Table of Contents
הבנת האופן שבו בניינים צורכים אנרגיה היא מרכזית בעיצוב בר קיימא ויעילות תפעולית.בין המשתנים הרבים המשפיעים על ביצועי תרמית והה תאורה של הבניין, יחס החלון-לקיר (WR) בולט כאחד המשתנים הרבים ביותר.המדד הפשוט הזה מלוכד את אחוז שטח הקיר החיצוני של חזיתית, אשר הוא זוהר, שינויים אסתטיים קטנים ביחס זה יכול לקרוע באמצעות חימום, קירור אנרגיה, שימוש משמעותי יותר ויותר, אך לא רק במהנדסים.
בהקשר של הידוק קודי אנרגיה, עלייה בעלויות התפעוליות, והגדלת ההקצאות הסביבתיות, קבלת יחס החלון לקירול הפך לאתגר עיצוב קריטי. מאמר זה חוקר מה המשמעות של WR, כיצד זה משפיע על היבטים שונים של ביצועי אנרגיה, ומה גורמים אנשי מקצוע צריכים לשקול כדי להשיג איזון אופטימלי.
Defining Window-to-Wall Ratio
יחס החלון-לקיר הוא חישוב פשוט: האזור הכולל של בוהק שקוף או translucent על חזית המחולקת על ידי שטח הקיר הגס הכולל של החזית, אשר ביטא כאחוז.לדוגמה, אם בניין יש 500 מטרים רבועים של שטח קיר ו-150 מטרים רבועים של חלונות, ה-WWR הוא 30 אחוזים.
ערכי WR טיפוסיים בבניינים מסחריים ומבני מגורים נעים בין 20 ל 60 אחוזים, אם כי מבנים וול וילונות זוהרים מאוד יכולים להגיע ל 80 אחוזים או יותר מבחינה היסטורית, מבנים באקלים ממוזגים המשמשים את ה-WRs כדי לשמר חום, בעוד מגמות אדריכליות מודרניות מעדיף שקיפות ואור היום לדחוף את היחסים קדימה.
חשוב להבחין בין ה-WR הגולמי לבין ה- netWR. יחס גולמי כולל מסגרות, מוטציות ופאנלים מקיפים בתוך אזור החלון, בעוד היחס נטו רואה רק את הבוהק שקוף.רוב מודלים אנרגיה ונתיבי תאימות קוד משתמשים ב-Walderal WorldR, אך ערכי רשת חשובים יותר לניתוח יום חישובים וביצועים תרמיים.
כיצד WARR מניע אנרגיה
יחס החלון-לקיר משפיע על בניית ביצועי אנרגיה באמצעות שלושה מנגנונים עיקריים: שידור תרמי, רווח חום סולארי, וחדירה לאור יום.כל אחד מהמסלולים הללו אינטראקציה עם המערכות המכאניות של הבניין בדרכים נפרדות, לעתים קרובות יוצר דרישות מתחרות שיש ליישב במהלך עיצוב.
המונחים: Heating and Cooling
Windows הם הקישור התרמית החלש ביותר ברוב המעטפות הבניין.גם עם ביצועים גבוהים בוהק, את המקדם הכולל של העברת חום (U-value) של הרכבה החלון גבוה משמעותית מזה של קיר מבודד.כפי ש-WWR גדל, ההתנגדות התרמית הכוללת של המעטפה יורדת, המוביל לאובדן חום התנהגות גבוה יותר בחורף ועלייה גדולה יותר חום במהלך הקיץ.
באקלים קר, עלייה של 10 אחוזים ב-WWR יכולה להעלות את השימוש באנרגיה חימום שנתי ב-5 עד 15%, בהתאם לאיכות ולנטייה זוהרת. באקלים חם, עלייה זו יכולה להעלות את צריכת האנרגיה הקירור על ידי שולי דומה, במיוחד אם לבוהק יש רווח חום גבוה חום השמש עלייה יעילה יותר (GC) מערכת היחסים אינה ליניארית מעבר לסף מסוים, עונשי האנרגיה מאיצים כי חזיתות הבניין לא יכולות להיות יותר לטמפרטורות חיצוניות.
עם זאת, ההשפעה התרמית של WR ניתן להפחית באמצעות מפרט זוהר. ציפויים נמוכים, כפול או משולש בוהק, וגז ממלא את כל שיפור ערכי U-GC, המאפשר למעצבים להשתמש חלונות גדולים יותר ללא עומסים תרמיים מוגברת באופן יחסי.המסחר-off הוא עלות ראשונית גבוהה יותר, אשר יש לשקול נגד חיסכון באנרגיה לטווח ארוך.
