Ενεργειακοί Υαλοπίνακες

 

Ο υαλοπίνακας στην θερμομόνωση

 

 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 & solarcontrol).

 

 

 

Συντελεστής θερμοπερατότητας U-Value (ή συντελεστής Κ)

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 (1m2) από την θερμότερη στην ψυχρότερη πλευρά (για κάθε ένα βαθμό διαφοράς θερμότητας).

Ο συντελεστής θερμοπερατότητας ενός μονού υαλοπίνακα 4
mm είναι:
Ug = 5,8W/(m2.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/(m2.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 1
W/(m.K) ενώ ο αέρας μόλις 0,025W/(m.K), βελτιώνοντας έτσι τα μονωτικά χαρακτηριστικά και τον συντελεστή θερμοπερατότητας (Ug) ενός υαλοστασίου

 91

 

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 (
emissivitye) του υαλοπίνακα. Έτσι προέκυψαν οι πρώτοι ανακλαστικοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής (Low-E) 1ης γενιάς. (K-glass, EKO, Plannibel-G κλπ).

Το επόμενο βήμα ήταν η ανακάλυψη νέων βελτιωμένων επιστρώσεων και η παραγωγή των υαλοπινάκων
Low-E 2ης γενιάς (Solar-E, Sunergy, Eclipseadvantage, CoolLiteST κλπ).

Στην διάθεσή μας έχουμε πλέον σήμερα, υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής υψηλής αποδοτικότητας (
Low-EHighPerformance), 3ης γενιάς, οι οποίοι μειώνουν δραματικά τον συντελεστή δυνατότητας εκπομπής (emissivitye). 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.

 92

 

 

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 (highperformance) υαλοπίνακα 5mm, με 15mm διάκενο, γεμισμένο με αέριο, έχει U = 1,1W/(m2.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/(m2.K) περίπου, ενώ ένας τοίχος με μόνωση, έχει U μικρότερο από 0,6W/(m2.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:
 (U-Value) = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
(
x (θ1-θ0))

 

Όπου S = η επιφάνεια του υαλοστασίου σε τ.μ.
θ1= η θερμοκρασία του εσωτερικού χώρου
θ0= η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος

Λύνοντας την εξίσωση ως προς την Ρ (Ισχύ) έχουμε:

Ρ =
Kx (Sx1- θ0 )) που σημαίνει επί παραδείγματι ότι, η ενέργεια που χρειαζόμαστε για να διατηρούμε την εσωτερική θερμοκρασία (θ1) ενός σπιτιού με υαλοστάσια εμβαδού 15 τ.μ., με μονούς υαλοπίνακες και συντελεστή Κ=5,7, στους 20ο τον χειμώνα, όταν η εξωτερική θερμοκρασία (θ0) είναι 8Ο1- θ0= 12ο), είναι:

Ε=5,7
x15m2x12o = 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:

 

Ε=1,4x15m2x12o = 252Watt * 1h = 0,252KWh την ώρα
93

 

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.

 

 

 

Υγροποίηση υδρατμών (Δρόσος) condensation

Τρεις είναι οι τύποι δρόσου που μπορεί να εμφανιστούν σε ένα υαλοστάσιο.

1. Επιφανειακή δρόσος πάνω στην
 εσωτερική πλευρά του υαλοστασίου (θέση 4):
Αυτό συμβαίνει στις περιπτώσεις που η σχετική υγρασία στον εσωτερικό χώρο είναι υψηλή και η θερμοκρασία της εσωτερικής πλευράς του υαλοστασίου είναι χαμηλή. Υπό ομαλές συνθήκες (σε θερμαινόμενα κτίρια χωρίς υγρασία) αυτός ο τύπος υγροποίησης συμβαίνει σπανιότατα σε διπλά τζάμια υψηλής απόδοσης (
high-performance).

2. Επιφανειακή δρόσος πάνω στην
 εξωτερική πλευρά του υαλοστασίου (θέση 1):
Αυτό μπορεί να συμβεί το ξημέρωμα σε υψηλής απόδοσης (
high-performance) διπλά τζάμια, μετά από μια ξάστερη και ήρεμη νύκτα. Υπό αυτές τις συνθήκες και δεδομένης της υψηλής απόδοσης θερμικής μόνωσης των διπλών υαλοπινάκων, η εξωτερική πλευρά κρυώνει μέχρι του σημείου ώστε να σχηματιστεί δρόσος πάνω σ’ αυτήν. Το φαινόμενο είναι προσωρινό και αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα της θερμομόνωσης του υαλοστασίου.

3. Δρόσος
 μέσα στο διάκενο του διπλού υαλοπίνακα (θέσεις 2 και 3):
Αυτό μπορεί να συμβεί όταν τα αφυγραντικά καταστούν αναποτελεσματικά και όταν χαθεί η ερμητικότητα του σφραγίσματος. Απαιτείται αντικατάσταση.

 

 

 

Επιλεκτικότητα

Η θερμότητα που μπαίνει σ’ ένα δωμάτιο (άμεσα ή έμμεσα), προέρχεται στο σύνολό της από την ηλιακή ακτινοβολία (Υπεριώδης ακτινοβολία, Ορατή και Υπέρυθρη).

Η ποσότητα της θερμότητας που μπαίνει σ’ ένα δωμάτιο, μπορεί να περιοριστεί χωρίς να μειωθεί ανάλογα, το εισερχόμενο φώς, με την χρήση υψηλής αποδοτικότητας επιστρωμένων υαλοπινάκων (
high-performanceHPcoatedglass), οι οποίοι αποτρέπουν την είσοδο της Υπεριώδους και Υπέρυθρης ακτινοβολίας, ενώ επιτρέπουν την είσοδο του ορατού φωτός.

 94

 

 

Η ποσότητα του διερχόμενου φωτός, εκφράζεται με τον συντελεστή φωτοπερατότητας LT (LightTransmission).

 

 

 

Η σχέση ανάμεσα στον συντελεστή διερχόμενου φωτός (LTLightTransmission) και στον ηλιακό συντελεστή (gSolarFactor) ενός υαλοπίνακα είναι αυτό που αποκαλείται επιλεκτικότητα (selectivity) ενός υαλοπίνακα.

LightTransmission (LT)
Selectivity =   ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
SolarFactor (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.
95

 

 

 

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, 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
Solarfactor.

 

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 ‘’
coldzone’’ 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 ‘’solarcontrol’’. 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 solarfactor 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 (LightTransmittance) και ελέγχου της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας (SolarFactor), απαιτούν ξεχωριστή μελέτη και στάθμιση των ωφελειών και απωλειών χειμώνα-καλοκαίρι, ενώ συχνά γίνονται μικροί ή μεγαλύτεροι συμβιβασμοί κατά την επιλογή του υαλοστασίου.

 

Τα ενεργειακά κουφώματα και οι υαλοπίνακες, περιλαμβάνονται στις επιλέξιμες δαπάνες για εργασίες μέσω του προγράμματος “Εξοικονομώ κατ οίκον”.

 

 

 

 

Πρόσθετες πληροφορίες