Χ.ΠΑΤΡΙΝΟΣ. Γυαλί & υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία

Transcript

1 Γυαλί & υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία Η υπέρυθρη (InfraRed) ακτινοβολία, είναι ευρέως γνωστή σαν «θερμότητα» ή σαν «θερμική ακτινοβολία» επειδή πολλοί θεωρούν ότι μόνο η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι θερμική ακτινοβολία. Πρόκειται για εσφαλμένη αντίληψη, δεδομένου ότι το φώς και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα όλων των συχνοτήτων θερμαίνουν τις επιφάνειες οι οποίες τα απορροφούν. Η αλήθεια είναι ότι η ακτινοβολούμενη από τον Ήλιο στη Γη υπέρυθρη ακτινοβολία, συμμετέχει στην θέρμανση του πλανήτη μας κατά 50% περίπου, ενώ το υπόλοιπο 50% οφείλεται στην επίπτωση του ορατού (φυσικού) φωτός το οποίο απορροφάται από τα διάφορα υλικά και επανεκπέμπεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος (IR). Στην πράξη τα διάφορα αντικείμενα σε θερμοκρασία δωματίου, εκπέμπουν ακτινοβολία συγκεντρωμένη κατά κύριο λόγο στην μπάντα των nm (IRA). Η υπέρυθρη ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να είναι επιθυμητή και ανεπιθύμητη. Είναι επιθυμητή όταν αναζητούμε την ηλιακή ζεστασιά, άνεση και φυσική θέρμανση του χώρου μας. Αντιθέτως είναι ανεπιθύμητη όταν γίνεται ενοχλητική, όταν το δωμάτιό μας υπερθερμαίνεται θέτοντας σε δοκιμασία ανθρώπους και κλιματιστικά συστήματα. Δεδομένου λοιπόν ότι οι κοινοί λευκοί υαλοπίνακες επιτρέπουν την διέλευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας (κατά το μεγαλύτερο μέρος αυτής), όπου είναι ανάγκη να μειώσουμε την εισερχόμενη στον χώρο υπέρυθρη ακτινοβολία, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε γυαλιά ελέγχου (μείωσης) της ηλιακής ακτινοβολίας (solar control). Γυαλί & ορατό (φυσικό) φως Όπως αναφέρεται στην αρχή του παρόντος, ο βασικός προορισμός του αρχιτεκτονικού υαλοπίνακα παραμένει εδώ και χρόνια, η συμβολή του στην βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης και της θερμοκρασιακής άνεσης ενός χώρου. Ο υαλοπίνακας ενός παραθύρου, χρησιμοποιείται όλα αυτά τα χρόνια ως μέσο πλήρωσης των ανοιγμάτων ενός κτιρίου προκειμένου να προστατευθούν οι κάτοικοί του από τα καιρικά φαινόμενα (αέρα, βροχή, κρύο, ζέστη κλπ) το οποίο, σε αντίθεση με όλα τα υλικά που είχαν χρησιμοποιηθεί γι αυτόν τον σκοπό μέχρι τότε, επιτρέπει στο φυσικό φως να μπαίνει μέσα. Βέβαια η εξέλιξη της τεχνολογίας, συνετέλεσε στην διαρκή βελτίωση των οπτικών χαρακτηριστικών των υαλοπινάκων, ενώ παράλληλα εφευρέθηκαν και πέρασαν σε βιομηχανική παραγωγή νέοι τύποι υαλοπινάκων με πρόσθετες ιδιότητες τις οποίες δεν διέθεταν οι απλοί λευκοί υαλοπίνακες. Πρόκειται για υαλοπίνακες, στην μάζα των