوارها است اتلاف حرارتي از پنجره ها سهم قابل توجهي از کل اتلافات حرارتي يک ساختمان را به خود اختصاص ميدهد.
در زمينه ي استفاده از حفاظ پيش از اين مطالعاتي چه به صورت تجربي و چه به صورت عددي صورت پذيرفته است .
چسلاو اولسکوويچ و مارتا سوبچک [١] در تحقيقي که بر روي اثر استفاده از حفاظ بر روي اتلاف حرارت از طريق پنجره هاي دو جداره ي يک ساختمان در طول فصل سرما و در اروپاي مرکزي و در طول شب پرداختند به نتايج قابل تاملي رسيدند. پنجره ي مورد مطالعه ي آن ها در حقيقت يک سطح شيشه اي به ابعاد يک متر در يک متر بود که
هيچگونه هوايي به داخل محفظه ي بين دو جداره ي شيشه و بين حفاظهاي داخلي و خارجي و شيشه نفوذ نمي کرد. در اين پژوهش که به صورت عددي انجام شد دماي بيرون، سرعت باد و دماي آسمان براي تاثير دادن اثر تابش در نظر گرفته شدند. نتايج بدست آمده نشان داد که حفاظ داخلي ٣٣% و حفاظ خارجي ٤٥% از ميزان اتلاف انرژي از پنجره هاي دوجداره اي که فاصله ي حفاظ تا شيشه ٢٠ ميلي متر است مي کاهد. آن ها براي فواصل حفاظ تا شيشه ي بيشتر از ٢٠ ميلي متر به تغيير محسوسي در کاهش انتقال حرارت از پنجره  نرسيدند.
ژيانگ فنگ [٢] در مطالعه اي به بررسي ضريب انتقال حرارت کل در يک پنجره با وجود پرده پرداخت . وي در شرايطي به محاسبه اين ضريب پرداخت که از يک پرده پارچه اي در سطح داخلي شيشه استفاده شده بود. آزمايش او هم بر روي پنجرههاي تک جداره و هم دوجداره صورت پذيرفت . او وقتي پرده را به صورت کاملا درزگيري شده به پنجره نصب کرد ١٧% کاهش در ميزان مصرف انرژي نسبت به وقتي که لبه هاي پرده در حالت آزاد بودند رسيد.
چن و همکاران [٣] روشي تقريبي براي محاسبه ي ضريب انتقال حرارت کلي ارائه دادند که وجود پرده را در نظر گرفته بود. نتايج تحقيقات آنها نشان مي داد که در فصول سرما ضريب انتقال حرارت کل براي پنجره ي تک جداره ٧٥% و براي پنجره ي دو جداره ٨٥% حالت بدون وجود پرده است .
در پژوهشي که توسط هدايت شهيد و ديويد نايلور [٤] به صورت عددي و با استفاده از روش حجم محدود و در دو بعد انجام شد نقش وجود حفاظ خارجي بر کاهش مصرف انرژي در فصول گرم مورد توجه قرار گرفت .
با توجه به اين مطلب که هيچ يک از مطالعات انجام شده پيشين در شرايط واقعي نبوده و يا به صورت عددي و يا آزمايشگاهي و با شرايط کنترل شده انجام شده اند، در اين پژوهش که به صورت تجربي انجام شده است پنجره ي مورد مطالعه دو جداره بوده و تمام شرايط واقعي است به اين صورت که دماي هواي داخل و يا بيرون ساختمان و همچنين سرعت باد و نفوذ هوا کاملا واقعي بوده و شرايط کنترل شده- ي آزمايشگاهي برقرار نيست همچنين برخلاف آزمايشات قبلي مدت انجام آزمايش تنها منحصر به طول شب نبوده و براي کل ٢٤ ساعت انجام گرفته است و جهت رفع مشکل ورود نور در طول روز از يک حفاظ کاملا شفاف استفاده شده است .
٢- شرح انجام پژوهش
براي انجام اين پژوهش يک اتاق واقعي به طول ٤/٢، عرض ٢/٤ و ارتفاع ٢/٩ متر انتخاب گرديد که داراي يک پنجره به ابعاد ١/٣٥ در
١/٤٢ بود. در اتاق بر روي ديوار جنوبي غربي آن قرار داشت که به راهرو باز مي شد. ضلعي از ديوار که پنجره بر روي آن قرار داشت توسط صفحات يونوليتي به ضخامت ٥سانتي متر عايق بندي شد که انتقال حرارت تنها متوجه پنجره بوده و تاثير حفاظ پنجره نصب شده مورد ارزيابي قرار گيرد. اطلاعاتي شامل دماي اتاق و بيرون، مصرف انرژي حرارتي کل و سرعت باد توسط دستگاه ديتا لاگر٢ در طول ٢٤ ساعت جمع آوري مي شد. اين دستگاه طوري تنظيم شده بود که در هر دقيقه يک بار کل اطلاعات را ثبت مي کرد. يک رادياتور برقي در مجاورت ديوار خارجي اتاق قرار گرفته بود که بطور اتوماتيک با کاهش دماي اتاق از يک ميزان مشخص شده روشن مي شد و با رسيدن به دماي مورد نظر دوباره خاموش مي گرديد. براي اندازه گيري ميزان مصرف انرژي در اين اتاق، از يک ترانسفورمر جريان استفاده شد. سيم اصلي برق که کليه مصرف کنندگان انرژي از جمله رادياتور، کيس کامپيوتر، مانيتور و خود دستگاه ديتا لاگر انرژي خود را از آن دريافت مي کردند از داخل  ترانسفورمر جريان عبور داده شد. اين ترانسفورمر به ازاي هر ٤آمپر يک ميلي آمپر جريان القا مي کرد که با ضرب آن در ولتاژ برق ثبت شده، توان مصرفي بدست مي آيد. براي محاسبه ي دما از سيم هاي ترموکوپل نوع Kکه قبلا کاليبره شده بودند استفاده شد که اطلاعات دمايي ٥نقطه را به  دستگاه ديتا لاگر انتقال مي دادند. اين دماها شامل دماي هواي بيرون، دماي بين حفاظ و پنجره، دماي داخل اتاق در روي خط مرکزي قايم که يکي در ارتفاع يک متري و ديگري در ارتفاع ٢متري از کف اتاق قرار داشتند همچنين نقطه ي پنجم دماي راهرو در پاي در بود که دماي راهرو را مشخص مي نمود. دمايي که رادياتور با آن خاموش و روشن مي شد دماي اتاق در فاصله ي دو متري از کف يعني دماي نقطه مرکز اتاق بود. سرعت جريان باد با استفاده از يک سيستم ساده اندازه گيري شد به اين صورت که يک بادسنج پلاستيکي به يک آرميچر متصل شده و اين مجموعه در معرض جريان هواي بيرون قرار گرفته بود. وزش باد بادسنج را مي چرخاند و با گردش شفت آرميچر يک جريان الکتريکي برقرار مي شد. شدت جريان القا شده توسط ديتا لاگر ثبت مي گرديد و به اين ترتيب معياري از سرعت باد در بيرون به منظور مقايسه نتايج حاصل از آزمايشات به دست آورده مي شد.در شکل (١) تصويري از تجهيزات نشان داده شده است .

