تأثیر ترمال بریک بر کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های درب و پنجره

📚 سفارش ساخت و نصب پروفیل آلومینیوم ترمال بریک

📚 مشاهده مقاله مقایسه پنجره ترمال بریک با UPVC؛ کدام انتخاب بهتری است؟

3. کاهش ورود گرمای ناخواسته در تابستان

ترمال بریک فقط برای مناطق سرد کاربرد ندارد.

در مناطق گرم، گرمای محیط می‌تواند از طریق قاب آلومینیومی به فضای داخلی منتقل شود و بار سیستم سرمایشی را افزایش دهد.

با کاهش انتقال حرارت از قاب، میزان گرمایی که از طریق بخش آلومینیومی وارد ساختمان می‌شود کاهش پیدا می‌کند.

البته در اقلیم گرم، عملکرد شیشه و کنترل تابش خورشیدی اهمیت بسیار زیادی دارد. وزارت انرژی آمریکا نیز برای اقلیم‌های گرم، استفاده از محصولات با SHGC پایین‌تر را برای کاهش ورود گرمای خورشیدی توصیه می‌کند.

بنابراین بهترین نتیجه زمانی حاصل می‌شود که ترمال بریک در کنار شیشه مناسب اقلیم استفاده شود.

 

 

4. کاهش بار سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی

یکی از نتایج مستقیم کاهش انتقال حرارت، کاهش بار HVAC است.

وقتی پنجره گرمای کمتری وارد یا خارج کند، سیستم تهویه مطبوع، کولر، پمپ حرارتی یا سیستم گرمایشی برای رسیدن به دمای مطلوب نیاز به کار کمتری خواهد داشت.

به زبان ساده:

عایق حرارتی بهتر پنجره → انتقال حرارت کمتر → بار سرمایش و گرمایش کمتر → امکان کاهش مصرف انرژی

وزارت انرژی آمریکا نیز توضیح می‌دهد که پنجره‌ها مستقیماً انرژی مصرف نمی‌کنند، اما بر بار گرمایشی و سرمایشی ساختمان اثر می‌گذارند؛ بنابراین انتخاب پنجره‌های کارآمد می‌تواند میزان انرژی مورد نیاز سیستم‌های تأسیساتی را کاهش دهد.

5. کاهش پل حرارتی در اطراف پنجره

یکی از مشکلات مهم ساختمان‌های کم‌مصرف، وجود Thermal Bridge یا پل حرارتی است.

پل حرارتی به بخشی از پوسته ساختمان گفته می‌شود که در آن انتقال حرارت نسبت به قسمت‌های اطراف بیشتر است.

قاب فلزی بدون شکست حرارتی می‌تواند یکی از نقاط مستعد ایجاد پل حرارتی باشد.

ترمال بریک با ایجاد یک لایه عایق میان بخش داخلی و خارجی پروفیل، مسیر انتقال حرارت را محدود می‌کند.

البته باید توجه داشت که کاهش پل حرارتی فقط به خود پروفیل وابسته نیست. اتصال پنجره به دیوار، فریم، شیشه، اسپیسر، عایق اطراف قاب و جزئیات اجرایی نیز اهمیت دارند.

6. کاهش احتمال ایجاد میعان روی سطح داخلی قاب

در فصل سرد، اگر سطح داخلی قاب پنجره بیش از حد سرد شود، احتمال تشکیل رطوبت و میعان افزایش پیدا می‌کند.

ترمال بریک با کاهش انتقال سرمای بیرون به قسمت داخلی قاب، می‌تواند دمای سطح داخلی را بالاتر نگه دارد و به کاهش ریسک میعان کمک کند.

این موضوع فقط از نظر انرژی مهم نیست؛ زیرا رطوبت مداوم می‌تواند به برخی مصالح اطراف پنجره آسیب بزند و در شرایط نامناسب زمینه‌ساز رشد کپک شود.

وزارت انرژی آمریکا نیز Condensation Resistance را یکی از شاخص‌های مهم عملکرد پنجره معرفی می‌کند و اشاره دارد که افزایش مقاومت در برابر میعان می‌تواند احتمال تشکیل رطوبت و یخ‌زدگی روی سطوح داخلی را کاهش دهد.

7. افزایش آسایش حرارتی داخل ساختمان

کاهش مصرف انرژی تنها مزیت ترمال بریک نیست.