οποίων έχουν προστεθεί χρωματικές ουσίες ή η επιφάνεια των οποίων έχει επιστρωθεί με λεπτά αόρατα στρώματα μετάλλων, προκειμένου να μεταβληθεί ο δείκτης φωτοπερατότητάς των, δηλαδή η ποσότητα του φυσικού φωτός που επιτρέπουν να διέρχεται. Υαλοστάσια ελέγχου της ηλιακής ακτινοβολίας Η ανάγκη ελέγχου της ηλιακής ακτινοβολίας ανακύπτει κυρίως σε κτίρια με μεγάλα ανοίγματα, άμεσα εκτιθέμενα στον Ήλιο. Με την χρήση των κατάλληλων υαλοπινάκων (solar control), έχουμε την δυνατότητα να παρέμβουμε, μεταβάλλοντες ουσιαστικά δύο μεγέθη: α) την ποσότητα του εισερχόμενου φυσικού φωτός β) την ποσότητα της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας (θερμότητας)

2 Θα πρέπει να αναφέρουμε εδώ ότι η όποια μείωση της περατότητας της ηλιακής ακτινοβολίας, συνεπάγεται αντίστοιχη μείωση της περατότητας του ορατού φωτός, δηλαδή του φυσικού φωτισμού. Οι υαλοπίνακες που μπορούν να ελέγξουν την ηλιακή ακτινοβολία διατίθενται σε δύο τύπους: απορροφητικοί υαλοπίνακες και επιστρωμένοι (coated) υαλοπίνακες. Μάλιστα οι δύο ιδιότητες μπορούν να συνδυαστούν στον ίδιο υαλοπίνακα. Απορροφητικοί υαλοπίνακες Τέτοιοι είναι οι έγχρωμοι υαλοπίνακες (μπρονζέ, φυμέ, πράσινοι, μπλέ κλπ), οι οποίοι έχουν υψηλό συντελεστή απορρόφησης, με αποτέλεσμα να συγκρατούν μεγαλύτερο μέρος ηλιακής ακτινοβολίας σε σχέση με τους κοινούς λευκούς υαλοπίνακες. Η συγκρατούμενη ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμότητα η οποία οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας των υαλοπινάκων αυτών. Αποτέλεσμα της συγκράτησης της ηλιακής ακτινοβολίας είναι η μείωση του διερχόμενου φυσικού φωτός ώστε να περιοριστεί στα επιθυμητά επίπεδα, άρα και η μείωση της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας. Στις διπλές υαλώσεις, τα χρωματιστά γυαλιά τοποθετούνται στην εξωτερική πλευρά, ώστε η θερμότητα που συσσωρεύουν να διαχέεται προς το εξωτερικό περιβάλλον. Οι απορροφητικοί αυτοί υαλοπίνακες δεν διαφέρουν από τους κοινούς υαλοπίνακες ως προς την ικανότητα θερμικής εκπομπής, κατά συνέπεια η χρήση τους μειώνεται συνεχώς, καθώς αντικαθίστανται με υαλοπίνακες οι οποίοι συνδυάζουν και χαρακτηριστικά χαμηλής εκπομπής. Μια βασική παράμετρος της χρήσης έγχρωμων υαλοπινάκων είναι ο κίνδυνος του θερμικού σοκ, το οποίο προκαλείται από την ανομοιόμορφη έκθεση της επιφάνειας του γυαλιού στην ηλιακή ακτινοβολία, πράγμα το οποίο οδηγεί σε μεγάλες διαφορές της θερμοκρασιακής βαθμίδας, άρα στην δημιουργία τάσεων πέρα από τα όρια αντοχής του υαλοπίνακα και τελικά στην θραύση του. Μείωση του κινδύνου επιτυγχάνεται με το πλευρικό τρόχισμα των γυαλιών και ελαχιστοποίησή του με την χρήση σκληρυμένων (tempered ή securit) υαλοπινάκων.

