كيف تقلل الواجهات المستجيبة للمناخ من اكتساب الحرارة الشمسية؟

أرخص أنواع التبريد هو الحرارة التي لا تدخل أبداً.

بمجرد أن تخترق أشعة الشمس الزجاج وتصطدم بالأرضيات والمكاتب والأشخاص، فإنها تُصبح عبئًا تبريديًا، ولذا يتم تصميم كل مبرد ومروحة وقناة تهوية في المبنى جزئيًا لإزالتها. أما الواجهة الحركية المُستجيبة للمناخ، فتعمل قبل ذلك بخطوة، حيث تحجب أشعة الشمس المباشرة عن الزجاج عندما تُسبب ضررًا، وتُفتح مرة أخرى عندما لا تُسبب ضررًا.

يكمن سرّ هذه الميزة في التوقيت. ولا يمكن للتظليل الثابت أن يضاهيها.

أهم النقاط

• تعمل المظلات الخارجية على حجب حرارة الشمس قبل وصولها إلى الزجاج، وهو أمر أكثر فعالية بكثير من الستائر الداخلية.

• تتكيف أنظمة التظليل الحركية مع موقع الشمس، لذا يمكنها حجب الحرارة مع السماح بدخول ضوء النهار والمناظر الطبيعية.

• يُقاس انخفاض معامل اكتساب الحرارة الشمسية الديناميكي للواجهات بشكل أفضل من خلال محاكاة سنوية للطاقة والإضاءة الطبيعية، وليس من خلال رقم واحد.

• يُحدد اتجاه الفتحات وشكلها الهندسي واستراتيجية التحكم معظم الأداء

ماذا يعني معامل اكتساب الحرارة الشمسية

يمثل معامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) نسبة الإشعاع الشمسي الساقط الذي ينتهي به المطاف داخل المنزل على شكل حرارة.

يتكون معامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) من جزأين: الإشعاع الذي ينفذ مباشرةً عبر الزجاج، والإشعاع الذي يمتصه الزجاج ثم يطلقه إلى الداخل. في مجال التزجيج، يُصنّف هذا المعامل وفقًا لمعيار NFRC 200 في أمريكا الشمالية، ويُعبّر عنه برقم بين 0 و1، لذا فإن الزجاج ذو معامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) البالغ 0.25 يسمح بمرور ربع الطاقة الشمسية الساقطة عليه تقريبًا.

انخفاض معامل اكتساب الحرارة الشمسية للزجاج يعني عادةً برودةً أكبر. لكن انخفاض هذا المعامل يعني أيضاً زجاجاً أغمق أو أكثر انعكاساً، مما يقلل من ضوء النهار والمناظر.

لماذا تُستخدم ستائر التظليل الخارجية

يحدد المنصب الأداء.

تقوم الستائر الداخلية باعتراض ضوء الشمس بعد مروره عبر الزجاج، لذا فإن الحرارة التي تمتصها تكون موجودة بالفعل داخل الغرفة، وينتهي جزء كبير منها في حمل التبريد على أي حال، بينما تقوم الستائر الخارجية باعتراض نفس ضوء الشمس في الخارج، حيث يتم نقل الحرارة الممتصة بواسطة الهواء الخارجي قبل أن تصل إلى المساحة المشغولة.

والنتيجة هي انخفاض كبير في معامل اكتساب الحرارة الشمسية الفعال للنافذة والظل معًا. إنها فيزياء بسيطة، يصعب التغلب عليها.

لماذا تتفوق الحركة على التظليل الثابت

صُممت الشرائح الثابتة لزاوية شمس واحدة. بينما للشمس آلاف الزوايا.

قد تسمح مظلة ثابتة مصممة لحجم ظهيرة الصيف على واجهة جنوبية بدخول أشعة الشمس المنخفضة صباحًا ومساءً مباشرةً إلى الواجهتين الشرقية والغربية، بينما تحجب مظلة ثابتة عميقة تحجب كل زاوية ضوء النهار والمناظر الطبيعية طوال معظم أيام السنة. أما نظام التظليل الحركي للواجهات فيتتبع حركة الشمس، حيث يُغلق فقط بالقدر المطلوب، وعندما تكون الشمس عمودية على تلك الواجهة.

