Θερμομονωτικές Υαλώσεις

Το κύριο πρόβλημα που οι θερμομονωτικές υαλώσεις καλούνται να εξαλείψουν είναι η επονομαζόμενη μεταφορά θερμότητας ή θερμικές ανταλλαγές μεταξύ του εσωτερικού χώρου και της εξωτερικής περιβαλλοντικής θερμοκρασίας.

Η Φυσική αναφέρει ξεκάθαρα ότι όταν υπάρχουν δύο ή περισσότερα αντικείμενα με διαφορετικές θερμοκρασίες τότε η θερμότητα ‘ρέει’ από το θερμότερο στο ψυχρότερο μέχρι να εξισορροπηθούν οι θερμοκρασίες του. Η ταχύτητα αυτής της ροής εξαρτάται από την θερμική αγωγιμότητα του γυαλιού η οποία είναι λ=1 W/m oK και είναι ισοδύναμη με την θερμοκρασιακή διαφορά (συνεπώς, όσο μικρότερη η τιμή τόσο με πιο αργούς ρυθμούς γίνεται αυτή η ανταλλαγή θερμότητας). Εάν φθάναμε σε σημείο να ‘μπλοκάρουμε’ το κάθε ένα από αυτά κατά 100%, τότε θα είχαμε δημιουργήσει την τέλεια θερμομονωτική υάλωση (δυστυχώς, αυτό είναι πρακτικώς αδύνατο).

Για να μπορέσουν να συγκριθούν οι μονωτικές δυνατότητες διαφορετικών υλικών, χρησιμοποιείται ένας συντελεστής γνωστός ως k-value ή U-value. Εκφράζει τον ρυθμό της απώλειας θερμότητας ανά τετραγωνικό μέτρο και ανά κάθε βαθμό (Κελσίου ή Κέλβιν) θερμοκρασιακής διαφοράς μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού χώρου.

Για να γίνει αυτό κατανοητό, θα δοθεί το ακόλουθο παράδειγμα:
Έστω ότι μία κατοικία κτίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του ’70 και είναι εξοπλισμένη με 40 m2 μονής υάλωσης με U-value 5.7 W/m2 oK και είναι κρύα χειμερινή ημέρα με εξωτερική θερμοκρασία -3 οC και εσωτερική θερμοκρασία 23οC (Θερμοκρασιακή διαφορά Δθ=26 οC). Αυτό σημαίνει ότι θερμικές απώλειες του κτιρίου εξ αιτίας της υάλωσης είναι: 5.7 χ 40 χ 26 = 5928 Watts
Ας υποθέσουμε ότι ο ιδιοκτήτης του οικήματος αποφάσισε να αντικαταστήσει την συνολική υάλωση με άλλη πιο σύγχρονη, κατά προτίμηση διπλή υάλωση, που να εμπεριέχει low-e υάλωση, αέριο Κρυπτόν και 15mm διάκενο χώρο μεταξύ των δύο συστατικών τζαμιών, λαμβάνοντας U-value = 1 W/m2 oK. Το ίδιο οίκημα, με τις ίδιες θερμοκρασιακές συνθήκες του προηγούμενου παραδείγματος θα έχει τις ακόλουθες θερμικές απώλειες: 1 χ 40 χ 26 = 1040 Watts.

Υπάρχουν 3 και μόνο 3 τρόποι μεταφοράς της θερμότητας:
1. Εξ Επαγωγής
2. Δια μεταφοράς μέσω ρευμάτων
3. Μ ε ακτινοβολία

Εξ επαγωγής είναι η μεταφορά της θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο όταν έρθουν σε επαφή μεταξύ τους. Κανένα υλικό δεν μετακινείται σε σχέση το άλλο κατά την διάρκεια αυτής της διαδικασίας (αυτός ο τρόπος μεταφοράς θερμότητας βρίσκει εφαρμογή στα ‘μάτια’ της ηλεκτρικής κουζίνας.

Δια μεταφοράς μέσω ρευμάτων είναι ο τρόπος θερμότητας που επιτυγχάνεται εάν αναμείξουμε ένα θερμό (αέριο ή υγρό) με ένα κρύο υλικό (αυτή ακριβώς την μέθοδο χρησιμοποιούμε όταν ρίχνουμε κρύο νερό στο ουίσκι μας). Αυτή η μέθοδος πάντα περιλαμβάνει φυσική μετακίνηση.