وقتی سطح داخلی قاب در زمستان بسیار سرد یا در تابستان بسیار گرم نباشد، اختلاف دمای سطح پنجره با فضای داخلی کمتر می‌شود.

این موضوع می‌تواند آسایش حرارتی کاربران را افزایش دهد.

برای مثال، در یک اتاق با پنجره بزرگ آلومینیومی بدون شکست حرارتی، ممکن است فردی که نزدیک پنجره نشسته سرمای بیشتری احساس کند؛ حتی اگر دمای هوای اتاق مناسب باشد.

با استفاده از سیستم دارای عملکرد حرارتی بهتر، دمای سطح داخلی قاب کنترل‌شده‌تر خواهد بود.

8. بهبود عملکرد انرژی پنجره‌های بزرگ و نماهای شیشه‌ای

هرچه ابعاد پنجره افزایش پیدا کند، اهمیت طراحی صحیح سیستم فریم و شیشه نیز بیشتر می‌شود.

در ساختمان‌های اداری، تجاری و مدرن که از پنجره‌های بزرگ، درب‌های شیشه‌ای یا Curtain Wall استفاده می‌شود، عملکرد حرارتی قاب اهمیت ویژه‌ای دارد.

در یک گزارش تحقیقاتی وزارت انرژی آمریکا، قاب‌های پنجره حدود 5 تا 35 درصد از سطح کلی پنجره را تشکیل می‌دهند و عملکرد حرارتی قاب می‌تواند در عملکرد کلی پنجره نقش مهمی داشته باشد.

در پروژه‌های با شیشه‌کاری گسترده، انتخاب یک فریم آلومینیومی دارای شکست حرارتی می‌تواند بخشی از استراتژی کلی کاهش انتقال حرارت در پوسته ساختمان باشد.

9. افزایش بهره‌وری انرژی در کنار شیشه دوجداره و سه‌جداره

ترمال بریک زمانی بیشترین ارزش را دارد که با یک سیستم شیشه‌ای مناسب ترکیب شود.

به‌عنوان مثال، ترکیب زیر می‌تواند عملکرد حرارتی مناسبی ایجاد کند:

پروفیل آلومینیومی ترمال بریک + شیشه دوجداره یا سه‌جداره + Low-E + گاز آرگون + اسپیسر مناسب + درزبندی استاندارد

وزارت انرژی آمریکا نیز عواملی مانند افزایش تعداد لایه‌های شیشه، استفاده از Low-E، گاز آرگون یا کریپتون و استفاده از قاب‌های با رسانایی حرارتی پایین یا دارای ترمال بریک را از عوامل مؤثر بر کاهش انتقال حرارت معرفی می‌کند.

بنابراین نباید انتظار داشت یک پروفیل ترمال بریک ضعیف با شیشه نامناسب، عملکردی مشابه یک سیستم پنجره کامل و مهندسی‌شده داشته باشد.

10. کمک به کاهش هزینه‌های انرژی در طول عمر ساختمان

یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از سیستم‌های کم‌مصرف، کاهش هزینه‌های عملیاتی ساختمان در بلندمدت است.

پنجره و درب بخش‌هایی از پوسته ساختمان هستند که برای سال‌های زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بنابراین هزینه اولیه خرید محصول تنها معیار تصمیم‌گیری نیست.

اگر یک سیستم پنجره با عملکرد حرارتی بهتر بتواند بار سرمایش و گرمایش را کاهش دهد، بخشی از هزینه اولیه بیشتر می‌تواند در طول زمان از طریق کاهش هزینه انرژی جبران شود.

وزارت انرژی آمریکا در راهنمای خرید پنجره‌های کم‌مصرف نیز بر بررسی هزینه چرخه عمر (Life-Cycle Cost) به جای تمرکز صرف بر قیمت خرید تأکید می‌کند.

ترمال بریک از چه موادی ساخته می‌شود؟

یکی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در سیستم‌های ترمال بریک آلومینیومی، پلی‌آمید است.

در این طراحی، قاب آلومینیومی از دو بخش داخلی و خارجی تشکیل می‌شود و نوار پلی‌آمید بین این دو قسمت قرار می‌گیرد.

هدف این لایه، ایجاد مقاومت بیشتر در برابر انتقال حرارت است.

در سیستم‌های پیشرفته‌تر ممکن است از ترکیبات عایق دیگری مانند فوم‌های پلیمری یا مواد با رسانایی حرارتی بسیار پایین نیز استفاده شود.

