عملکرد انرژی پنجره‌ها: با استفاده از استانداردهای روز اروپا و آمریکا

#چکیده

مهم‌ترین نکته در خصوص طراحی ساختمان‌هایی با مصرف انرژی پایین، استفاده از پنجره‌هایی با عملکرد انرژی عالی و جفت شده با استراتژی طراحی منفعل در برابر نور خورشید است. همانطور که بهره‌وری انرژی روز به روز مهم‌تر از قبل می‌شود، بعضی اوقات طراح‌های آمریکای شمالی نگاهی به اروپا در خصوص استانداردهای بهره‌وری انرژی و تکنولوژی‌های روز دنیا دارند. یکی از این نگاه‌ها، رویکرد خانه منفعل است. در طرف دیگر، مقایسه پنجره‌های ساخته شده در آمریکای شمالی با پنجره‌های ساخته شده در اروپا با در نظر گرفتن تفاوت‌های بین نحوه‌ی رتبه‌بندی استانداردهای اروپایی و آمریکایی بسیار پیچیده است. روش‌های ارزیابی متفاوت و محدودیت‌های موجود باعث تاثیر گذاشتن بر روی طراحی محصول می‌شود، به‌گونه‌ای که طراحان در آمریکای شمالی و اروپا سعی می‌کنند تا تحت قوانین رتبه‌بندی سیستم‌های استاندارد منطقه‌ی مختص به خود پنجره‌ها را به‌گونه‌ای بهینه سازی کنند تا کم‌ترین ضریب U را داشته باشند.

این مقاله، یک نگاه کلی بر سیستم رتبه‌بندی اولیه در آمریکای شمالی و اروپا شامل موارد توسعه یافته توسط شورای ملی رتبه‌بندی پنجره‌ها (NFRC)، شورای همکاری استانداردهای کانادایی (CSA)، سازمان بین المللی استانداردسازی (ISO) و موسسه خانه منفعل (PHI) خواهد داشت.

روش تحقیق این مقاله به‌گونه‌ای بوده است تا تفاوت‌های اولیه بین سیستم‌های رتبه‌بندی را بیشتر نشان دهد. این تفاوت‌ها شامل شرایط محدود شده (مثل دما، ضریب فیلم سطح و تابع تشعشع خورشیدی)، الگوریتم محاسبه جابجایی حرارت در مرکز شیشه، روش‌های محاسبه تاثیرات لبه شیشه، سایز پنجره، خواص استاندارد مواد و نحوه عملیات حرارتی بر روی شیشه‌های شیب دار است.

از مدل سازی کامپیوتری برای نشان دادن میزان محاسبه شده ضریب U توسط سیستم‌های رتبه‌بندی مختلف و عملکرد جذب حرارت خورشید برای چند نمونه پنجره استفاده شده است. نتیجه‌های مدل سازی نشان می‌دهند که ضریب U برای یک فریم و شیشه اروپایی و آمریکای شمالی می تواند تا 25% تغییر داشته باشند. این موضوع در مورد جذب حرارت خورشیدی در مرکز شیشه تا 8% تفاوت خواهد داشت.

بینش بدست آمده از این مقاله و شبیه سازی‌های انجام شده طوری خلاصه سازی شده‌اند تا باعث شوند طراحان، شخصی سازها، کارخانه‌های سازنده درب و پنجره چه در اروپا و چه در آمریکای شمالی از تفاوت‌های سیستم‌های رتبه‌بندی آگاه شده و انتخاب بهتری داشته باشند.

#معرفی

با افزایش علاقه خانه‌های منفعل به بهره‌وری انرژی در ساخت ساختمان، محصولات درب و پنجره ساخته شده در اروپا بیشتر در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این امر سبب شده تا چالش‌هایی بین طراحان ساختمان و سازنده محصولات در خصوص تفاوت‌های بین نحوه رتبه‌بندی عملکرد حرارتی پنجره‌ها بین استانداردهای اروپا و آمریکای شمالی و ایجاد سوء تفاهم در انتخاب محصول بهتر شده است. یک پنجره خاص دارای ضریب U و جذب حرارت خورشیدی متفاوتی در سیستم‌های رتبه‌بندی انرژی است و هیچ راه سرراست و مستقیمی برای مقایسه عملکرد محصولات ساخته شده در اروپا و آمریکای شمالی وجود ندارد.