Ακτινοβολία είναι η ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ θερμού και ψυχρού σώματος τα οποία δεν είναι ούτε σε επαφή αλλά ούτε αναμειγνύονται μεταξύ τους (με αυτόν τον τρόπο θερμαίνει ο ήλιος την γη χωρίς να θερμαίνει όλο τον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ τους.

Φυσικά υπάρχουν συνδυασμοί τρόπων μεταφοράς θερμότητας όπως αυτή που χρησιμοποιείται στα καλοριφέρ: το νερό θερμαίνει το καλοριφέρ εξ επαγωγής, ακολούθως το καλοριφέρ θερμαίνει τον αέρα που είναι σε επαφή μαζί του επίσης εξ επαγωγής, στην συνέχεια ο θερμός αέρας ανυψώνεται και αναμειγνύεται με τις κρύες μάζες αέρα στο δωμάτιο που τελικώς θερμαίνει τον χώρο δια μεταφοράς ρευμάτων.

Η κοινή μονή υάλωση ήταν ο πρώτος υάλωσης που χρησιμοποιήθηκε πρωταρχικά για την προστασία από το κρύο και βασιζόταν στο γεγονός ότι αυτός ο τύπος υάλωσης μειώνει πολύ αποτελεσματικά, σχεδόν 100 %, τις θερμικές απώλειες που λαμβάνουν χώρα δια της μεταφοράς μέσω ρευμάτων (προφυλάσσει από το κρύο του εξωτερικού χώρου να αναμειχθεί με τον θερμό αέρα του εσωτερικού χώρου). Το Uvalue
που επιτυγχάνεται με αυτόν το τύπο υάλωσης είναι περίπου 5.7 W/m2 oK.

Η αυξανόμενη απαίτηση για εξοικονόμηση καυσίμων την δεκαετία του ’70 οδήγησε την βιομηχανία υάλωσης σε μαζική παραγωγή μονάδων διπλής υάλωσης. Με αυτόν το τύπο υάλωσης, σταμάτησε η μεταφορά θερμότητας εξ επαγωγής όπως επίσης και δια της μεταφοράς μέσω ρευμάτων. Ως αποτέλεσμα σε αυτήν την βελτίωση ήταν η μείωση του U-value κατά 50 % φθάνοντας σε τιμές 3.2 έως 2.8 W/m2 oK ανάλογα με το πάχος του διάκενου χώρου.

Η πραγματική επανάσταση συνέβη κατά την διάρκεια του ’80 όταν μπήκαν οι υαλοπίνακες low-e στη μαζική παραγωγή. Υαλώσεις που συμπεριλαμβάνουν υαλοπίνακες με low-e επίστρωση σταματήσανε την μεταφορά θερμότητας και με τους τρεις δυνατούς τρόπους. Στις μέρες μας η τρίτη γενεά low-e υαλοπινάκων είναι διαθέσιμη με Emissivity έως 0.1 ενώ για κοινό γυαλί είναι 0.89. Όσο προοδεύει η τεχνολογία, τόσο χαμηλότερη γίνεται η τιμή αυτού του δείκτη και τόσο καλύτερα ‘συμπεριφέρονται’ οι υαλώσεις. Με αριθμούς, αυτό σημαίνει ότι το U-value (σε μεγάλο διάκενο χώρο) μπορεί να μειωθεί και να φθάσει έως και 1.4 W/m2 oK.

Οι μοντέρνες κατασκευές όμως σε συνδυασμό με το οικολογικό πνεύμα των ημερών ωθούν για περαιτέρω μείωση στις τιμές των U-value. Αυτό επιτυγχάνεται μειώνοντας περισσότερο τις απώλειες που προκαλούνται εξ επαγωγής όπως επίσης και δια της μεταφοράς μέσω ρευμάτων αντικαθιστώντας τον αέρα του διάκενου χώρου με αέριο χαμηλότερης θερμικής αγωγιμότητας. Αυτή η αντικατάσταση σε συνδυασμό με όλους τους προηγούμενους τρόπους μείωσης του U-value οδήγησαν σε τιμές όπως 1 για Αργόν και 0.8 για Κρυπτόν που πρακτικά είναι η ίδια τιμή που λαμβάνεται από έναν τοίχο φτιαγμένο από τούβλα.

Φυσικά η ανάπτυξη ποτέ δεν σταματάει και πάντα ψάχνει για το καλύτερο. Όλες οι προσπάθειες επικεντρώνονται στην παραγωγή της βέλτιστης υάλωσης της νέας χιλιετίας που είναι διπλές υαλώσεις με απόλυτο κενό.