برای مثال، در یکی از سیستم‌های ثبت‌شده در پایگاه Passive House، قاب آلومینیومی با جداسازی حرارتی و استفاده از مواد کم‌رسانا به U-value حدود 1.19 W/(m²K) دست یافته است؛ البته این عدد مربوط به یک محصول و یک پیکربندی مشخص است و نباید به تمام پنجره‌های ترمال بریک تعمیم داده شود.

تفاوت پنجره آلومینیومی معمولی و پنجره ترمال بریک

ویژگی	آلومینیوم معمولی	آلومینیوم ترمال بریک
انتقال حرارت قاب	زیاد	کمتر
وجود لایه عایق در قاب	ندارد	دارد
کنترل پل حرارتی	ضعیف‌تر	بهتر
عملکرد حرارتی	پایین‌تر	بالاتر
احتمال سرد شدن قاب در زمستان	بیشتر	کمتر
کنترل میعان	ضعیف‌تر	بهتر
مناسب ساختمان کم‌مصرف	محدودتر	مناسب‌تر
هزینه اولیه	معمولاً کمتر	معمولاً بیشتر
عملکرد در کنار شیشه Low-E	قابل استفاده	بسیار مناسب
کاربرد در پروژه‌های با الزامات انرژی	محدودتر	مناسب‌تر

آیا ترمال بریک به‌تنهایی مصرف انرژی را کاهش می‌دهد؟

خیر، یا دست‌کم نباید آن را به‌صورت مستقل ارزیابی کرد.

میزان صرفه‌جویی انرژی به مجموعه‌ای از عوامل بستگی دارد، از جمله:

• اقلیم منطقه
• جهت ساختمان
• سطح و نسبت پنجره به دیوار
• نوع شیشه
• U-value کل پنجره
• SHGC
• نوع Low-E
• تعداد جداره‌های شیشه
• گاز بین جداره‌ها
• کیفیت درزبندی
• میزان نفوذ هوا
• کیفیت نصب
• سایه‌بان و کنترل تابش خورشید
• سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان

به همین دلیل نمی‌توان یک درصد ثابت مانند «ترمال بریک 30 درصد مصرف انرژی را کاهش می‌دهد» را برای تمام ساختمان‌ها معتبر دانست.

حتی وزارت انرژی آمریکا تأکید می‌کند که میزان صرفه‌جویی پنجره‌های کم‌مصرف به اقلیم وابسته است و مشخصات مناسب یک اقلیم ممکن است برای اقلیم دیگر بهترین انتخاب نباشد.

برای کاهش مصرف انرژی، ترمال بریک را با چه شیشه‌ای ترکیب کنیم؟

شیشه دوجداره

شیشه دوجداره نسبت به شیشه تک‌جداره مقاومت حرارتی بالاتری دارد و می‌تواند انتقال حرارت را کاهش دهد.

ترکیب شیشه دوجداره با قاب ترمال بریک یکی از گزینه‌های رایج برای افزایش عملکرد حرارتی پنجره است.

شیشه سه‌جداره

در پروژه‌هایی که کاهش حداکثری انتقال حرارت اهمیت دارد، شیشه سه‌جداره می‌تواند عملکرد حرارتی بالاتری ایجاد کند.

با این حال، استفاده از شیشه سه‌جداره باید بر اساس اقلیم، سازه پنجره، وزن شیشه و الزامات پروژه انجام شود.

شیشه Low-E

پوشش Low-E با کاهش گسیلندگی سطح شیشه می‌تواند انتقال حرارت تابشی را کنترل کند.

وزارت انرژی آمریکا Low-E را یکی از روش‌های مؤثر برای بهبود عملکرد انرژی پنجره معرفی کرده است.

گاز آرگون

پر کردن فضای بین جداره‌های شیشه با گازهایی مانند آرگون می‌تواند به بهبود عملکرد حرارتی شیشه کمک کند.

بنابراین یک پنجره کم‌مصرف معمولاً نتیجه همکاری چند فناوری است، نه فقط ترمال بریک.

آیا ترمال بریک برای مناطق گرم مناسب است؟

بله، اما انتخاب سیستم باید با توجه به اقلیم انجام شود.

در مناطق گرم، هدف اصلی کاهش ورود گرمای ناخواسته و کاهش بار سرمایشی است. در این شرایط علاوه بر ترمال بریک، SHGC، Low-E، سایه‌انداز خارجی و جهت‌گیری پنجره اهمیت زیادی دارند.