این مقاله سعی کرده است تا مفهوم بهتری از ISO و سیستم رتبه‌بندی خانه‌های منفعل را با مقایسه نسبت به سیستم‌های رتبه‌بندی NFRC/CSA موجود در آمریکای شمالی ارائه دهد. به منظور شناسایی تفاوت‌های مفهومی بین سیستم‌های رتبه‌بندی، این مقاله سعی کرده است تا با استفاده از روش های شبیه سازی کامپیوتری، اختلاف قابل توجه رتبه‌بندی محصولات در سیستم‌های رتبه‌بندی را نشان دهد.

#استانداردهای آمریکای شمالی

اولین سازمان برای رتبه‌بندی عملکرد حرارتی پنجره‌ها در آمریکای شمالی، شورای ملی رتبه‌بندی درب و پنجره (NFRC) است. این شورا چند استاندارد مربوط به تست و رتبه‌بندی عملکرد حرارتی پنجره‌ها شامل NFRC 100 (رویه تخمین ضریب U درب و پنجره)، NFRC 200 (رویه تخمین ضریب جذب حرارت خورشید درب و پنجره‌ها) را منتشر نموده است. دیگر انتشارات این شورا شامل استانداردهای تست آزمایشگاهی برای ضریب U و رویه های محاسبه مقاومت در برابر تراکم است.

در کانادا، استاندارد عملکرد انرژی درب و پنجره (CSA A440.2-09 )، الزامات عملکرد حرارتی پنجره‌ها را مشخص می‌کند. این سند به ترتیب به استانداردهای NFRC 100 و NFRC 200 برای تخمین ضریب U ارجاع داده می‌شود.

#استانداردهای اروپایی

در برابر استانداردهای NFRC/CSA که بر روی مقایسه درب و پنجره‌ها و رتبه‌بندی آن‌ها تمرکز می‌کند، استانداردهای ISO به‌گونه‌ای توسعه داده شده‌اند تا اجازه محاسبه عملکرد انرژی هر درب و پنجره با هر سایز یا مشخصاتی در شرایط محیطی نرمال را بدهد. در عین حال که از این استاندارد می‌توان برای مقایسه دو محصول استفاده کرد، می‌توان برای تخمین عملکرد انرژی درب و پنجره‌ها یک ساختمان خاص نیز استفاده کرد.

چند استاندارد اروپایی مرتبط با عملکرد حرارتی پنجره‌ها وجود دارد. این مقاله شامل استانداردهای زیر می باشد:

• ISO 10077-1 عملکرد حرارتی پنجره‌ها، درب‌ها و کرکره‌ها- محاسبه انتقال حرارتی- بخش اول: کلیات

• ISO 10077-2 عملکرد حرارتی پنجره‌ها، درب‌ها و کرکره‌ها- محاسبه انتقال حرارتی- بخش دوم: روش‌های عددی برای فریم‌ها

• ISO 15099 عملکرد حرارتی پنجره‌ها، درب‌ها و ابزارها- محاسبه جزیی

• روش محاسبه برای ضریب U، ضریب G و انتقال نور قابل مشاهده

• استاندارد EN 673 شیشه در ساختمان- تخمین انتقال حرارتی (ضریب U)

• روش محاسبه برای ضریب U در مرکز شیشه

• استاندارد ISO 10292 شیشه در ساختمان- محاسبه حالت ثابت ضریب U (انتقال حرارتی) شیشه‌های چند جداره

