كيف يمكنك تحسين الأداء الحراري للجدران الستائرية؟
معظم الحرارة المنبعثة من الجدار الستائري لا تمر عبر الزجاج.
يتسرب عبر الألومنيوم. المعدن موصل للحرارة أفضل بألف مرة تقريبًا من الغاز الموجود داخل وحدة مغلقة، لذا فإن الإطار بدون فاصل حراري مناسب سيدمر تراكم الزجاج الثلاثي المكلف وسيفعل ذلك بهدوء، دون أي أعراض مرئية حتى يقيس أحدهم درجة حرارة السطح أو يجد تكثفًا يتساقط على أحد الأعمدة في شهر يناير.
هذا هو أهم شيء يجب فهمه قبل تحديد أي شيء. يحظى الزجاج بالاهتمام لأنه يشكل معظم المساحة المرئية. أما الإطار والفاصل وحافة اللوح، فهي المناطق التي عادةً ما تتأثر فيها جودة الأداء.
تتناول هذه المقالة عملية التجميع بأكملها بالترتيب ذي الأهمية الفعلية. شركة برانس للتصنيع أنظمة الجدران الستائرية الزجاجية باستخدام قطاعات ألومنيوم معزولة حرارياً.
ما الذي يقيسه معامل انتقال الحرارة (U-Value) للجدران الستائرية فعلياً؟
يُعبّر عن معامل انتقال الحرارة بقيمة U بوحدة واط/م²ك، أو بمعامل U بوحدة وحدة حرارية بريطانية/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت في الممارسة الأمريكية الشمالية. وكلما انخفضت القيمة كان ذلك أفضل.
الرقم المهم هو قيمة التجميع، وليس قيمة الزجاج، والفرق بينهما كبير.
قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) في مركز الزجاج: الزجاج وحده، مع تجاهل الحواف والإطار
قيمة معامل انتقال الحرارة عند حافة الزجاج: الشريط الذي يبلغ عرضه 63 مم حول المحيط حيث يقوم الفاصل بتوصيل الحرارة
قيمة معامل انتقال الحرارة للإطار: مقاطع الأعمدة الرأسية والأفقية
قيمة U الإجمالية للتجميع، Ucw: يتم ترجيح القيم الثلاث حسب المساحة، وهو ما يتحقق منه الكود
قد تصل قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) لوحدة زجاجية مزدوجة ذات طبقة عازلة منخفضة الانبعاثية ومملوءة بغاز الأرجون إلى حوالي 1.1 واط/م²ك. وإذا وُضعت هذه الوحدة في إطار ألومنيوم غير مكسور، فقد تتجاوز قيمة معامل انتقال الحرارة 3.0 واط/م²ك، وهي قيمة تقارب أداء الزجاج الأحادي على جزء كبير من الواجهة.
في أوروبا، يُعدّ معيار EN 13830 معيارًا للمنتجات الخاصة بالجدران الستائرية، بينما يغطي معيار EN ISO 12631 حساب معامل انتقال الحرارة. أما في أمريكا الشمالية، فيُحدد معيار NFRC 100 طريقة التصنيف، بينما يضع معيار ASHRAE 90.1 حدودًا وصفية حسب المنطقة المناخية.
تصميم عازل حراري للجدران الستائرية
الفاصل الحراري عبارة عن قضيب عازل يفصل الألمنيوم الخارجي عن الألمنيوم الداخلي، مما يقطع مسار التوصيل عبر المقطع الجانبي.
المادة والعمق
يُعد البولي أميد 6.6 المدعم بنحو 25% من الألياف الزجاجية المادة القياسية في الأنظمة التجارية. تبلغ الموصلية الحرارية حوالي 0.3 واط/متر.كلفن، مقارنةً بحوالي 160 واط/متر.كلفن للألمنيوم، وهذا هو الهدف الأساسي.
إن العمق هو ما يحفز الأداء أكثر من أي شيء آخر يتعلق بالاستراحة:
من 14 إلى 18 مم: أنظمة عازلة حرارياً أساسية، مناخات معتدلة
من 20 إلى 28 مم: الأداء التجاري القياسي
من 30 إلى 40 مم وما فوق: أنظمة عالية الأداء وموجهة نحو المنازل السلبية
فواصل متعددة الحجرات مزودة بحشوات من الرغوة العازلة: الأفضل في فئتها
إن مضاعفة عمق الكسر لا تضاعف الأداء، ولكن على واجهة من أي حجم، يظهر الفرق بين كسر 18 مم وكسر 34 مم في كل من قيمة U للتجميع ودرجة حرارة السطح الداخلي.