3 Επιστρωμένοι υαλοπίνακες (coated) Πρόκειται για υαλοπίνακες των οποίων η επιφάνεια έχει επιστρωθεί με λεπτότατα, αόρατα στρώματα μεταλλικών οξειδίων, ικανά να ανακλούν μεγάλο μέρος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας μειώνοντας δραστικά το θερμικό κέρδος. Η βασική αρχή της παραγωγής ανακλαστικών γυαλιών είναι η επίστρωση της μιας επιφάνειάς τους με λεπτά στρώματα οξειδίων διαφόρων μετάλλων και μεταλλικών αλάτων, με την οποία το γυαλί αποκτά αυξημένες ανακλαστικές ιδιότητες αφ ενός και διάφορους χρωματισμούς αφ ετέρου. Ένα από τα βασικώς χρησιμοποιούμενα μέταλλα είναι ο άργυρος, λόγω κυρίως του χαμηλού συντελεστή ακτινοβολίας της θερμότητας που έχει. Η ανακλαστική επίστρωση του αργύρου (ή άλλου μετάλλου) συνδυάζεται με άλλες προ και μετά επιστρώσεις οξειδίων μετάλλων, προκειμένου να επιτευχθεί ο επιθυμητός συντελεστής ανακλαστικότητας και η χρωματική χροιά του γυαλιού. Ανάλογα με την μέθοδο επίστρωσης, οι επιστρωμένοι υαλοπίνακες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: 1. Σε υαλοπίνακες πυρολυτικής επίστρωσης (ή σκληρής επίστρωσης όπως λέγονται) των οποίων η επίστρωση γίνεται υπό θερμοκρασίες της τάξεως των 500 Ο C, κατά την διάρκεια της παραγωγής τους, εν σειρά, γι αυτό και αποκαλούνται επίσης on line. Το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι το ότι η ενσωματούμενη στην επιφάνεια του γυαλιού επίστρωση, είναι ανθεκτική σε μηχανικές καταπονήσεις, πράγμα το οποίο μας παρέχει την δυνατότητα να τοποθετούμε τα γυαλιά με την επιστρωμένη επιφάνεια στην θέση 1 στην οποία το γυαλί αποδίδει τις χρωματικές του ιδιότητες για τις οποίες το έχουμε άλλωστε επιλέξει. 2. Σε υαλοπίνακες εν κενώ επίστρωσης (ή μαλακής επίστρωσης όπως λέγονται) των οποίων η επίστρωση γίνεται σε χωριστή φάση από την παραγωγή, γι αυτό και αποκαλούνται off line. Μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παραγωγή επιστρώσεων μη ανθεκτικών σε μηχανικές καταπονήσεις, κάτι που απαιτεί προσεκτικό χειρισμό των γυαλιών καθ όλα τα στάδια της περαιτέρω επεξεργασίας των, την χρήση τους μόνο σε διπλές υαλώσεις και την τοποθέτηση της επιστρωμένης επιφάνειάς τους μόνο στις θέσεις 2 και 3. Μία πολύ σημαντική παράμετρος των επιστρωμένων (ανακλαστικών) γυαλιών είναι το οπτικό αποτέλεσμα που μας δίνουν οι χρωματισμοί τους. Η δημιουργία τους στηρίζεται στους διαφορετικούς δείκτες διάθλασης που έχουν δυο διαφορετικά υλικά αλλά και δυο διαφορετικού πάχους στρώματα του ίδιου υλικού. Συνδυάζοντας λοιπόν οι παραγωγοί των επιστρωμένων γυαλιών τόσο διαφορετικά υλικά (Οξείδιο Τιτανίου, Οξείδιο Χρωμίου, Οξείδιο Χαλκού κλπ) όσο και διαφορετικού πάχους επιστρώσεις του ίδιου υλικού, παράγουν ανακλαστικά γυαλιά με διαφορετικό οπτικό-χρωματικό αποτέλεσμα (Fume, Bronze, Green, Blue, Silver, Gold, Green κλπ) αλλά και διαφορετικό βαθμό ανακλαστικότητας.

4 VI. Ο υαλοπίνακας στην θερμομόνωση Η θερμότητα που νοιώθουμε ευρισκόμενοι μέσα σ ένα χώρο, μας έρχεται από δύο πηγές: 1. Θερμότητα από το ηλιακό φάσμα η οποία δημιουργείται από τις υπεριώδεις ακτίνες (UV), από το ορατό φως και τα μικρού μήκους υπέρυθρα κύματα (IR) 2. Θερμότητα η οποία εκπέμπεται από αντικείμενα (λάμπες, θερμαντικά σώματα κλπ) με την μορφή των μεγάλου μήκους υπέρυθρων κυμάτων (IR).