• روش محاسبه برای ضریب U مرکز شیشه

• استاندارد EN 410 شیشه در ساختمان- تخمین روشنایی و درخشندگی و ویژگی‌های خورشیدی شیشه‌های چند جداره

• روش محاسبه برای ویژگی‌های خورشیدی شیشه‌های چند جداره

• استاندارد BR 443 برای محاسبه ضریب U

• کنوانسیون بریتانیایی برای محاسبه ضریب U اجزای محیطی ساختمان شامل شیشه‌های شیب دار و عمودی

#مقایسه استانداردها

در این بخش، به مقایسه رتبه بندی عملکرد حرارتی پنجره‌ها با استفاده از استانداردهای آمریکای شمالی (NFRC)، اروپایی (ISO, EN) و استانداردهای PHI پرداخته‌ایم. در آمریکای شمالی پنجره‌ها بر اساس استاندارد NFRC طبقه بندی و گواهی داده می‌شوند. در اروپا، پنجره‌ها بر اساس استانداردهای ISO و EN طبقه بندی و گواهی داده می‌شوند. الزام استاندارد PHI نیز، شبیه سازی عملکرد حرارتی پنجره با استفاده از استاندارد ISO است، اما یک تفاوت کلیدی در اینجا وجود دارد. دمای محیط بیرونی پنجره بر اساس شرایط خاص و متغیر دمایی اعمال می‌شود، اما در استاندارد ISO، دمای بیرونی پنجره برابر 0 درجه سانتی گراد ثابت خواهد بود (اگر شرایط دمای بیرونی پنجره برابر 0 درجه سانتی گراد باشد، آنگاه نتایج شبیه سازی استانداردهای PHI و ISO با هم برابر خواهد بود). به خاطر داشته باشید که این محدودیت‌ها فقط برای پنجره‌های قابل استفاده در خانه های منفعل معنادار خواهند بود.

اگرچه تفاوت‌های خیلی زیادی بین استانداردهای مختلف وجود دارد، تفاوت‌های مهم و اولیه آن‌ها به طور خلاصه در ادامه بیان شده‌اند:

• محدودیت‌های مختلف: NFRC، ISO و PHI از درجه حرارتی مختلف، فیلم‌ها سطحی و توابع تشعشع خورشیدی (برای محاسبه جذب حرارت خورشید) استفاده می‌کنند. این مقادیر در جداول 1 و 2 نمایش داده شده‌اند.

جدول شماره یک: حرارت سطوح بیرونی و داخلی برای ضریب U و جذب حرارت خورشیدی

جدول شماره دو: ضریب فیلم سطوح برای محاسبه ضریب U، شیشه‌های چند جداره عمودی

• تفاوت در اندازه‌گیری جذب حرارت خورشید: دو تفاوت اولیه و مهم بین استانداردهای آمریکای شمالی و اروپایی در این زمینه وجود دارد. اول، استاندارد NFRC ضریب جذب حرارت خورشیدی را برای کل پنجره به صورت یکپارچه اندازه‌گیری می‌کند. در طرف دیگر با استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز خانه‌های منفعل و با در نظر گرفتن مرکز شیشه، یک ضریب جذب حرارتی به نام G-VALUE در نظر گرفته می‌شود. استاندارد ISO، از ضریب G برای کل پنجره یا مرکز پنجره استفاده خواهد کرد. اگرچه گزارش شده است که در اکثر نتایج به دست آمده توسط استاندارد ISO، مرکز شیشه برای محاسبه در نظر گرفته شده است. این یک تفاوت مهم است، زیرا ضریب G در مرکز شیشه از ضریب کل پنجره بیشتر است. دلیل این مورد آن است که قسمت‌های پروفیل پنجره تاثیر شگرفی در کاهش میزان جذب حرارت خورشیدی خواهند داشت. دومین تفاوت در محاسبه جذب حرارت خورشیدی به تفاوت محدودیت‌های استانداردها که شامل درجه حرارتی مختلف و تابع تشعشع خورشیدی می‌گردد.