تجهیزاتی گرمایشی ساختمان
 
شکل (١): رادياتور و ديتا لاگر مورد استفاده
در شکل (٢) پنجره و عايق يونوليتي روي ديوار نشان داده شده اند

حفاظ عایق پنجره
 
شکل (٢): حفاظ پلاستيکي شفاف نصب شده بر روي پنجره  و  يونوليت نصب شده بر روي ديوار

 
٣  نتيجه
در نمودارهاي  آورده شده در شکل (٣) و (٤) روند تغييرات دما و توان مصرفي در طول ٢٤ ساعت براي حالتي که از حفاظ استفاده شده است نشان داده شده اند.

نمودار تغييرات دما
 
شکل (٣): نمودار تغييرات دما در طول ٢٤ ساعت از ساعت ٤بعد از ظهر
دماي داخل اتاق با توجه به اينکه در ٢٥ درجه ي سانتي گراد ثابت نگه داشته شده است در همان محدوده نوسان مي کند و دماي بيرون با توجه به اينکه در چه ساعتي از ٢٤ ساعت و در چه شرايط جوي قرار دارد دچار نوسان است . ساير دماها نيز تغييرات مشابهي را نشان مي دهند. نکته ي جالب توجه اين است که دماي بين حفاظ و پنجره
تقريبا برابر دماي ميانگين دماي داخل و بيرون است .

نمودار تغييرات دما
 
شکل (٤): نمودار تغييرات توان مصرفي در طول ٢٤ ساعت از ساعت ٤ بعد از ظهر
در شکل (٤) ديده مي شود که در زمان ها ابتدايي با توجه به بالا بودن دماي بيرون سيستم تقريبا خيلي کم کار مي کند و توجه به روند
کاهش دماي در ساعات شب سيستم مدام روشن و خاموش مي شود و جريان القايي در ترانسفورمر حداقل مقدار خود را دارد که مربوط به کارکرد رايانه و ديتالاگر است و در بيشترين حالت جريان القا شده در اثر کار رادياتور نيز به اين مقدار اضافه مي شود.
در جدول (١) نتايج بدست امده نشان داده شده اند
جدول(١): نتايج مشابه براي مقايسه ي حالت هاي با حفاظ و بدون حفاظ 

P(w)

V(mA)

دماي داخل و راهرو

دماي داخل و بيرون

 

350

0/0413

3/54

22/17

حالت

506

0/023

3/89

18/53

با

574

0/037

5/54

23/50

حفاظ

477

0/0338

4/32

21/4

متوسط

400

0/0409

3/68

22/76

حالت

590

0/025

3/72

23/5

بي

1/174

0/032

5/02

24/2

حفاظ

674

0/0326

14/14

23/49

متوسط


اگر رابطه ي بين انتقال حرارت از اتاق به بيرون را خطي فرض کنيم با يکسان سازِي اختلاف دماي آورده شده در جدول(١) به مقدار ٢٢/٣% از اتلاف حرارت کاسته  مي شود. اگر اين نتيجه را با نتيجه ي [١]
مقايسه کنيم که به مقدار ٣٣% براي انتقال حرارت تنها از طريق پنجره و در طول شب دست يافته بودند اعتبار نتيجه ي حاصله تاييد مي شود. در اين پژوهش اتلاف حرارتي جزئي از ديوار خارجي و همچنين انتقال حرارت از طريق نفوذ جرم هوا و اختلاف دماي ديوار راهرو نيز وجود داشتند که مقدار اتلاف را بيشتر مي کردند.