معماری با بهره‌وری انرژی بالا به کمک شیشه

لزوم به صرفه‌جویی بیشتر در انرژی در بخش ساختمان‌سازی طی آینده‌ای نه‌چندان دور، طبیعتاً موجب تقاضای بهبود عملکرد جدارة خارجی (پوسته) ساختمان خواهد شد.

درمقابل، تولیدکنندگان شیشه‌های کاربردی برای پنجره‌ها و نماها نقش مهمی را ازطریق تولید محصولات شیشه‌ای کارآمد چندکاره‌ای که راندمان انرژی ساختمان را افزایش می‌دهند، ایفا کردند.

درواقع برنامه‌ریزی صحیح، کلید ارتباط بهینه میان تکنولوژی نما، اتوماسیون و تهویة هوا و سیستم تهویة هوا بوده و حداکثر راندمان انرژی را تضمین می‌کند. نمایشگاه گلس‌تک 2014 (Glasstech 2014) در دوسلدورف آلمان نیز، نگاهی اجمالی به دنیای شیشه‌های چندکاره و نماهای شیشه‌ای داشت.

گلس‌تک بزرگترین نمایشگاه در زمینة شیشه و محصولات شیشه‌ای محسوب می‌شود. برگزاری این نمایشگاه در تاریخ 24-21 اکتبر 2014 فرصت مناسبی برای کارشناسان صنعت شیشه در سراسر جهان بوده و نشان‌دهندة استفاده از شیشه در آیندة ساخت‌و‌ساز صنعتی است.

این نمایشگاه همچنین برای معماران، نقشه‌کش‌ها و نماسازان چشم‌اندازی وسیع را به‌همراه دارد.

آینده شاهد افزایش مداوم استانداردهای انرژی در سطح بین‌المللی خواهد بود و همراه با آن میزان کارایی نمای ساختمان ارتقاء خواهد یافت. البته این مسأله برای ساختمان‌های تازه‌تأسیس صادق است. برای مثال، با توجه به سیاست‌گذاری 31/2010 اتحادیة اروپا، این مجموعه هدف‌گذاری شگرفی را برای بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها در سال 2010 درنظر گرفته است. پیش‌بینی می‌شود اجرای این سیاست در کشورهای حوزة اتحادیه اروپا، بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها را تا سال 2020، 20 درصد افزایش دهد.

در ساختمان‌های تازه‌تأسیس، این سیاست‌گذاری "قاعده ساختمان‌هایی با تلفات انرژی تقریباً صفر" را تصریح می‌کند به‌طوری‌که این قاعده برای ساختمان‌های دولتی از ابتدای سال 2019 و برای سایر ساختمان‌ها از ابتدای 2021 لازم‌الاجرا خواهد بود.

حال برعهدة دولت‌های متحد بوده تا این اهداف را اجرایی کنند. با توجه به برنامة ذخیره‌سازی انرژی که در اکتبر 2013 (2014 EnEv) تصویب گردید، دولت آلمان به‌عنوان نمونة بارزی از اجراکنندگان این طرح، مطرح می‌شود.

قرار است از ابتدای ژانویه 2016، تمامی ساختمان‌های تازه‌تأسیس مصرف انرژی خود را 25 درصد کاهش دهند، درحالی‌که استانداردهای عایقیت حرارتی بدنة ساختمان‌ها 20 درصد رشد داشته است.

هنگام مشاهدة ضریب انتقال حرارتی توسط اپراتور تلفات حرارتی، جذب انرژی خورشیدی توسط سطح شیشه مدنظر قرار نمی‌گیرد، علیرغم آن‌که این مسأله منجر به کاهش قابل‌توجه مصرف انرژی سالانه در تمامی اضلاع ساختمان به‌جز ضلع‌ شمالی آن خواهد شد. همانطورکه توسط انستیتوی تکنولوژی پنجرة آلمان (IFT) روزنهایم در مقاله 2014 EnEv بیان گردیده است: "درصورتی‌که 25 درصد کاهش مصرف انرژی سالانه ازطریق استفاده از ماژول‌های پیشرفتة احیاء‌شونده (برای مثال ماژول‌های PV) حاصل نشود، این مسأله طبیعتاً به کاهش مقدار ضریب انتقال حرارتی تمامی اجزاء پوستة ساختمان منجر خواهد شد. در اینجا نباید جذب خورشیدی نادیده گرفته شود و به‌دنبال انتقال انرژی خورشیدی (مقدار g) و انتقال نور (T) باشیم؛ چراکه جذب خورشیدی کمک قابل‌توجهی به کاهش مصرف انرژی سالیانه ساختمان می‌کنند."