• تفاوت در محاسبه انتقال حرارت در مرکز شیشه: استانداردهای ISO/PHI از یک روش اندازه‌گیری ساده شده با فرض دمای متوسط در فضای گازی بین شیشه ها استفاده می‌کند.

• استاندارد NFRC متفاوت‌تر از استاندارد ISO عمل می‌کند، به‌گونه‌ای که از یک روش اندازه‌گیری پیچیده‌تری بر پایه رفتارهای انتقال حرارت استفاده می‌کند. این یک عامل بسیار مهم در تفاوت نتایج بدست آمده ضریب U در استانداردهای ISO/PHI نسبت به NFRC ایجاد می‌کند.

• تفاوت در روش ارزیابی انتقال حرارت در راستای فریم پنجره: با استفاده از استاندارد NFRC، ضریب U به صورت ثابت و بر اساس مقدار واقعی IGU شبیه سازی می گردد. اما با روش استاندارد ISO، ضریب U فریم در تمام طول فریم و با ضریب هدایت (ضریب رسانایی) خاص K=0.35 W/M-K برای ضخامت در نظر گرفته می‌شوند. استفاده از این روش شاید باعث نرمالیزه کردن تمام شرایط جهت محاسبه ضریب U و مقایسه فریم‌های به خصوص با هم دیگر باشد، اما از طرف دیگر باعث می‌شود که نتیجه بدست آمده درک درست و واقعی از جریان حرارت در راستای فریم را نداده و معمولا ضریب U بدست آمده همیشه کمتر (بهتر) از نتیجه بدست آمده با استاندارد NFRC خواهد بود.

• روش‌های متفاوت برای محاسبه انتقال حرارت بین شیشه و فریم (لبه شیشه ها): استاندارد NFRC ضریب U را برای شیشه، فریم و اسپیسر در فاصله 63.5 میلی متری (2.5 اینچی) از خط اتصال فریم و شیشه در نظر می‌گیرد. رویه استاندارد ISO از یک انتقال حرارتی خطی یا ضریب Y برای محاسبه انتقال حرارت استفاده می‌کند. انتقال خطی با مقایسه شبیه سازی IGU خاص و اسپیسر نسبت به شبیه سازی جایگذاری پنل کالیبراسیون با ضریب رسانایی خاص در داخل فریم به جای IGU بدست خواهد آمد.

• اندازه‌های متفاوت جهت مقایسه عملکرد انرژی کل محصول به صورت یکپارچه: در عین حال که سایز پنجره‌های ثابت بسیار مشابه یکدیگر هستند (سایز استاندارد NFRC برابر 1.2*1.5 متر و سایز خانه منفعل برابر با 1.23 1.48 متر)، سایز استاندارد NFRC برای دیگر انواع پنجره‌ها بسیار متفاوت است (برای مثال پنجره های تک حالته با ابعاد 1.5 0.6 متر، پنجره‌های دو حالته به ابعاد 0.6 * 1.5 متر). استاندارد NFRC قابلیت گزارش ضریب کل محصول برای ابعادی غیر از ابعاد نرمال خود ندارد. در طرف دیگر، استاندارد خانه‌های منفعل از ابعاد واقعی پنجره مورد آزمایش استفاده می‌کند (مرکز شیشه، فریم، لبه و ... از روی محصول واقعی محاسبه می‌شوند). استاندارد ISO قابلیت اندازه‌گیری ضریب برای کلیه پنجره‌ها با هر سایزی را دارد، اما دیگر سازمان‌های رتبه‌بندی اروپایی فقط از پنجره‌هایی با ابعاد خواسته شده جهت محاسبه ضرایب استفاده می‌کنند. برای مثال، در سیستم مشاوره رتبه‌بندی بریتانیا (BFRC)، ابعاد پنجره خواسته شده به‌گونه‌ای است که باید اندازه کل پنجره (با یک سش متحرک و یک لنگه ثابت و مولیون جداکننده وسط آن‌ها) برابر با 1.23 در 1.48 متر باشد.