תאורה מלאכותית ו-Artificial Light
אחד הטיעונים החזקים ביותר עבור גבוה יותר WR הוא אור יום. ובכן, אור טבעי מחולק להפחית את הצורך תאורה חשמלית, אשר מהווה 15% עד 25 אחוזים של שימוש באנרגיה בבניית מסחרי. מחקרים הראו כי חללי משרדים עם חזיתות אור יום יכול לקצץ צריכת אנרגיה תאורה עד 30 עד 60 אחוזים במהלך שעות כבושות, תוך שיפור שביעות הרצון והפרודוקטיביות של הדיירים.
המפתח הוא כי הטבות אור יום אינן פרופורציה לחלוטין ל-WR. מעבר לנקודה מסוימת, בוהק נוסף מייצר החזרות אור יום שולי תוך הגדלת הסיכון הזוהר, אי הנוחות, והעומס התרמי.עבור חללים בודדים, חדירה קלה לאור היום בדרך כלל משתרעת לעומק של 1.5 עד 2 פעמים גובה החלון.
בקרת תאורה אוטומטית כי dim או לעבור בתגובה לאור היום זמין יכול להגביר את החיסכון האנרגיה של מ- WR טוב-chosen ללא בקרה כזו, את היתרון של אנרגיה תאורה של חלונות גדולים יותר הוא בזבז במידה רבה. integrating יום קציר עם החלטות WR חיוני כדי לממש את הפוטנציאל המלא של אנרגיה של חזית.
הביקוש וה-HVAC Sizing
מעבר לשימוש באנרגיה שנתי, WR משפיע באופן משמעותי על עומסי חימום וקירור.חזית זוהרת מאוד יכולה לייצר עלייה חדה בביקוש קירור בשעות אחר הצהריים של הקיץ, במיוחד על גובה הפונה מערבה.השיא הזה מניע את הפחתת המצמרנים, מטפלים אוויריים, ודוכסות, עלייה בעלויות ראשונות וצמצום יעילות עומס חלק למשך שאר השנה.
הביקוש לפסגות יש גם השלכות כספיות על מבנים על מכסי חשמל בזמן או תביעות ביקוש. עיצוב חזיתי כי 3 עד 20 אחוזים מהעומס קירור שיא יכול להניב חיסכון משמעותי בעלויות התפעול, גם אם צריכת האנרגיה השנתית משתנה רק צנוע.זה רלוונטי במיוחד עבור מבנים באקלים חם ואינטגראלי שבו אחר הצהריים מרוויח שמש עם שיעורי השירות.
שינויים חשובים שמשפיעים על מלחמת העולם השנייה
שום ערך של WR יחיד אינו נכון עבור כל המבנים.היחס האופטימלי תלוי בקבוצת גורמים שמתכננים חייבים להעריך יחד.הבנת המשתנים הללו היא הבסיס לתכנון חזיתות אינטליגנטי.
אקלים ומיקרוקלי
אקלים הוא הגורם הדומיננטי באופטימיזציה של WR. מבנים באקלים קר נהנים מ-WR התחתון כדי להפחית את אובדן החום, בעוד אלה באקלים חם גם מעדיפים יחס נמוך יותר להגביל את רווח חום השמש או אקלים מעורב, מתון WR עם ביצועים גבוהים לעתים קרובות מספק את האיזון הטוב ביותר, המאפשר חימום סולארי פסיבי בחורף תוך ניהול עומסים בקיץ.
תנאים מיקרוקליים כגון רוח השוררת, הנפיחות הסמויה של מבנים או צמחייה, ודפוסי טמפרטורה מקומיים יכולים לשנות עוד את ה-WWR האידיאלי, בניין שנשלט על ידי מגדלי שכנות יכול לקיים את ה-WR גבוה יותר מאשר אתר חשוף לחלוטין, שכן רווח סולארי וזוהר מופחתים. בדומה, אתר חוף עם רוחות חזקות עשוי לחוות שיעורי סינון גבוהים יותר דרך חלונות כמוסות, מה שהופך את הפחתת יותר.
מיקום ו-Pentration Placement
האוריינטציה ממלאת תפקיד קריטי באיך WR משפיע על ביצועי האנרגיה. חזיתות מדרום בחצי הכדור הצפוני יכולות לספק חום סולארי פאסיבי מועיל בחורף כאשר השמש נמוכה, אבל הם גם מסכנים יתר על המידה בקיץ אם לא ייחוס כראוי. איסט וחשיפה מערבית מקבלים שמש בעלת סבך גבוה במהלך הבוקר והצהריים, בהתאמה, מה שהופך אותם לעונשים מאתגרים ביותר עבור גבוה יותר של צפון-מלחמת העולם מקבל חזיתות נמוכה יחסית, עם פחות חום נמוך יותר, עם פחות גבוה יותר, ומאפשר פחות חום בהיר.