في يوم غائم، يُفتح. وفي الشتاء، في المناخات الباردة، يمكن أن يُفتح للسماح بدخول الحرارة المفيدة.

مشروع مرجعي

تُعد أبراج البحر في أبو ظبي المثال الأكثر شهرة.

تستخدم واجهته الخارجية حوالي 2000 وحدة تظليل تشبه المظلات، تُطوى وتُفتح مع حركة الشمس حول المباني، وقد أفاد مصمموها بانخفاض كبير في اكتساب الطاقة الشمسية مقارنةً ببرج غير مظلل، مما يسمح باستخدام زجاج أكثر شفافية خلف الشاشة. يُظهر المشروع نجاح هذه الاستراتيجية على نطاق الأبراج في أحد أكثر المناخات قسوةً على وجه الأرض.

التوجيه والهندسة

يحدد الارتفاع اتجاه فتحات التهوية. دائماً.

• تُناسب الواجهات الجنوبية في نصف الكرة الشمالي استخدام الشرائح الأفقية، التي تحجب أشعة الشمس العالية مع السماح بدخول أشعة الشمس المنخفضة في فصل الشتاء.

• تواجه الواجهات الشرقية والغربية أشعة الشمس المنخفضة، والتي يصعب على الشرائح الأفقية حجبها، لذا فإن الزعانف الرأسية أو الشرائح الرأسية الدوارة عادة ما تكون أكثر فعالية

• لا تحتاج المرتفعات الشمالية إلى الكثير من التظليل في معظم المناخات، وغالبًا ما تُترك ثابتة أو مفتوحة.

• مشاريع نصف الكرة الجنوبي تعكس هذه القواعد بالنسبة للشمال والجنوب

يؤثر عمق الشرائح والمسافة بينها ونطاق دورانها جميعها على الأداء. التغييرات الصغيرة مهمة. فالمسافة الأضيق قليلاً بين الشرائح يمكن أن تحجب مئات الساعات من أشعة الشمس المباشرة عن الزجاج على مدار العام.

استراتيجيات التحكم

منطق التحكم هو المكان الذي تحدث فيه الاستجابة للمناخ فعلياً.

تتبع الشمس

تدور الشرائح بزاوية تحجب أشعة الشمس المباشرة فقط. لا أكثر.

تُحدد هذه الزاوية بناءً على موقع الشمس وشكل فتحات التهوية، ويتم إعادة حسابها على مدار اليوم. وتبقى المناظر مفتوحة بقدر ما تسمح به الشمس.

التحكم في ضوء النهار والوهج

تقوم مستشعرات الضوء بضبط فتحات التهوية للحفاظ على ضوء النهار الداخلي ضمن نطاق محدد. يقلل ذلك من الوهج ويقلل من استهلاك الإضاءة الكهربائية.

الوضع الموسمي والوضع الليلي

في المناخات الباردة، تُفتح فتحات التهوية في الشتاء للسماح بدخول حرارة الشمس، وقد تُغلق ليلاً لتقليل فقدان الحرارة. أما في المناخات الحارة، فقد تبقى مغلقة لفترة أطول خلال ساعات الذروة بعد الظهر.

السلامة من الرياح

في حالة الرياح العاتية، تتحرك الشرائح المتحركة إلى وضعية آمنة في الحديقة. قد لا تكون هذه الوضعية مناسبة للتظليل. لذا، اضبط العتبة بعناية.

يمكن للألواح الدوارة أيضاً أن توجه ضوء الشمس إلى أماكن لم يكن من المفترض أن يصل إليها، لذلك انعكاسات من فتحات دوارة ينبغي فحصها جنبًا إلى جنب مع الأداء الحراري.

قياس انخفاض معامل اكتساب الحرارة الشمسية الديناميكي للواجهات

لا يمكن لرقم واحد لمعامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) أن يصف ستارة متحركة. فهو يتغير كل ساعة.

يُعدّ تقييم خفض معامل اكتساب الحرارة الشمسية الديناميكي للواجهات أفضل ما يكون من خلال محاكاة سنوية باستخدام أدوات مثل EnergyPlus، التي تُحاكي موضع الظل ساعةً بساعة وفقًا لمنطق التحكم، وتحسب أحمال التبريد الناتجة، وذروة الطلب، واستهلاك الطاقة. وينبغي في الوقت نفسه التحقق من أداء الإضاءة الطبيعية باستخدام مقاييس مثل الاستقلالية المكانية للإضاءة الطبيعية والتعرض السنوي لأشعة الشمس، كما هو مُحدد في معيار IES LM-83.