• تفاوت در اندازه‌گیری شیشه‌های شیب دار: در استاندارد NFRC، شیشه‌های اسکای لایت (SKYLIGHT) و دیگر شیشه‌های شیب دار همگی به صورت 20 درجه شیب بالای سطح افق اندازه‌گیری و محاسبه می‌شوند. در استاندارد ISO، پارامترها در حالت کاملا عمودی به منظور مقایسه محصولات با یکدیگر اندازه‌گیری می‌شوند. استاندارد PHI اظهار می‌کند که پنجره‌های سقفی باید با زاویه مایل 45 درجه مدلسازی گردند. این تفاوت در زاویه‌ها تاثیر بسیار زیادی بر روی انتقال حرارتی خواهد داشت. اگرچه تفاوت‌های مربوط به این عامل در این مقاله ارزیابی نشده‌اند.

• ارزیابی انتقال حرارت در پنجره در حالتی که بر روی دیوار نصب شده باشد: استاندارد PHI تنها استانداردی است که می‌تواند عملکرد حرارتی پنجره نصب شده را با استفاده از ضریب Y (انتقال خطی محیطی) اندازه‌گیری و محاسبه کند. ضریب y برای پنجره‌های نصب شده در نرم افزارهای مدل سازی استاندارد PHI به عنوان یک عامل مهم اعمال می‌گردد.

#مقایسه ضریب U و ضریب جذب حرارت خورشید

روش

محاسبه ضریب U و جذب حرارت خورشید برای دو پنجره آمریکای شمالی (یکی با فریم وینیل و دیگری با فریم فایبرگلاس) و یک پنجره اروپایی با فریم UPVC اندازه‌گیری شده است. ترکیب هر پنجره و شیشه آن با استفاده از استانداردهای NFRC و ISO شبیه سازی شده‌اند. به خاطر داشته باشید که محدودیت‌های استاندارد ISO، قابل تعمیم به استاندارد PHI در شرایط آب و هوایی سرد (مانند شهرهای ونکوور، تورنتو، اتاوا و مونترال) است. در شرایط آب و هوای متغیر نمی‌توان نتایج استاندارد ISO را به استاندارد PHI تعمیم و گسترش داد.

برای هر نوع فریم، شش واحد مختلف عایق شیشه (IGUs) شبیه سازی شده است که شامل روکش‌های خیلی کم و خیلی زیاد در جذب حرارت خورشید در شیشه‌های دوجداره، شیشه‌های دوجداره با دو سطح پوشش داده شده با 2 و 4 روکش LOW-e، و شیشه‌های سه جداره می‌شود. از انواع ثابت و بازشو برای مدلسازی در این پنجره‌ها استفاده شده است.

شبیه سازی NFRC با استفاده از راهنمایی مطرح شده در دستورالعمل شبیه سازی THERM 6.3 تألیف لاورنس بارکلی در آزمایشگاه ملی انجام گرفته است. از برنامه‌های نرم‌افزاری WINDOW 6.3 و THERM 6.3 برای شبیه سازی در استاندارد NFRC استفاده شده است.

شبیه سازی استاندارد ISO با توجه به رویه‌های مطرح شده "محاسبه عملکرد پنجره در WINDOW6 و THERM 6 و با در نظر گرفتن EN 673 و EN 10077 تألیف لاورنس بارکلی در آزمایشگاه ملی ویرایش سال 2012" تکمیل شده است. از نرم‌افزارهای ورژن WINDOW 7.1 و THERM 7.1 برای محاسبات استفاده شده است. زیرا برای محاسبات EN 673 نیاز به نرم‌افزار WNDOW ورژن 7.1 است در صورتی که با ورژن 6.3 امکان محاسبات EN 673 وجود نخواهد داشت.