קודים אנרגיה רבים ותקני בנייה ירוקה ממבדילים את גבולות WR על ידי אוריינטציה.לדוגמה, תקן ASHRAE 90.1 מספק דרישות בסיסיות נפרדות עבור כל אוריינטציה חזיתית, הכרה כי ההשפעה של האנרגיה של WR נתון תלויה במידה רבה בכיוון שבו החלונות פנים. מעצבים יכולים להשתמש אסטרטגיות סימטריות של חנקן - יותר זוהר על צפון ודרום, פחות על מזרח ומערב - כדי למקסם את היום ולשלוט היתרונות פסיביים בעוד העומסים.
המונחים:
ביצועי חלונות מוגדרים על ידי שלושה מדדים מרכזיים: U-value (העברה שנייה), SHGC (חום חום מושלם לצבור coefficient), וניתן לראות שידור גלוי (VT או Tvis) תכונות אלה אינטראקציה עם WR כדי לקבוע ביצועי המעטפה הכוללת. חזית גבוהה עם נמוך-U, נמוך-SHGC בוהק יכול לצאת ממתון WR עם חלונות בסיסיים עם חלונות כפולים.
בוהק סלקטיבי מודרני מאפשר שידור גלוי גבוה לאורות יום תוך חסימת חלק משמעותי של קרינה סולארית ליד- infrared אשר תורמת לרווח חום.זה decoupling של אור חום הוא אחד ההתפתחויות החשובות ביותר עבור עיצובים גבוהים WR. דינמי בוהק טכנולוגיות, כגון זכוכית אלקטרו-חמית או תרמוכרמית, לקחת זאת על ידי שינוי זה על ידי שינוי יעיל של תנאי VGC ביעילות כדי לבצע תגובה אחת.
המועצה הלאומית לדירוג פניות (NFRC) מספקת דירוגים סטנדרטיים עבור ערך U, SHGC ו- VT. Designers צריכים לציין מוצרים עם ערכי NFRC מוסמכים ומודל את ההשפעה המשולבת של specs ו-WWWR במקום להתייחס אליהם כבחירה עצמאית.
אסטרטגיות שיפוע ופסיביות
מכשירים חיצוניים יכולים לשנות באופן דרמטי את הביצועים היעילים של מיזוגים קבועים של WR., פריחה אופקית, סנפירים אנכיים, ו-Sle-soleil לחסום קרינה סולארית ישירה לפני שהוא מגיע לזוהר, צמצום עומסי קירור וזוהר ללא הקרבה של אור יום. במקרים רבים, משחה מעוצב היטב מאפשר התחממות גבוהה יותר מאשר יהיה יעיל באנרגיה אחרת.
יעילות הגילוח תלויה באוריינטציה, בגישות ובעונה. overhangs הפונה דרומה קל יחסית לתכנן את הקיץ גילוח תוך מתן היתר לשמש החורף, כי זווית הגובה הסולארית משתנה ככל הנראה. מזרח ומערב חזיתות קשה יותר לצל עם מכשירים קבועים, מה שהופך אותם תלויים יותר בעיוורים פנימיים או במערכות דינמיות.
שילוב עיצוב גילוח עם אופטימיזציה של WR הוא סימן ההיכר של הנדסה מתקדמת חזיתית כלים Parametric לאפשר למעצבים לבדוק מאות תצורה של קידוד ושילובי WR כדי למצוא את הפתרון היעיל ביותר עבור אתר ספציפי.
בניית סוג ותבניות
בניית צורות את ה-WR האידיאלי כמו פיזיקה עושה. בניין משרדים כבוש בשעות היום יכול להונות באור טבעי במידה רבה יותר מאשר מתקן עסוק בשעות הלילה כגון תיאטרון או מרכז נתונים 24 שעות ביממה. חללים עם עלייה בחום פנימי גבוהה מן הציוד ואנשים עשויים ליהנות מ-WR התחתון כדי להימנע מעומסי קירור מורכבים, בעוד חללים עם רווחים פנימיים נמוכים עשויים לקבל חלונות גדולים יותר לחימום השמש.
עומק הצלחת הרצפה גם משנה.בניינים של Deep-plan להסתמך יותר על תאורה הליבה ללא קשר ל-WR, מה שהופך את perimeter להדהים פחות על אנרגיית תאורה הכוללת.לוחות רצפת יow מאפשרות אור יום להגיע ליותר מהשטח הכבוש, להגדיל את החיסכון באנרגיה הפוטנציאלית מ-WWR נתון אינטראקציות אלה אומר כי אופטימיזציה של WR חייבת להיעשות בהקשר של תוכנית ספציפית של הבניין ופריסת מרחבי.
עיצוב וניתוח גישות
מעבר לכללים הגנריים של האגודל להתאמה של עיצוב החזית דורש שיטות אנליטיות שלוכדות את המשחק בין WR לבין משתנים אחרים. גישות מספר זמינות, החל חישובי גיליון אלקטרוני פשוטים לסימולציה של אנרגיה שלמה.