به‌گزارش IFT، به ضریب انتقال حرارتی ماکسیمم جدید، قرار است از سال 2016 برای پوستة خارجی انتقال‌دهندة حرارت در ساختمان اعمال گردد و تنها سیستم نماهایی که از لحاظ انرژی بهینه باشند برای استفاده در ساختمان‌های تازه تأسیس قابل‌قبول خواهند بود.

اما به‌کارگیری واحدهای دوجداره هنگام استفاده از سیستم‌های پروفیل با میزان uf برابرw/m²k⁶ 4/1، بازهم ممکن خواهد بود.

در کنار شفافیت و تولید نور، دریافت‌ انرژی خورشیدی موجود مزیت اولیه به‌کارگیری شیشه در پوستة ساختمان است. این همکاری انرژیتیکی شیشه در ساختمان به‌خصوص در زمستان خوشایند است.

در مصاحبه‌ای که توسط انستیتوی تکنولوژی پنجره با موضوع "فرمان بهره‌وری انرژی" در سال 2014 چاپ شد، پروفسور اولریخ سیبرات (Ulrich Sieberath) مدیر IFT روزنهایم می‌گوید: دریافت انرژی خورشیدی ازطریق پنجره و شیشه که توسط EnEa در سال 2002 وضع گردید، تاکنون در متن تأییدیه ساختمان مدنظر قرار گرفته است تا جایی‌که چنین تأییدیه‌ای توسط معمار یا مشاور انرژی ساختمان تهیه می‌شود. این تأییدیه برای ساختمان‌های نوساز لازم و برای ساختمان‌های موجود، اختیاری است.

در این فرآیند، دریافت‌ انرژی خورشیدی، به پنجره یا شیشه به‌عنوان اجزای ساختمان نسبت داده نمی‌شوند اما هنوز پیمانکارانی وجود دارند که از این مزایا ناآگاه هستند.

به‌کارگیری شیشة خورشیدی (فتوولتائیک و سولارترمال) روش اثبات‌شده‌ای برای تطابق با استانداردهای مصرف انرژی سالانة ارتقاء‌یافته است. هرچند به‌گفتة تولیدکنندگان محصولات مربوطه کمبود اطلاعات مرتبط با فرصت‌های فنی و عملکرد سیستم‌های موجود در میان معماران و نقشه‌کش‌ها، هنوز مانع مهمی محسوب می‌شود.

ازطرفی برنامه‌ریزی برای نواحی مختلف، یک چالش محسوب می‌شود و هنوز کمبودهایی وجود دارد که باید بر آن‌ها غلبه کرد. علاوه‌ بر آن، علیرغم این مسأله که تولیدکنندگان این محصولات همواره به این نکته اشاره دارند که استفاده از اجزای فتوولتائیک در ساختمان نیاز به اجزای نماهای همیشگی و هزینه‌های مرتبط با آن‌ها را رفع می‌نماید، مقاطعه‌کاران از هزینه‌های بالای استفاده از این سیستم‌ها شانه خالی می‌کنند.

موضوع دیگری که هنگام استفاده از اجزای فتوولتائیک در نما باید درنظر گرفت، میزان تحمل نما می‌باشد (تأییدیه براساس متدهای LEED، BREEM یا BNB و BGNB آلمان).

در این زمینه، مفاهیم جدید نما جذاب خواهند بود؛ نظیر نمای آلگی (جلبکی algae) که در نمایش اختصاصی "تکنولوژی شیشة زنده" در نمایشگاه گلس‌تک 2012 (glasstech) به نمایش گذاشته شد. در اینجا به کمک نور خورشید، میکرو جلبک‌ها در پوستة شیشه‌ای مخصوص پیشرفته‌ای رشد می‌یابند (نوعی فتوبیور آکتور). این فرآیند موجب تولید تودة زیستی (biomass) و بیوگاز (biogas) شده که به‌طور متقابل برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروژة تحقیقاتی "شیشه سیال (Fluid Glass)" که هم‌اکنون توسط دانشگاه لیختن‌اشتاین (Liechtenstein) دردست اجراست، نیز بسیار نوآوری به‌همراه دارد. این پروژه شامل توسعة مفاهیم جدید سیستم نماهای شیشه‌ای چندکارة سولار گرمایشی می‌باشد.

شیشة مایع نماهای شیشه‌ای تأثیرپذیر (تابع) را به واحدهای فعال شفاف جمع‌آوری‌کنندة انرژی خورشیدی مبدل کرده و همزمان جریان انرژی در بدنة ساختمان (پوسته) را تنظیم می‌کنند.