نتایج

جدول 1، ضریب U شبیه سازی شده در مرکز شیشه با استفاده از NFRC و ISO در بازه دمای خارجی در شیشه‌های سه جداره پر شده با گاز آرگون و پوشش LOW-e بر روی سطوح 2 و 5 شیشه نشان می‌دهد. این جدول، اندازه بهینه فاصله در هر دو استاندارد در یک دمای محیطی خارجی ثابت را نشان می‌دهد. اندازه فاصله بهینه برای استاندارد NFRC (دمای -18 درجه سانتی گراد) در حدود 14 میلی متر اتفاق می‌افتد، و اندازه فاصله بهینه برای استاندارد ISO و PHI (در دمای 0 درجه سانتی گراد) در حدود 18 میلی متر اتفاق می‌افتد. این همان دلیلی است که محصولات اروپایی معمولا برای شرایط آب و هوایی گرم (دمای بیرونی بیشتر از 0 درجه سانتی گراد) ساخته شده‌اند.

جدول1: ضریب U مرکز شیشه در مقابل اندازه فاصله در استانداردهای NFRC و ISO در درجه دمای بیرونی متفاوت برای شیشه های سه جداره پر شده با گاز آرگون و روکش LOW-e بر روی دو سطح شیشه

جدول شماره 2، ضریب U محاسبه شده توسط استانداردهای NFRC و ISO را برای شش IGU متفاوت از هم نشان می‌دهد. در نمودار شماره 2، شیشه‌های سه جداره سایز فاصله 12.7 میلی متری داشته که در نتیجه مقدار ضریب U مشابه به استاندارد NFRC (همانند سایز فاصله کمتر در جدول شماره 1) دارا است. در طرف دیگر، شیشه‌های دوجداره سایز فاصله 15.875 میلی متری داشته که باعث عملکرد بسیار بهتر با استاندارد ISO نسبت به استاندارد NFRC خواهد شد.

در نمای کلی، نتایج شبیه سازی ضریب U مرکز شیشه در این مقاله، نشان می‌دهد که مقادیر استاندارد NFRC بین صفر و 23% بیشتر (بدتر) از مقادیر استاندارد ISO خواهند بود. اندازه فاصله‌های بهینه شده برای استاندارد NFRC (به طور مثال 12.7 میلی متر) با تفاوت بسیار پایین در این دو استاندارد (0% تا 2%) اندازه‌گیری شد. اما در اندازه فاصله‌های بزرگتر (به طور مثال 15.875 میلی متر) باعث تفاوت بزرگ‌تر (14% تا 23%) در این دو استاندارد خواهد شد.

نمودار شماره 2: ضریب U شبیه سازی شده مرکز شیشه برای مدل‌های مختلف پنجره با استفاده از رویه استانداردهای NFRC و ISO

نمودار شماره 3، نتایج شبیه سازی ضریب U فریم پنجره ثابت را نمایش می‌دهد. روند نمودار برای پنجره‌های متحرک نیز مشابه هستند. ضریب U فریم در این مقاله نشان داد که مقادیر استاندارد NFRC بین 5% کمتر تا 24% بیشتر از مقادیر استاندارد ISO هستند. مقادیر استاندارد ISO به صورت کلی با ضریب U پایین تری همراه هستند، فریم‌های فایبرگلاس نسبت به فریم‌های وینیل، تغییرات کمتری در ضریب U خواهند داشت. دلیل این موضوع آن است که ضریب رسانایی فایبرگلاس در استاندارد NFRC در حالت نرمال، کمتر از ضریب رسانایی همین ماده در استاندارد ISO است.

نمودار شماره 3: ضریب U شبیه سازی شده فریم ثابت برای مدل های مختلف پنجره با استفاده از رویه استانداردهای NFRC و ISO

ضریب U لبه شیشه در استاندارد NFRC بر اساس شبیه سازی حرارتی (THERM) فریم، اسپیسر و IGU صورت می‌پذیرد. اما ضریب Y لبه شیشه در استاندارد ISO بر اساس انتقال حرارتی محاسبه شده با شبیه سازی شیشه‌های چند جداره و پنل‌های کالیبراسیون معنا پیدا می‌کند. در نتیجه، یک مقایسه معنادار بین استاندارد NFRC و ISO برای مقدار لبه شیشه وجود نخواهد داشت. زیرا در استاندارد NFRC از پنل کالیبراسیون استفاده نمی‌شود. به همین دلیل از نشان دادن نمودار مقایسه لبه شیشه این دو استاندارد اجتناب شده است.