5

6 3. Με Ακτινοβολία (Radiation) Κάθε θερμό σώμα εκπέμπει ενέργεια με την μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διασχίζουν τις ελεύθερες περιοχές (αέρα, κενό) και όταν συναντήσουν εμπόδιο (κάποιο αντικείμενο), αφήνουν επάνω του μέρος της ενέργειάς τους. Το αντικείμενο αποκτά θερμότητα, την οποία στην συνέχεια εκπέμπει κ.ο.κ. Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος, αυτή η ακτινοβολία λαμβάνει χώρα στην περιοχή της μεγάλου μήκους υπέρυθρης ακτινοβολίας (πάνω από 5.000nm). Συντελεστές επιφανειακής ανταλλαγής Η επιφάνεια ενός υλικού ανταλλάσσει θερμότητα με τον αέρα με τον οποίο έρχεται σε επαφή με αγωγή (conduction) και συναγωγή (convection). Ανταλλάσσει επίσης θερμότητα με το περιβάλλον του με ακτινοβολία (radiation). Στον οικοδομικό / κατασκευαστικό τομέα η μεταφορά αυτή της θερμότητας έχει να κάνει με την ταχύτητα του ανέμου, τις θερμοκρασίες και τα επίπεδα emissivity. Οι standard τιμές των συντελεστών αυτών είναι: - α) για εξωτερική ανταλλαγή: he = 23 w / (m 2 *K). - β) για εσωτερική ανταλλαγή: he = 8 w / (m 2 *K).

7 Θερμική εκπομπή (emissivity) υαλοπινάκων Τα αντικείμενα ενός χώρου επανεκπέμπουν την θερμότητα που αποκτούν, με την μορφή μεγάλου μήκους υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR). Οι υαλοπίνακες γενικώς, ναι μεν δεν αφήνουν αυτού του είδους την ακτινοβολία να περάσει και να διαφύγει προς τα έξω, πλην όμως την απορροφούν όπως και τα υπόλοιπα υλικά, θερμαίνονται και επανεκπέμπουν την θερμότητα που απέκτησαν. Έτσι, ένας κοινός υαλοπίνακας (όχι ανακλαστικός), επανεκπέμπει την θερμότητα που αποκτά, προς την ψυχρότερη περιοχή, π.χ. προς τα έξω τον χειμώνα, με αποτέλεσμα να χάνεται ενέργεια. Η ιδιότητα αυτή των σωμάτων λέγεται ικανότητα εκπομπής (emissivity) και εκφράζεται με την τιμή e η οποία δηλώνει το ποσοστό (%) της επανεκπεμπόμενης ενέργειας. π.χ. η τιμή (e) της δυνατότητας εκπομπής (emissivity) ενός κοινού υαλοπίνακα είναι 0,89. Αυτό με άλλα λόγια σημαίνει ότι το 89% της ενέργειας που απορροφάται από την μάζα του γυαλιού, επανεκπέμπεται προς το περιβάλλον (προς την ψυχρότερη πλευρά του) και μόνο το 11% ανακλάται πίσω στην θερμή περιοχή. Σημαντική βελτίωση (μείωση) της τιμής δυνατότητας θερμικής εκπομπής (e) των υαλοπινάκων επέφερε η εφεύρεση της επίστρωσης της επιφάνειάς των με ένα μικροσκοπικώς λεπτό, θεωρητικώς αόρατο στρώμα μετάλλων ή μεταλλικών οξειδίων, πάνω στο οποίο ανακλάται η προσπίπτουσα υπέρυθρη ακτινοβολία και επιστρέφει στον χώρο. Έτσι μειώνεται η απορρόφηση ενέργειας από τον υαλοπίνακα και κατά συνέπεια η αύξηση της θερμότητάς του και η ικανότητα εκπομπής του. Με την διαρκή δε βελτίωση της τεχνολογίας και την παραγωγή αποτελεσματικότερων επιστρώσεων, αυξάνει δραστικά η ποιότητα της θερμομόνωσης που παρέχουν οι νέας τεχνολογίας υαλοπίνακες. Η χαμηλής εκπομπής (low-e) επίστρωση είναι σχεδιασμένη να αυξάνει την ανάκλαση της προσπίπτουσας και απορροφούμενης από το γυαλί θερμότητας προς την πλευρά της πηγής της θερμότητας. Αυτό σημαίνει ότι, αντίθετα με τους κοινούς λευκούς ή έγχρωμους απορροφητικούς υαλοπίνακες, οι επιστρωμένοι low-e υαλοπίνακες απορροφούν, άρα και επανεκπέμπουν προς την ψυχρότερη πλευρά, πολύ μικρότερα ποσοστά ενέργειας, συμβάλλοντας στην διατήρηση της θερμοκρασίας του χώρου τον χειμώνα και την απώθηση της ζέστης προς τα έξω το καλοκαίρι, βελτιώνοντας την θερμική άνεση. Η ικανότητα εκπομπής επιδρά μόνο στην μεγάλου μήκους υπέρυθρη ακτινοβολία ενώ δεν έχει ουσιαστικά επίπτωση στον έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας. Προκειμένου να συνδυαστεί ο έλεγχος της θερμοπερατότητας με τον έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν υαλοπίνακες οι οποίοι συνδυάζουν και τις δύο λειτουργίες (Low-e & solar control).