زمینة استفادة بالقوه از شیشه‌های نصب‌شده بر ساختمان‌های بلند، زیاد است. فرانسیس دوبیس، مدیر توسعة گروه گلس تروش (Glas Trosch) در مجله‌ای آلمانی چاپ پاییز 2013 گفت: هم‌اکنون نسبت پنجره به دیوار در ساختمان‌های اروپایی 40 به 60 است.

هدف نهایی این شرکت سوئیسی تولیدکنندة شیشه، برعکس‌کردن این نسبت است. به‌گفتة دوبیس، جهت دستیابی به چنین هدفی، لازم است شیشه کاربردهای دیگری را برآورده سازد و به جزء ساختاری چند‌منظوره در حیطه‌ای استانداردی مبدل گردد.

در کنار توابع شناخته‌شده نظیر، عایقیت حرارتی، سد دربرابر نور خورشید و عایقیت صدا، خصوصیات اجرایی نظیر کنترل نور و تولید انرژی ازطریق سطح شیشة بدنه ساختمان طی سال‌های آتی از اهمیت بالایی برخوردار خواهند بود. مفهوم شیشة عایق خورشیدی (سولار) به‌طور کل، بیانگر این منظور است.

امروزه، شیشه‌های مدرن، ذخیره‌کنندة انرژی این توان را دارند که پنجره را -که همیشه نقطه ضعف ساختمان بوده– به سطح تولیدکنندة انرژی مبدل سازند.

به‌علاوه، این محصولات با استفاده از شیشة سه‌جداره SGG کلیما‌تاپ (Climatop) لاکس (Lux) (62/0g= و wm²k 7/0u= ) و همچنین توسط شیشة کلمیا‌تاپ ماکس SGG (60/0g= و w/m²k5/0u=) مورد تأیید قرار گرفته‌اند. این آزمایش توسط همکاران استرالیایی کلیما‌پلاس یعنی اکلت گلاس (Eklet Glass) و به کمک شرکت آلمانی سنت‌گوبن گلاس (Saint Gobain Glass) و تلاش بی‌وقفة دکتر پیتر هولزر از دانشگاه دانوپ کرمس، به سرانجام رسیده است.

این سطح بالای عملکرد شیشه‌ها را می‌توان با ادغام کارکردهای اضافی به آن ارتقاء داد.

 همچنین 2014EnEv استانداردهای بالاتری برای عایقیت حرارتی در تابستان اعلام نموده است:

محاسبات مربوطه تنها زمانی می‌توانند نادیده گرفته شوند که مساحت پنجره نسبت به کف کمتر از 35 درصد بوده و سیستم آفتابگیر خارجی، نظیر رولرشاتر، نصب شده باشد. استفاده از محاسبات درصورتی‌که مساحت پنجره 10 درصد یا 15 درصد باشد، با توجه به نحوة قرارگیری پنجره‌ها لازم نخواهد بود. پوشش‌های بسیار مؤثر محافظ خورشیدی که امروزه برای شیشه‌های عایق موجودند، سهم قابل‌توجهی در ایجاد پایداری جوی ساختمان در فصل تابستان دارند.

همین امر برای آفتابگیر ساختمان و سیستم‌های غیردرخشنده‌ای که درون شیشه‌های عایق قرار گرفته‌اند و یا در خارج آن نصب شده‌اند وجود دارد؛ به‌علاوه شیشه‌های الکتروکرومیکی، تروکرومیکی و یا گازوکرومیکی شفاف نیز با سیستم‌های فوق در این امر مشترک خواهند بود. درنهایت سیستم‌های کنترل هوشمند همیشه تولید ایده‌آل نور یا محافظت خورشیدی را فراهم می‌کنند.

2014 EnEv نشان‌دهندة بیشترین مقدار حرارت انتقال‌یافته از بدنة ساختمان است که شامل واحدهای ""HT می‌شود (تلفات حرارتی مخصوص ناشی از انتقال که اساس آن سطوح انتقال‌دهندة حرارت بیرونی ساختمان است).

علیرغم آن‌که مقادیر ذکرشده در اینجا تغییر داده نشده‌اند، اجزای استانداردهای مربوطه از ابتدای سال 2016 با 25 درصد کاهش در مصرف انرژی سالانه به‌وجود آمده‌اند.

موضوع مطرح دیگر، آن است که بدنة ساختمان طراحی‌شده، نباید مقدار تلفات حرارتی انتقال‌یافتة مخصوصی- که براساس انتقال حرارت سطح بیرونی است- کمتر از ساختمان مرجع (درنظر گرفته شده در استاندارد) داشته باشد.

این رابطة نسبی میان ساختمان ساخته‌شده و ساختمان مرجع از محدودیت فضای ایجاد‌شده توسط شیشه و صنعت پنجره‌سازی جلوگیری می‌کند.