نمودار 4، نتیجه شبیه سازی ضریب U محاسبه شده کل پنجره برای چندین نوع پنجره ثابت را نشان می‌دهد. تمامی ضریب‌های U پنجره‌ها در این مقاله نشان می‌دهند که مقادیر استاندارد NFRC بین 14% کمتر تا 18% بیشتر از مقادیر استاندارد ISO هستند. پنجره‌های سه جداره تولید شده در آمریکای شمالی ضریب U بسیار مشابه (با توجه به سایز اندازه کوچکتر از 12.7 میلی متر) در استانداردهای NFRC/ISO خواهند داشت. پنجره‌های دوجداره شبیه سازی شده دارای اندازه فاصله بزرگتری (15.875 میلی متر) هستند و در نتیجه در استاندارد ISO به طرز چشمگیری عملکرد بهتری دارند. با مقایسه نمودار 4 (ضریب U برای کل پنجره) نسبت به نمودار شماره 1 (مقدار ضریب U برای مرکز شیشه)، مدرک و سندی برای اثبات آن است که مرکز شیشه تاثیر بسیار زیادی بر روی نتیجه کل پنجره خواهد داشت.

نمودار شماره 4: ضریب U شبیه سازی شده کل پنجره برای انواع مختلفی از پنجره با استفاده از رویه استانداردهای ISO و NFRC.

نمودار شماره 5، مقادیر محاسبه شده جذب حرارت خورشید توسط مرکز شیشه و کل پنجره توسط استانداردهای NFRC و ISO را نشان می‌دهد. مقادیر جذب حرارت خورشید برای مرکز شیشه در استاندارد NFRC بین 1% تا 8% کمتر از استاندارد ISO هستند. مقادیر جذب حرارت خورشید برای کل پنجره تا 50% کمتر از مقادیر محاسبه شده برای مرکز شیشه هستند. این به خاطر آن است که بیشتر مساحت شیشه توسط فریم‌ها پوشانده می‌شوند.

نمودار شماره 5: مقادیر جذب حرارت خورشید شبیه سازی شده برای مرکز شیشه و کل پنجره (برای انواع پنجره) با استفاده از رویه استانداردهای NFRC و ISO .

#نتیجه گیری

این مقاله سعی کرده است تا نتایج شبیه سازی را برای درک بهتر از تفاوت‌های بین رتبه‌بندی استانداردهای آمریکای شمالی، اروپا و پنجره خانه های منفعل را از نظر عملکرد حرارتی آنها به نمایش بگذارد. تفاوت‌های بین سیستم‌های رتبه‌بندی پنجره‌ها ممکن است باعث ایجاد چالش‌هایی در زمینه تایید صلاحیت محصولات آمریکای شمالی جهت استفاده در سازه خانه‌های منفعل و یا تایید صلاحیت محصولات اروپایی جهت استفاده در ساختمان‌های واقع در آمریکای شمالی گردد.

این مقاله به دنبال شناسایی و درک تفاوت‌ها از نظر کمیت بین سیستم‌های رتبه‌بندی به منظور فراهم کردن بستر آماده برای طراحان بوده است.