لماذا تُعدّ درجة حرارة الأسطح الداخلية مهمة؟
قيمة U هي قيمة للطاقة. أما التكثيف فهو مشكلة تتعلق بدرجة حرارة السطح، وهما ليسا نفس المسألة.
يصف كل من عامل مقاومة التكثيف، المقاس وفقًا لمعيار AAMA 1503، وعامل درجة الحرارة fRsi المستخدم في الممارسات الأوروبية، مدى برودة أدفأ سطح داخلي في يوم بارد. وعندما تنخفض درجة حرارة هذا السطح عن نقطة الندى الداخلية، يتشكل الماء بغض النظر عن مدى جودة قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) على الورق.
الحفاظ على الأسطح الداخلية فوق نقطة الندى يُعد هذا الشرط هو الشرط المسيطر في المناخات التي يهيمن عليها التدفئة، وغالبًا ما يؤدي إلى فجوة حرارية أعمق مما قد يحدث عند حساب الطاقة وحده.
تراكم التزجيج
لا يزال الزجاج يشكل حوالي 70٪ إلى 80٪ من مساحة الجدار الستائري النموذجي، لذا فهو يحمل وزناً حقيقياً على الرغم من أن الإطار هو المكان الذي تتركز فيه الأعطال.
أربعة متغيرات، مرتبة تقريبًا حسب تأثيرها على تكلفة الوحدة:
طلاء Low-E: طلاء ناعم يتم ترسيبه بالرش، يقلل بشكل كبير من انتقال الحرارة الإشعاعية، وهو أعلى قيمة ترقية فردية
غاز التجويف: يعمل ملء التجويف بغاز الأرجون بتركيز 90% على تحسين أداء مركز الزجاج مقارنةً بالهواء بتكلفة ضئيلة.
يُعد عرض التجويف الأمثل عمليًا للأرجون، حيث يتراوح بين 12 و16 ملم تقريبًا، مع اكتساب التجاويف الأوسع القليل وفقدان التجاويف الأضيق بشكل ملحوظ.
عدد الألواح: يعمل الزجاج الثلاثي على تحسين قيمة U بشكل كبير، ولكنه يزيد من الوزن والتكلفة وعمق الإطار.
يُعد موضع الطلاء بنفس أهمية نوع الطلاء. يبدأ ترقيم الأسطح من الخارج إلى الداخل، لذا في وحدة الزجاج المزدوج، يكون السطح 1 هو الوجه الخارجي للوح الزجاج الخارجي، والسطح 4 هو الوجه الداخلي للوح الزجاج الداخلي.
في المناخات ذات المناخ البارد، عادةً ما يوضع الطلاء على السطح 2، ليحجب الطاقة الشمسية قبل دخولها إلى التجويف. أما في المناخات ذات المناخ الدافئ، فيكون السطح 3 هو الأكثر شيوعاً، حيث يحافظ على الحرارة الداخلية. كيف يتحكم الزجاج المطلي في اكتساب الطاقة الشمسية يغطي هذا الاختيار بالتفصيل.
فواصل ذات حواف دافئة
المكون الأكثر إهمالاً في عملية التجميع، وأحد أرخص المكونات التي يمكن ترقيتها.
يحيط شريط فاصل تقليدي من الألومنيوم بكامل محيط كل وحدة زجاجية، موصلاً الحرارة مباشرةً بين الألواح عند النقطة التي يكون فيها الإطار ضعيفاً. في واجهة تحتوي على العديد من الوحدات الصغيرة، يشكل هذا الشريط الفاصل نسبة كبيرة من المساحة الإجمالية.
تعمل الفواصل ذات الحواف الدافئة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو اللدائن الحرارية أو المواد المركبة على تقليل التوصيل الحراري بشكل ملحوظ. ويكون التحسن في قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) الإجمالية للمجموعة متواضعًا في الوحدات الكبيرة وكبيرًا في الوحدات الصغيرة، كما أن تأثيرها على درجة حرارة السطح الداخلي للحواف أكبر من تأثيرها على القيمة الإجمالية.
فيما يتعلق بالتحكم في التكثيف، فإن ترقية الفواصل غالباً ما تحقق عائداً أكبر من الإنفاق المماثل على الزجاج.
الجسور الحرارية للجدران الستائرية على المحيط
قد يؤدي الجدار الستائري المصمم بشكل مثالي إلى أداء ضعيف إذا كانت الوصلات خاطئة، وغالبًا ما تقع الوصلات خارج نطاق مورد النظام أكثر مما يخطط له أي شخص.