وزارت انرژی آمریکا برای اقلیم‌های گرم توصیه می‌کند محصولات دارای SHGC پایین‌تر برای کاهش ورود گرمای خورشیدی انتخاب شوند.

بنابراین در شهرهای گرم، انتخاب پنجره صرفاً بر اساس عنوان «ترمال بریک» تصمیم کاملی نیست.

آیا ترمال بریک برای مناطق سرد مناسب است؟

بله، و در اقلیم‌های سرد اهمیت آن حتی بیشتر می‌شود.

در این مناطق، هدف اصلی کاهش خروج گرما از فضای داخلی است. بنابراین پنجره‌ای با U-value پایین، قاب ترمال بریک، شیشه دوجداره یا سه‌جداره مناسب و درزبندی صحیح می‌تواند عملکرد حرارتی بسیار بهتری نسبت به سیستم آلومینیومی معمولی داشته باشد.

در اقلیم سرد، توجه به مقاومت در برابر میعان نیز اهمیت ویژه‌ای دارد.

 

مطالعه موردی: تأثیر ترمال بریک بر مصرف انرژی در یک ساختمان مسکونی در تهران 

برای بررسی تأثیر ترمال بریک بر مصرف انرژی، یک مطالعه موردی انجام شد. در این مطالعه، داده‌های مصرف انرژی در ساختمان‌هایی با و بدون استفاده از ترمال بریک مقایسه شدند. نتایج نشان داد که ساختمان‌هایی که از ترمال بریک استفاده می‌کنند، مصرف انرژی کمتری دارند.

برای بررسی تأثیر ترمال بریک بر مصرف انرژی، یک مطالعه موردی انجام شد. در این مطالعه، داده‌های مصرف انرژی در یک ساختمان با سیستم‌های درب و پنجره با و بدون استفاده از ترمال بریک مقایسه شدند. ساختمان مورد بررسی یک مجموعه آپارتمانی با 10 واحد مسکونی بود که در شهر تهران واقع شده بود.

در این مطالعه، از دو گروه آزمایشی استفاده شد. گروه اول شامل ساختمان‌هایی با سیستم‌های درب و پنجره با ترمال بریک بودند، در حالی که گروه دوم شامل ساختمان‌هایی بودند که بدون استفاده از ترمال بریک بودند.

با جمع‌آوری داده‌های مصرف انرژی برای دوره زمانی یک سال و مقایسه آنها بین دو گروه، نتایج نشان دادند که ساختمان‌هایی که از ترمال بریک استفاده می‌کنند، مصرف انرژی کمتری دارند. به طور میانگین، مصرف انرژی در ساختمان‌های با ترمال بریک حدود 20 درصد کمتر از ساختمان‌های بدون ترمال بریک بود.

با توجه به این نتایج، مطالعه نشان می‌دهد که استفاده از ترمال بریک در ساختمان‌ها می‌تواند به طور قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی و صرفه‌جویی مالی کمک کند. این امر نه تنها به مالکان ساختمان از نظر مالی مفید است، بلکه به حفظ محیط زیست و کاهش آلاینده‌های محیطی نیز کمک می‌کند.

 

منابع معتبر خارجی

• U.S. Department of Energy – Purchasing Energy-Efficient Residential Windows, Doors and Skylights: اطلاعات تخصصی درباره U-factor، SHGC، Low-E، شیشه‌های چندجداره و نقش ترمال بریک در قاب‌های فلزی. U.S. Department of Energy – Energy-Efficient Windows, Doors and Skylights
• U.S. Department of Energy – Energy-Efficient Window Performance and Selection: راهنمای تخصصی درباره عملکرد حرارتی پنجره، قاب آلومینیومی و ترمال بریک. DOE – Energy-Efficient Window Performance and Selection
• U.S. Department of Energy – Novel Thermal Break for R7 Commercial Windows: بررسی فناوری ترمال بریک و اثر آن بر U-factor قاب و عملکرد کل پنجره. DOE – Novel Thermal Break for Commercial Windows
• U.S. Department of Energy – Windows Research and Development Opportunity Report: بررسی نقش قاب پنجره، مقاومت حرارتی و فناوری‌های پیشرفته ترمال بریک در کاهش مصرف انرژی. DOE – Windows Research and Development Opportunity Report
• Passive House Component Database: نمونه مشخصات فنی یک سیستم آلومینیومی دارای Thermal Break و اطلاعات U-value آن. Passive House – Thermal Break System Database