چند نقطه نظر خاص در خصوص انتخاب پنجره را می‌توان از این مقاله بیرون کشید. اولا، باید به این درک برسیم که مقادیر ضریب U محاسبه شده توسط استانداردهای ISO، NFRC و PHI قابل مقایسه با هم نیستند، زیرا روش‌های محاسبه آن ها با هم متفاوت است. برای مثال، در زمان مقایسه یک محصول از اروپا نسبت به یک محصول ساخته شده در آمریکای شمالی، طراحان باید به دنبال نتایج بدست آمده از یک استاندارد مشابه باشند. در ادامه، شاید بهتر باشد که صنعت درب و پنجره سازی یک زیرشاخه برای مقادیر ضریب U در استانداردهای ISO و NFRC به منظور ایجاد تفاوت بین مقادیر ضریب U آمریکای شمالی و اروپا در نظر بگیرد (برای مثال Unfrc و Uiso).

بیشتر پنجره‌های ساخته شده در آمریکای شمالی با عملکرد استاندارد اروپا مطابقت ندارند، زیرا این پنجره‌ها برای فاصله‌های کم گازی که ضریب U کمتری در استاندارد NFRC بهینه سازی شده‌اند. شرکت‌های سازنده در آمریکای شمالی می‌توانند با توسعه محصولات خود و با افزایش فاصله گازی بهینه شده، به ضریب U کمتری تحت استاندارد ISO/PHI دسترسی داشته باشند.

به طور خاص، محصولاتی با عملکرد عالی و شیشه‌های سه جداره همراه با فریم‌های با ضریب رسانایی بسیار پایین (مانند فایبرگلاس، وینیل یا چوب) ساخته شده در اروپا و آمریکای شمالی به صورت معمول دارای ضریب U مشابه در استاندارد NFRC خواهند بود، اما ضریب U آن‌ها در استانداردهای ISO و PHI متفاوت خواهد بود. در این موارد، ضریب U محصولات اروپایی با استاندارد ISO/PHI به صورت معمول بهتر (کمتر) خواهند بود و تفاوت آن‌ها شاید به بیشتر از 25% هم برسد.

همچنین برای طراحان بسیار مهم است تا از تفاوت‌های مقادیر جذب حرارت خورشید آگاهی داشته باشند. ضریب جذب حرارت خورشید (ضریب G) در استاندارد PHI در مرکز شیشه خواهد بود، اما ضریب جذب حرارت خورشید (ضریب SHGC) در استاندارد NFRC مربوط به کل پنجره خواهد شد. این مقاله نشان داد که ضریب کل پنجره می تواند تا 50% کمتر از ضریب مرکز شیشه باشد.

ضریب U معمولا برای انتخاب پنجره و آنالیز آن از نظر کاهش مصرف انرژی است. در عین حال، هر کدام از استانداردها (NFRC, ISO, PHI) نقاط قوت و ضعف خود را دارند و هیچ کدام یک پنجره بهینه کامل را برای استفاده در ساختمان به شما پیشنهاد نمی‌دهند. ضریب U پنجره می‌تواند با توجه به شرایط آب و هوایی متغیر باشد. مقدار ضریب U در استاندارد NFRC در شرایط دمای -18 درجه سانتی گراد در بیرون از خانه مدل سازی می‌شود. این شرایط آب و هوایی در بیشتر مناطق آمریکای شمالی و در دمای متوسط فصل زمستان وجود نخواهد داشت. همچنین دمای -18 درجه سانتی گراد در بیشتر نقاط زمین از متوسط دمای فصل زمستان بسیار پایین‌تر است. این مقدار در استاندارد NFRC دقت کمتری را برای محاسبه مصرف انرژی سالیانه و انتخاب بهینه خواهد داشت. در طرف دیگر، دمای بیرون پنجره در استاندارد ISO برابر با 0 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می‌شود که برای محاسبه مصرف انرژی سالیانه دقیق‌تر خواهد بود. دمای بیشتر در بیرون پنجره باعث ضریب U بهتر (کمتر) پنجره خواهد شد. درک این موارد برای طراحان و آگاه کردن آن‌ها از اینکه پنجره بهینه در شرایط آب و هوایی خاص، قابل شناسایی از روی ضریب U بدست آمده از یک سیستم رتبه‌بندی نیست، تاثیر بسیار زیادی خواهد داشت.