الزجاج (النافذة)

تتمثل استراتيجية الحد من التوصيل الحراري في استخدام الزجاج العازل ، حيث تُستخدم لوحتان أو أكثر من الزجاج على التوالي، يفصل بين كل منها مسافة. تُعد النوافذ ذات اللوحتين الزجاجيتين هي المعيار في المباني السكنية الجديدة، لأنها توفر توفيرًا كبيرًا في الطاقة مقارنةً بالزجاج ذي اللوح الواحد. يتميز كل لوح زجاجي على حدة بخصائص عزل ضعيفة، حيث تبلغ قيمة العزل (R-value) ، أو مقياس مقاومة الجسم للتوصيل الحراري، 0.9.

مع ذلك، عند وضع لوحين زجاجيين متصلين على التوالي مع وجود فجوة بينهما، وتثبيتهما وإحكام إغلاقهما بواسطة فاصل، يعمل الغاز الساكن في الفجوة كعازل. يختلف حجم الفجوة الأمثل باختلاف الموقع، ولكنه يتراوح في المتوسط ​​بين 15 و18  مم، مما يعطي حجمًا نهائيًا للتجميع يتراوح بين 23 و26  مم بافتراض سمك زجاج نموذجي يبلغ 4  مم. ^{[ 9 ]} تتميز النافذة ذات اللوحين الزجاجيين مع وجود هواء في الفجوة بقيمة مقاومة حرارية (R-value) تبلغ 2.1، وهي أفضل بكثير من 0.9 التي يحققها لوح زجاجي واحد. أما النافذة ذات الثلاثة ألواح، وهي أقل شيوعًا ولكنها تُستخدم أحيانًا في البيئات ذات درجات الحرارة القصوى، فتبلغ قيمة مقاومتها الحرارية 3.2. على الرغم من أن هذه القيم أقل بكثير من قيم الجدران، التي تبدأ قيم مقاومتها الحرارية من 12 إلى 15، إلا أن انخفاض انتقال الحرارة يظل كبيرًا. ويمكن الحصول على قيم مقاومة حرارية أعلى عن طريق ملء الفجوة بغاز أقل توصيلًا للحرارة مثل الأرجون (أو، في حالات أقل شيوعًا، الكريبتون أو الزينون). ^{[ 10 ]}

تتمثل إحدى الطرق البديلة لتقليل التوصيل الحراري في إنشاء فراغ والحفاظ عليه بين لوحي الزجاج، مما يحقق قيمة عزل حراري عالية جدًا تبلغ 10، مع تقليل الفجوة المطلوبة بين اللوحين إلى 2  مم، وبالتالي الوصول إلى حجم تجميع صغير يصل إلى 10  مم. طُرحت هذه التقنية تجاريًا لأول مرة عام 1996، وعلى الرغم من إنتاج ملايين الوحدات منها خلال العقود اللاحقة، إلا أنها لا تزال باهظة الثمن بالنسبة لمعظم الاستخدامات، ولم تشهد انتشارًا واسعًا حتى الآن. ^{[ 11 ]}

تتضمن استراتيجية الحد من الإشعاع طلاء الزجاج بطبقة منخفضة الانبعاثية (Low-E)، والتي تعكس جزءًا كبيرًا من الأشعة تحت الحمراء الساقطة عليه. يوجد نوعان من هذه الطبقة. ^{[ 12 ]} النوع الأول هو Solar Control Low-E، حيث يهدف إلى حجب الإشعاع الشمسي الوارد، مما يقلل من اكتساب الحرارة داخل المبنى، وبالتالي تكاليف التبريد المرتبطة بإزالة هذه الحرارة. عند تركيبه على نافذة مزدوجة الزجاج، توضع الطبقة على السطح الداخلي للزجاج الخارجي، ويمكن وضعها أيضًا على السطح الداخلي للزجاج الداخلي لتحسين أداء العزل. يُعد هذا النوع من الطلاء الأنسب للمناخات التي تتطلب تبريدًا مكثفًا والمباني ذات الأحمال الداخلية الكبيرة، حيث يكون الهدف الأساسي هو منع ارتفاع درجة حرارة المباني.

في المناخات التي يغلب عليها التدفئة، يُعدّ النوع الثاني من الطلاءات منخفضة الانبعاثية أكثر ملاءمة. وهو الطلاء السلبي منخفض الانبعاثية، حيث يهدف إلى الاحتفاظ بالحرارة داخل المبنى. لا تحجب هذه الطلاءات الكثير من الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة القادمة من الشمس، ولكنها تحجب الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة القادمة من الداخل، ما يجعلها أشبه ببيت زجاجي. تُوضع هذه الطلاءات على اللوح الزجاجي الداخلي، وعلى الوجه الخارجي إذا رُغِبَ في تقليل اكتساب الحرارة الشمسية، وعلى الوجه الداخلي إذا رُغِبَ في زيادة اكتساب الحرارة الشمسية. خاصةً عند دمجها مع النوافذ ذات الألواح المزدوجة أو الثلاثية، يمكن أن تكون قيم العزل الحراري (R-value) التي تُحققها الطلاءات منخفضة الانبعاثية عالية جدًا، حيث تصل قيمة العزل الحراري لنافذة ثلاثية الألواح مملوءة بغاز الأرجون ومغطاة بطبقة واحدة منخفضة الانبعاثية إلى 5.4. ^{[ 10 ]} من عيوب الطلاءات منخفضة الانبعاثية أنها، على الرغم من أنها تهدف في المقام الأول إلى تقليل كمية الأشعة تحت الحمراء التي تمر عبر النافذة، إلا أنها تُقلل أيضًا من كمية الضوء المرئي الذي يمر عبرها، وقد يتطلب المبنى نتيجةً لذلك زيادة في استهلاك الإضاءة.

توجد طريقتان لتطبيق طلاء Low-E على الزجاج: الطلاء الصلب والطلاء المرن. يُطبّق الطلاء الصلب إما أثناء عملية تصنيع الزجاج المصقول أو بعدها مباشرةً. ينتج عن هذه الطريقة طلاء متين للغاية وغير مكلف، حيث يُضاف خلال عملية الإنتاج الحالية. مع ذلك، فهو أقل كفاءة في استهلاك الطاقة ويسمح بمرور كمية أكبر من الأشعة تحت الحمراء مقارنةً بالطلاء المرن. أما الطلاء المرن، فيُطبّق بعد تصنيع الزجاج وتقطيعه، ويكون عادةً أكثر شفافية وأفضل في العزل. لكن هذه الخطوة التصنيعية الإضافية تزيد من تكلفة الإنتاج، كما أن الطلاء يتلف عند تعرضه للعوامل الجوية، لذا لا يُمكن وضعه إلا على الأسطح الداخلية للنوافذ ذات الزجاج المزدوج. عمومًا، نوافذ Low-E للتحكم الشمسي ذات طلاء مرن، بينما نوافذ Low-E السلبية ذات طلاء صلب نظرًا لانخفاض انبعاثية الطلاء المرن. ^{[ 13 ] [ 14 ]}