8 Συντελεστής θερμοπερατότητας U-Value (ή συντελεστής Κ) Όπως προαναφέραμε, η θερμοπερατότητα ενός υαλοπίνακα, εκφράζεται με τον συντελεστή U-value και μετρά την θερμότητα η οποία μεταδίδεται (δραπετεύει) συνολικά με επαφή ανάμειξη και ακτινοβολία (σε Watt), μέσω ενός υαλοπίνακα (1m 2 ) από την θερμότερη στην ψυχρότερη πλευρά (για κάθε ένα βαθμό διαφοράς θερμότητας). Ο συντελεστής θερμοπερατότητας ενός μονού υαλοπίνακα 4mm είναι: U g = 5,8W/(m 2.K) Η συνολική θερμική μόνωση ενός παραθύρου εξαρτάται από την θερμική μόνωση του πλαισίου, την θερμική μόνωση του υαλοστασίου και τους αποστάτες θερμοδιακοπής και αποδίδεται από τον συντελεστή Uw, ενώ η θερμική μόνωση μόνο του υαλοστασίου αποδίδεται από τον συντελεστή Ug. Εξέλιξη του συντελεστή θερμοπερατότητας των υαλοστασίων Μέχρι τα μισά του προηγούμενου αιώνα, τα υαλοστάσια αποτελούνταν από μονούς υαλοπίνακες με αποτέλεσμα τεράστιες απώλειες θερμότητας μέσω των παραθύρων, εξ αιτίας του πολύ υψηλού U-value (ένα υαλοστάσιο με μονό υαλοπίνακα πάχους 6mm, έχει Ug = 5,7W/(m 2.K)). Περί τα τέλη της 10ετίας του 1930 γεννήθηκε η ιδέα του διπλού υαλοπίνακα, η οποία άρχισε να εφαρμόζεται στην πράξη στις αρχές της 10ετίας του 50, όταν έκαναν την εμφάνισή τους οι πρώτοι διπλοί υαλοπίνακες, οι οποίοι συναρμολογούνταν και τοποθετούνταν επί τόπου. Αργότερα στις αρχές της δεκαετίας του 1960, τα εργοστάσια παρήγαγαν ερμητικά σφραγισμένους διπλούς υαλοπίνακες. Η ιδέα των διπλών υαλοπινάκων ήταν να δημιουργηθεί ένα διάκενο γεμισμένο με ξηρό αέρα ανάμεσα σε δύο φύλλα υαλοπινάκων, το οποίο θα συντελούσε στην μείωση της μετάδοσης της θερμότητας με επαφή, δεδομένου ότι το γυαλί έχει θερμοαγωγιμότητα 1W/(m.K) ενώ ο αέρας μόλις 0,025W/(m.K), βελτιώνοντας έτσι τα μονωτικά χαρακτηριστικά και τον συντελεστή θερμοπερατότητας (Ug) ενός υαλοστασίου Ένα υαλοστάσιο με διπλό υαλοπίνακα, αποτελούμενο από δύο κοινούς υαλοπίνακες 6mm με 16mm διάκενο αέρα, ανάμεσά τους, έχει U = 2,7W/(m 2.K)