מחקרים מוקדמים של Stage Parametric
במהלך עיצוב סכימטי, מודלים parametric מאפשר לצוותים לבחון במהירות עשרות תרחישים של WR על פני נטיות מרובות, סוגים זוהרים, והגדרות קידוד. כלים כגון Grasshopper עם כלי ליידיבבוק, או יישומים עמידים כמו Sefaira ו- Covet, לספק משוב מיידי על אנרגיה שימוש אינטנסיבי, עומס, ומדדי אור היום הוא קריטי כי הם החלטות יקרות מאוחר יותר.
מחקרים פארמטריים חושפים כי ביצועי האנרגיה של חזיתות רגישים יותר ל-SHGC וכיוון מאשר ל-WWR לבד. , WR צנוע עם בוהק וגילוח אופטימיזציה יכולים לעתים קרובות לחדור את ה-WR הגדול יותר עם זכוכית גנרית.המטרה היא לזהות את השילוב הממזער את השימוש באנרגיה הכוללת תוך עמידה במטרות של אור יום ונוחות.
שיתוף פעולה עם קודי אנרגיה וסטנדרטים
רוב קודי האנרגיה להטיל מגבלות על קוד השימור הבינלאומי של האנרגיה (IECC) ו- ASHRAE 90.1 שניהם מכילים כובעי WR טרום-פרסיביים – בדרך כלל 40 עד 50 אחוזים עבור מבנים מסחריים – מעבר לכך נדרש נתיב ציות מבוסס על מסחר או ביצועים.הקוד אנרגיה 24 קליפורניה הוא יותר מחמיר, עם גבולות של WR נמוך כ -40 אחוזים באזורי אקלים מסוימים, וכולל דרישות ספציפיות לנטייה על ידי שטח.
עבור פרויקטים רודף הסמכה ירוקה כגון LEED או אתגר בניין החיים, אופטימיזציה WR תורמת אשראי ביצועים אנרגיה.ה- LEED אופטימיזציה של אנרגיה ביצועים ביצועים אשראי תגמולים עלות אנרגיה שלמה בנייה, וחזית יעילה עם ®WR סאנסן היטב הוא אחד הדרכים היעילות ביותר להשיג את החיסכון הזה.המכון עוברי הולך רחוק יותר, בדרך כלל דורש את WR מתחת 40% באקלים קר אלא אם כן הוא ביצועים גבוהים מאוד.
עיצוב משותף Facade
העיצובים המוצלחים ביותר של החזית מופיעים בתהליך משולב שבו WR אינו מטופל בבידוד, אלא כחלק ממערכת מתואמת.זה אומר מעורבים מהנדס מכני, מעצב תאורה ויועץ חזיתי בשלבים המוקדמים ביותר. גישה משולבת יכולה לזהות סינרגיות - לדוגמה, באמצעות שרביט גבוה יותר בחזית הצפונית לספק אור עקבי תוך שמירה על החזית המזרחית והמערבית כדי לשלוט על עומסי קירור גבוהים.
עיצוב משולב גם מאפשר פעולות סחר מעשי. בניין עם קצת גבוה יותר WR מאשר ה-code prescriptive Limit עדיין יכול לעמוד מטרות אנרגיה אם בשילוב עם מערכת HVAC יעילה יותר או אוויריות טובה יותר.המפתח הוא לאמת את הביצועים המשולבים באמצעות סימולציה בנייה שלמה ולא להסתמך על כללים ברמת הרכיב.
מסקנה
יחס החלון-לקיר הוא מנוף רב עוצמה בביצועי אנרגיה, המשפיע על עומסים תרמיים, תאורה אנרגיה, נוחות הדיירים ומערכת מתפתלת.אין ערך אידיאלי אוניברסלי; ה-WARR הימני יוצא מניתוח זהיר של אקלים, אוריינטציה, תכונות זוהרות, בוהק, גילוח, בנייה ומטרות אנרגיה.התקדמות בטכנולוגיה זוהרת, סימולציה, סימולציה, וכלי יש להרחיב את טווח המציאות של ארכיטקטורות עדיין, המאפשרים של פתרונות אנרגיה שאפתניים.
כאשר קודי אנרגיה מתדקים ומגזר הבנייה נעים לעבר אפס-נט-אנרגיה ומטרות פחמן-ניטרליות, אופטימיזציה ליחס החלון-לקיר תישאר בפועל חיוני. מעצבים אשר שולטים בין אזור בוהק ומפרטים ביצועים יוכלו לספק מבנים שהם משכנעים ויעילים מבחינה ויזואלית - שילוב המגדירה באמת ארכיטקטורה בת קיימא.