ثلاثة جسور متكررة:
حافة البلاطة. عند نقطة التقاء بلاطة الأرضية بالجدار الستائري، يمرّ الخرسان بالقرب من السطح الخارجي. وبدون استمرارية العزل، تصبح البلاطة أشبه بزعانف تنقل الحرارة إلى الخارج على طولها بالكامل.
المراسي والأقواس. تخترق المراسي الفولاذية التي تثبت العوارض الخشبية بالهيكل خط العزل. وتُعالج هذه المشكلة باستخدام أقواس معزولة حرارياً أو وسادات عازلة حرارية هيكلية.
مناطق الجدران الفاصلة. غالبًا ما تحتوي مناطق الألواح المعتمة بين الطوابق على عزل غير متصل عند حوافه، أو ألواح خلفية غير محكمة الإغلاق، مما يسمح بحركة الهواء خلف العزل مما يؤدي إلى إضعافه.
يجب إدراج هذه الوصلات في رسم تفصيلي منسق في وقت مبكر. حلها بعد تصميم الواجهة عادةً ما يعني التنازل بدلاً من التصحيح.
منطقة السور والشفافية
يمكن أن تحمل مناطق الجدران الفاصلة عزلاً أكثر بكثير من مناطق الرؤية، وغالبًا ما تُهدر هذه الفرصة.
يتكون تركيب العوارض الزجاجية النموذجي من لوح زجاجي أو معدني خارجي، وتجويف هوائي، وعزل من الصوف المعدني، ولوح خلفي، والتشطيب الداخلي. عند تنفيذه بشكل جيد، تصل قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) إلى قيم أقل بكثير من قيمة معامل انتقال الحرارة للزجاج العادي. أما عند تنفيذه بشكل سيئ، بوجود فجوات في العزل أو لوح خلفي غير محكم الإغلاق، فإن أداءه يكون قريبًا من أداء الزجاج العادي الذي صُمم لتحسينه.
عندما تكون المساحة المعتمة كبيرة، يكون تحسين عزل الجدران عادةً أرخص لكل وحدة تحسين من تحسين الزجاج. كما أنه غير مرئي، ولهذا السبب يتم الاستغناء عنه في إطار هندسة القيمة.
القيم المستهدفة حسب المناخ
|
|---|
هذه نطاقات إرشادية. أما المتطلبات الفعلية فتأتي من قانون الطاقة الحاكم، والذي يختلف باختلاف الولاية القضائية ونوع المبنى.
في المناطق التي يهيمن عليها التبريد، نادراً ما تكون قيمة معامل انتقال الحرارة (U) هي القيد الحاسم. معامل اكتساب الحرارة الشمسية هو، و مواصفات مقاومة الأحمال الشمسية القصوى يتبع منطقاً مختلفاً عن العمل في المناخات الباردة.
يُعدّ إحكام إغلاق الهواء جزءًا من الأداء الحراري
لا تظهر الحرارة المنقولة عن طريق تسرب الهواء في حساب قيمة U، ويمكن أن تتجاوز الخسائر التوصيلية على واجهة سيئة الإغلاق.
يتم اختبار نفاذية الهواء للجدران الستائرية وفقًا لمعيار ASTM E283 في أمريكا الشمالية ومعيار EN 12152 في أوروبا. وتساهم جودة الحشيات، وأختام الزوايا، وسلامة تجويف واجهة الحماية من المطر المتوازن الضغط في ذلك، كما أن جودة الصنعة لا تقل أهمية عن المواصفات.
يؤثر إحكام الهواء أيضاً على التكثيف. فالهواء الدافئ المتسرب إلى تجويف بارد يُرسب الرطوبة داخل الجهاز حيث لا يراها أحد حتى تتلطخ أو تتآكل.
أين تُستغل الميزانية على أكمل وجه؟
يتم تصنيفها تقريبًا حسب التحسن لكل وحدة إنفاق على واجهة تجارية نموذجية.
تركيب طبقة رقيقة منخفضة الانبعاثية على السطح المناسب. أعلى عائد من أي قرار منفرد يتعلق بالزجاج.
تعبئة الأرجون. تكلفة ضئيلة، فائدة ملموسة.
فاصل ذو حافة دافئة. تكلفة منخفضة، وتأثير ملحوظ على درجة حرارة الحافة والتكثيف.