9 Όπως φαίνεται στο σχήμα, όσο μεγαλώνει το διάκενο, τόσο βελτιώνεται η θερμομονωτική ικανότητα του διπλού υαλοπίνακα. Αυτό όμως συμβαίνει μέχρι ένα ορισμένο σημείο που είναι τα 16 18mm. Άρα διάκενο πάνω από 18mm, όχι μόνο δεν ωφελεί, αλλά αντιθέτως μειώνει την θερμομονωτική ικανότητα του υαλοστασίου. Αργότερα επήλθε νέα βελτίωση με την αντικατάσταση του αέρα με ευγενή αέρια (Argon, Krypton) τα οποία έχουν μικρότερη θερμοαγωγιμότητα από τον αέρα ώστε να μειώνουν την μετάδοση θερμότητας με επαφή, αλλά και μεγαλύτερη πυκνότητα ώστε να περιορίζουν την μετάδοση θερμότητας με ανάμειξη. Όμως αποφασιστικής σημασίας βήμα στην ποιότητα της θερμικής μόνωσης των υαλοστασίων αποτέλεσε η εφεύρεση της επίστρωσης της επιφάνειας των υαλοπινάκων με ένα μικροσκοπικώς λεπτό, θεωρητικώς αόρατο στρώμα μετάλλων ή μεταλλικών οξειδίων, το οποίο βελτιώνει σημαντικά (μειώνει) την τιμή της δυνατότητας θερμικής εκπομπής (emissivity e) του υαλοπίνακα. Έτσι προέκυψαν οι πρώτοι ανακλαστικοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής (Low-E) 1 ης γενιάς. (K-glass, EKO, Plannibel-G κλπ). Το επόμενο βήμα ήταν η ανακάλυψη νέων βελτιωμένων επιστρώσεων και η παραγωγή των υαλοπινάκων Low-E 2 ης γενιάς (Solar-E, Sunergy, Eclipse advantage, Cool Lite ST κλπ). Στην διάθεσή μας έχουμε πλέον σήμερα, υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής υψηλής αποδοτικότητας (Low-E High Performance), 3 ης γενιάς, οι οποίοι μειώνουν δραματικά τον συντελεστή δυνατότητας εκπομπής (emissivity e). Στην κατηγορία των Low-E High Performance υαλοπινάκων, ανήκουν οι Optitherm, Planitherm, TOP N, SilverStar, Planistar, Energy N, Solarban, Suncool HP, CoolLite KN/SKN, Stop Ray κλπ.

10 Η βελτίωση του U-value με την χρήση Low-E υαλοπινάκων Ένα υαλοστάσιο με διπλό υαλοπίνακα, αποτελούμενο από έναν κοινό υαλοπίνακα 5mm και έναν υψηλής αποδοτικότητας (high performance) υαλοπίνακα 5mm, με 15mm διάκενο, γεμισμένο με αέριο, έχει U = 1,1W/(m 2.K) Για να αντιληφθούμε καλύτερα την βαρύτητα των ανωτέρω τιμών Ug των υαλοστασίων, μπορούμε να τις συγκρίνουμε με τον συντελεστή θερμοπερατότητας ενός τοίχου χωρίς μόνωση στο εσωτερικό του, ο οποίος έχει U=1,5W/(m 2.K) περίπου, ενώ ένας τοίχος με μόνωση, έχει U μικρότερο από 0,6W/(m 2.K). Ο συντελεστής θερμοπερατότητας (U-Value) στην πράξη Εκφράζει τον βαθμό απώλειας σε Watt, ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας υαλοπίνακα, για μια διαφορά ενός βαθμού, μεταξύ του εσωτερικού χώρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή U-Value, τόσο μικρότερη είναι η μεταφορά (απώλεια) θερμότητας που διαφεύγει μέσω του υαλοστασίου. Ρ (Ισχύς) Ο μαθηματικός τύπος έχει ως εξής: K (U-Value) = (S x (θ 1 -θ 0 )) Όπου S = η επιφάνεια του υαλοστασίου σε τ.μ. θ 1 = η θερμοκρασία του εσωτερικού χώρου θ 0 = η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος Λύνοντας την εξίσωση ως προς την Ρ (Ισχύ) έχουμε: Ρ = K x (S x (θ 1 - θ 0 )) που σημαίνει επί παραδείγματι ότι, η ενέργεια που χρειαζόμαστε για να διατηρούμε την εσωτερική θερμοκρασία (θ 1 ) ενός σπιτιού με υαλοστάσια εμβαδού 15 τ.μ., με μονούς υαλοπίνακες και συντελεστή Κ=5,7, στους 20 ο τον χειμώνα, όταν η εξωτερική θερμοκρασία (θ 0 ) είναι 8 Ο (θ 1 - θ 0 = 12 ο ), είναι: Ε=5,7x15m 2 x12 o = 1.026Watt * 1h = 1,026KWh την ώρα Ενώ αν το σπίτι είχε αντίστοιχους διπλούς υαλοπίνακες Low-E με συντελεστή Κ = 1,4 τότε η απαιτούμενη ενέργεια θα ήταν:

11 Ε=1,4x15m 2 x12 o = 252Watt * 1h = 0,252KWh την ώρα Υπολογισμός απωλειών ενέργειας αποκλειστικά και μόνο από την υάλωση ενός τυπικού διαμερίσματος 140m2, με διαφορετικούς τύπους υαλώσεων. ΕΙΔΟΣ ΥΑΛΩΣΗΣ U-Value ή συντελ. (K) Εμβαδόν Υάλωσης Διαμ/τος Μέση Διαφορά Θερμοκρασίας ΜΟΝΗ ΥΑΛΩΣΗ 5,7 30 m2 15 Απώλειες Θερμότητας Watt Ενεργειακές απώλειες ανά μήνα Μηνιαία Οικονομική Επιβάρυνση Μηνιαίο Οικονομικό όφελος Ετήσιο Οικονομικό Όφελος με 6μηνη Θερμ-Κλιμ Kwh 185 0,00 0,00 ΔΙΠΛΗ ΥΑΛΩΣΗ ΜΕ mm 2,9 30 m Watt 950 Kwh ΔΙΠΛΗ ΜΕ mm Low - E 1,1 30 m Watt 350 Kwh Θερμοκρασία υαλοστασίων και θερμική άνεση Το να νοιώθει κάποιος άνετα σ ένα χώρο δεν εξαρτάται μόνο από την θερμοκρασία και ταχύτητα κίνησης του αέρα εντός του χώρου, αλλά και από την ενδεχόμενη εγγύτητά του σε ψυχρές επιφάνειες. Το ανθρώπινο σώμα, όταν βρεθεί κοντά σε ψυχρές επιφάνειες όπως π.χ. ένα υαλοστάσιο με μικρή θερμομόνωση, αντιδρά σαν θερμαντικό σώμα, αποβάλλοντας θερμότητα. Η διαχεόμενη μ αυτόν τον τρόπο ενέργεια, έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία μιας ενοχλητικής αίσθησης ψύχρας.