• الطاقة السنوية للتبريد مقارنة بخط أساس ثابت أو غير مظلل

• حمل التبريد الأقصى، الذي يحدد حجم المصنع

• الاستقلالية المكانية لضوء النهار والتعرض السنوي لأشعة الشمس

• ساعات من أشعة الشمس المباشرة على المناطق المأهولة

• احتمالية الوهج في محطات العمل الرئيسية

حيث يكون للاستجابة لتغير المناخ أهمية بالغة

• المناخات الحارة ذات أشعة الشمس المباشرة الشديدة

• المباني ذات نسب الزجاج العالية

• واجهات شرقية وغربية مع ساعات طويلة من الشمس المنخفضة

• المساحات التي تحظى فيها الإضاءة الطبيعية والمناظر الطبيعية بأهمية كبيرة، مثل المكاتب والفنادق

• المباني ذات التصميمات الداخلية الحساسة للضوء، حيث حماية الأسطح الداخلية الحساسة للضوء يُعدّ هذا الأمر بنفس أهمية خفض حمل التبريد.

ملكنا واجهة حركية تستخدم هذه الأنظمة شرائح وألواحًا من الألومنيوم، مع تشطيبات مثل تشطيب سطح PVDF لضمان ثبات اللون على المدى الطويل. لـ أنواع الواجهات الحركية الرئيسية راجع دليلنا الخاص بالأعمدة، وللمزيد من المعلومات مقارنة بين الزجاج الديناميكي والستائر المتحركة ، راجع مقال المقارنة الخاص بنا.

الأسئلة الشائعة

1. كيف تقلل الواجهة الحركية المستجيبة للمناخ من اكتساب الحرارة؟

يحجب هذا الحاجز أشعة الشمس المباشرة خارج الزجاج عندما تكون الشمس في ذلك الارتفاع، مما يحافظ على الحرارة الممتصة في الخارج. ويفتح الحاجز مرة أخرى عندما تبتعد الشمس، مما يسمح بدخول ضوء النهار والاستمتاع بالمناظر.

2. هل التظليل الخارجي أفضل من الزجاج ذي معامل اكتساب الحرارة الشمسية المنخفض؟

نعم، في الغالب. تعمل المظلات الخارجية على منع وصول الحرارة إلى الزجاج، مما يسمح بتركيب زجاج أكثر شفافية مع إضاءة طبيعية أفضل. وتجمع العديد من المشاريع بين هذين الأمرين لتحقيق التوازن الأمثل.

3. ما هو اتجاه فتحات التهوية المناسب للواجهات الشرقية والغربية؟

الزعانف العمودية أو الشرائح العمودية الدوارة. أما الشرائح الأفقية فتواجه صعوبة في التعامل مع زوايا الشمس المنخفضة على الواجهات الشرقية والغربية.

4. كيف يتم حساب انخفاض معامل اكتساب الحرارة الشمسية الديناميكي للواجهات؟

من خلال محاكاة سنوية للطاقة تُحاكي وضع الظل ساعةً بساعة، بدلاً من قيمة واحدة لمعامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC). يجب التحقق من مقاييس ضوء النهار من معيار IES LM-83 في الوقت نفسه.

5. هل تساعد المظلات الحركية في المناخات الباردة؟

نعم. يمكن فتحها في الشتاء للسماح بدخول الحرارة الشمسية المفيدة وإغلاقها في الصيف لمنع ارتفاع درجة الحرارة، وهو ما لا تستطيع المظلات الثابتة القيام به.

احجب الشمس، وحافظ على المنظر

إن الاستجابة لتغير المناخ تتعلق بالتوقيت، وليس فقط بالتظليل.

اختر اتجاه فتحات التهوية المناسب لكل ارتفاع، واكتب منطق التحكم وفقًا للمناخ الحقيقي، واختبره في محاكاة سنوية. أرسل إلينا بيانات الارتفاعات والمناخ الخاصة بك. طلب دراسة أداء التظليل .