فاصل حراري أعمق. تكلفة معتدلة، وتأثير كبير على كل من قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) ودرجة حرارة السطح.
استمرارية عزل الجدران الفاصلة. رخيص لكل وحدة تحسين حيث تكون المساحة المعتمة كبيرة.
الزجاج الثلاثي. تحسين كبير، تكلفة كبيرة، وتأثيرات جانبية على عمق الإطار ووزنه وسهولة التعامل معه.
ما هي التحسينات الحرارية التي تزيد من الميزانية؟ يوضح كيف تؤثر هذه الخيارات على معدل الواجهة.
الأسئلة الشائعة
1. هل الإطار أم الزجاج أكثر أهمية بالنسبة للأداء الحراري للجدران الستائرية؟
كلاهما، لكن الإطار هو المكان الذي عادةً ما يتراجع فيه الأداء. فالألومنيوم موصل حراري أفضل بكثير من الغاز في الوحدة المغلقة، لذا فإن وحدة زجاجية عالية المواصفات في إطار بدون فاصل حراري كافٍ يمكن أن تنتج قيمة U قريبة من قيمة الزجاج الأحادي على جزء كبير من الواجهة.
2. ما هو العمق المطلوب للفاصل الحراري في الجدار الستائري؟
يتراوح سمك طبقة العزل عادةً بين 20 و28 ملم للأنظمة التجارية القياسية، ويرتفع إلى 30 أو 40 ملم أو أكثر للأنظمة عالية الأداء. أما الأنظمة الأساسية التي يتراوح سمكها بين 14 و18 ملم فهي مناسبة للمناخات المعتدلة. في المناخات الباردة، يكون التحكم في التكثيف، وليس حساب الطاقة، هو العامل الحاسم في زيادة سمك طبقة العزل.
3. هل يستحق استخدام الزجاج الثلاثي في الجدران الستائرية؟
أحيانًا، وخاصة في المناخات الباردة، يُحسّن ذلك قيمة العزل الحراري بشكل ملحوظ، ولكنه يزيد الوزن والتكلفة وعمق الإطار، كما أن له آثارًا سلبية على سهولة الاستخدام وبنية النافذة. في المناطق التي يغلب عليها التبريد، يكون من الأفضل عادةً إنفاق المال على الطلاءات العازلة للحرارة الشمسية بدلًا من إضافة لوح زجاجي ثالث.
4. ما الذي يسبب التكثف على الجدار الستائري؟
انخفاض درجة حرارة السطح الداخلي عن نقطة الندى الداخلية، وهي مشكلة تتعلق بدرجة حرارة السطح وليست مشكلة طاقة. وتُعدّ الفواصل المصنوعة من الألومنيوم، والفواصل الحرارية الضحلة، والجسور الحرارية عند حواف الألواح ومثبتاتها من الأسباب الشائعة، وتُعالج هذه المشكلة بفعالية من حيث التكلفة باستخدام فواصل الحواف الدافئة.
5. هل يؤثر تسرب الهواء على الأداء الحراري؟
نعم، ويتم استبعادها تمامًا من حسابات معامل انتقال الحرارة (U-value). قد تتجاوز الحرارة المنقولة عبر الهواء المتسرب الفقد الحراري بالتوصيل على واجهة غير محكمة الإغلاق، كما أن تسرب الهواء الدافئ من الداخل إلى التجاويف الباردة يؤدي إلى ترسب الرطوبة داخل المبنى حيث يكون التلف مخفيًا.
تحسين أداء الجمعية ككل
تعامل مع الجدار الستائري كنظام حراري متكامل بدلاً من اعتباره مجرد مواصفات زجاجية محاطة بإطار. حدد عمق العزل الحراري بما يتناسب مع المناخ واحتمالية التكثف. ضع طبقة عازلة منخفضة الانبعاثية على السطح المناسب للمناخ. حسّن الفواصل. صمّم حافة البلاطة، والمثبتات، وعزل الجدار الفاصل بتفاصيل متناسقة.
إذا فعلت ذلك، فإن مواصفات الزجاج ستصبح القرار الأخير بدلاً من القرار الأول.
تقوم شركة برانس بتصنيع الجدران الستائرية المصنوعة من الألومنيوم المعزول حرارياً و أنظمة النوافذ والأبواب مع دعم النمذجة الحرارية الخاصة بالمشروع ورسومات التنفيذ. أرسل بيانات الارتفاعات، وبيانات المناخ، وقيمة معامل انتقال الحرارة المستهدفة. اطلب مراجعة حرارية .