12 Η σχέση ανάμεσα στον συντελεστή διερχόμενου φωτός (LT Light Transmission) και στον ηλιακό συντελεστή (g Solar Factor) ενός υαλοπίνακα είναι αυτό που αποκαλείται επιλεκτικότητα (selectivity) ενός υαλοπίνακα. Light Transmission (LT) Selectivity = Solar Factor (SF ή g) Οι τιμές που μπορεί να πάρει η επιλεκτικότητα ενός υαλοπίνακα κυμαίνονται ανάμεσα στο 0 και το 2. 0 έχει ένας αδιαφανής υαλοπίνακας 2 είναι η καλύτερη δυνατή επιλεκτικότητα αφού το φώς αντιπροσωπεύει το 50% του ηλιακού φάσματος. Όσο πλησιέστερα προς το 2 είναι η τιμή, τόσο πιο επιλεκτικός είναι ο υαλοπίνακας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου Ο ήλιος μπορεί να θερμάνει υπερβολικά ένα κτίριο με μεγάλα ανοίγματα. Η προερχόμενη από τον ήλιο θερμότητα, εισέρχεται μέσα στο δωμάτιο άμεσα και έμμεσα (μετά την απορρόφησή της από το τζάμι). Όλη αυτή η ακτινοβολία διαπερνά το κτίριο και φτάνει σε τοίχους, πατώματα και έπιπλα τα οποία απορροφούν μέρος της και θερμαίνονται. Ακολούθως επιστρέφουν την θερμότητά τους με την μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) μήκους πάνω από 2.500nm. Καθώς οι υαλοπίνακες είναι αδιαπέραστοι από τέτοια μεγάλου μήκους ακτινοβολία, αυτή παγιδεύεται στο εσωτερικό του δωματίου, αυξάνοντας σταδιακά την θερμοκρασία. Έτσι λειτουργεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου θα μπορούσε να χαρακτηριστεί «επιθυμητό» σε κατοικίες γεωγραφικών περιοχών με χαμηλές θερμοκρασίες, ιδιαίτερα κατά τους ψυχρούς μήνες του έτους. Αντίθετα, είναι ανεπιθύμητο σε κατοικίες θερμών γεωγραφικών περιοχών και στα κοινόχρηστα κτίρια γενικώς, στα οποία ο μεγάλος αριθμός εργαζομένων, οι ηλεκτρικές συσκευές και τα φώτα, συντελούν στην αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας,

13 πράγμα το οποίο σημαίνει αυξημένες δαπάνες κλιματισμού. Είναι λοιπόν επιβεβλημένη η προστασία των κτιρίων αυτών από την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια. Ενεργειακή ισορροπία Τα παράθυρα είναι ταυτόχρονα. - α) πηγή απώλειας θερμικής ενέργειας, μετρούμενη με την U-value (Κ), και - β) πηγή προσθήκης θερμικής ενέργειας, αντιπροσωπευόμενη από τον Solar factor. Με την χρήση ενεργειακών υαλοπινάκων δημιουργούμε βελτιωμένες συνθήκες και θερμοκρασιακή άνεση. Τον χειμώνα με υαλοπίνακες χαμηλής U-value μπορούμε να στεκόμαστε άνετα κοντά στα παράθυρα, στην λεγόμενη cold zone και με μειωμένη την πιθανότητα δημιουργίας συμπυκνωμάτων. Τους καλοκαιρινούς μήνες με την αυξημένη ηλιοφάνεια και τις υψηλές θερμοκρασίες τα παράθυρα με κοινά τζάμια επιτρέπουν στην ζέστη από τον ήλιο να μπαίνει μέσα στα κτίρια, συμμετέχοντας σημαντικά στην διαμόρφωση της εσωτερικής θερμοκρασίας και στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Για την μείωση αυτού του φαινομένου, συνιστάται η χρήση γυαλιών solar control. Επιτυγχάνουμε έτσι, μικρότερη εξάρτηση από τις κλιματιστικές συσκευές και μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, βελτιωμένο επίπεδο άνεσης, καλύτερες συνθήκες όρασης με την μείωση της ανταύγειας. Όσο πιο χαμηλό solar factor και U-value επιτυγχάνουμε, τόσο καλύτερες συνθήκες εσωτερικής θερμοκρασίας δημιουργούμε. Η εισερχόμενη σε ένα κτίριο ηλιακή ενέργεια μπορεί να μειωθεί με γυαλιά με υψηλή απορροφητικότητα και ανακλαστικότητα της ηλιακής ακτινοβολίας προς την εξωτερική πλευρά. Η θέση, η κλιματική ζώνη, η χρήση και οι ιδιαίτερες απαιτήσεις κάθε κτιρίου συνθέτουν και μια διαφορετική περίπτωση κάθε φορά. Οι υπεισερχόμενες και αλληλοσυγκρουόμενες παράμετροι, με ζητούμενο την εξασφάλιση της μέγιστης δυνατής θερμομόνωσης (U-value), υψηλών επιπέδων φωτισμού (Light Transmittance) και ελέγχου της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας (Solar Factor), απαιτούν ξεχωριστή μελέτη και στάθμιση των ωφελειών και απωλειών χειμώνα-καλοκαίρι, ενώ συχνά γίνονται μικροί ή μεγαλύτεροι συμβιβασμοί κατά την επιλογή του υαλοστασίου.