กระจกสองชั้นและกระจกสามชั้น: ไหนดีกว่าสำหรับอาคารของคุณ?

คำถามเกี่ยวกับกระจกสองชั้นหรือสามชั้นเกิดขึ้นในการสนทนาเกือบทุกเรื่องเกี่ยวกับข้อกำหนดของอาคารที่ประหยัดพลังงาน และคำตอบนั้นชัดเจนน้อยกว่าที่ปรากฏ กระจกสามชั้นมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนได้ดีกว่ากระจกสองชั้น ซึ่งเป็นเรื่องจริงตรงไปตรงมา แต่ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นนั้นจะทำให้ต้นทุนที่สูงขึ้น น้ำหนักมากขึ้น และการส่งผ่านแสงที่ลดลงเล็กน้อยหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ ประเภทของอาคาร โหลดการทำความร้อนและความเย็น และมาตรฐานประสิทธิภาพพลังงานเป้าหมายที่กำลังดำเนินการ การเลือกตัวเลือกนี้ให้ถูกต้องต้องทำความเข้าใจว่าจริงๆ แล้วตัวเลขหมายถึงอะไร และมีความหมายอย่างไรสำหรับโครงการเฉพาะที่มีอยู่

วิธีการเป็นฉนวน แก้ว งานหน่วย

กระจกสองชั้นและสามชั้นเป็นกระจกฉนวน (IGU) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของบานกระจกตั้งแต่สองบานขึ้นไป คั่นด้วยแถบเว้นระยะและปิดผนึกเพื่อสร้างช่องอากาศหรือช่องก๊าซหนึ่งช่องขึ้นไป ช่องที่ปิดสนิทลดการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับบานหน้าต่างเดียว เนื่องจากอากาศนิ่งหรือก๊าซในช่องมีค่าการนำความร้อนต่ำมาก และเมื่อช่องกว้างเพียงพอ จะระงับการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนระหว่างบานหน้าต่างด้านในและด้านนอก

หน่วยกระจกสองชั้นมีช่องหนึ่งช่องระหว่างบานกระจกสองบาน หน่วยกระจกสามชั้นมีสองช่องและบานกระจกสามบาน ช่องเพิ่มเติมในกระจกสามชั้นทำให้เกิดแผงกั้นความร้อนชั้นที่สอง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมประสิทธิภาพการระบายความร้อนจึงเหนือกว่า การปรับปรุงประสิทธิภาพจากสองเท่าเป็นสามเท่านั้นทำได้จริงและสามารถวัดผลได้ แต่จะตามมาด้วยผลตอบแทนที่ลดลง: ช่องแรกให้การปรับปรุงประสิทธิภาพที่ใหญ่ที่สุดเหนือกระจกเดี่ยว ช่องที่สองให้การปรับปรุงที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจากกระจกสองชั้น บานหน้าต่างที่สี่ตามสมมุติฐานจะให้ผลประโยชน์ที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก: U-Value

ค่า U (เขียนว่า Ug สำหรับค่าตรงกลางบานหน้าต่างกระจก หรือ Uw สำหรับหน้าต่างทั้งหมดรวมทั้งกรอบ) วัดการถ่ายเทความร้อนผ่านกระจกในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตรต่อเคลวินของความแตกต่างของอุณหภูมิ (W/m²·K) ค่า U ที่ต่ำกว่าหมายถึงฉนวนกันความร้อนที่ดีขึ้น — ความร้อนเล็ดลอดผ่านกระจกน้อยลงตามระดับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอก

เป็นจุดอ้างอิง กระจกใสบานเดียวมีค่า U ตรงกลางบานหน้าต่างประมาณ 5.8 W/m²·K ช่วงประสิทธิภาพโดยทั่วไปสำหรับหน่วยกระจกฉนวน:

การปรับปรุงค่า U จากกระจกสองชั้นแบบมาตรฐาน (2.8 W/m²·K) ไปเป็นกระจกสองชั้น Low-E ที่มีอาร์กอน (1.2 W/m²·K) นั้นใหญ่กว่าการปรับปรุงเพิ่มเติมจากกระจกสองชั้น Low-E เป็นกระจกสามชั้น (0.8 W/m²·K) อย่างมาก (0.8 W/m²·K) นี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมยูนิตกระจกสองชั้นที่ระบุอย่างเหมาะสม — พร้อมการเคลือบ Low-E และการเติมอาร์กอน — จึงเป็นข้อกำหนดที่เหมาะสมสำหรับอาคารและสภาพอากาศที่หลากหลายกว่ากระจกสองชั้นเปลือย และเหตุใดกรณีที่เพิ่มขึ้นสำหรับกระจกสามชั้นจึงน่าสนใจที่สุดในสภาพอากาศที่เย็นที่สุดและอาคารที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

ประสิทธิภาพเสียง

ฉนวนกันความร้อนและฉนวนกันเสียงมีความสัมพันธ์กันแต่คุณสมบัติไม่เหมือนกันใน IGU และความสัมพันธ์ระหว่างประเภทกระจกและฉนวนกันเสียงนั้นตรงไปตรงมาน้อยกว่าการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการระบายความร้อน

สำหรับกระจกสองชั้นและสามมาตรฐานที่มีบานหน้าต่างที่มีความหนาเท่ากัน บานหน้าต่างที่สามในกระจกสามชั้นจะเพิ่มมวลให้กับชุดประกอบ ซึ่งโดยทั่วไปจะปรับปรุงฉนวนกันเสียงที่ความถี่กลางและสูง อย่างไรก็ตาม ช่องเพิ่มเติมยังสร้างความถี่เรโซแนนซ์เพิ่มเติมด้วย และที่ความถี่ใกล้กับเสียงสะท้อนนี้ จริงๆ แล้วฉนวนกันเสียงสำหรับยูนิตกระจกสามชั้นอาจต่ำกว่ายูนิตกระจกสองชั้นที่มีความหนากระจกทั้งหมดเท่ากัน

เพื่อประสิทธิภาพเสียงสูงสุด วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดใน IGU คือการใช้บานหน้าต่างที่มีความหนาต่างกัน (การเคลือบแบบอสมมาตร) ในการกำหนดค่าแบบสองหรือสาม — ความถี่เรโซแนนซ์ที่แตกต่างกันของความหนาของบานหน้าต่างทั้งสองจะป้องกันการลดลงโดยบังเอิญที่เกิดขึ้นเมื่อทั้งสองบานสะท้อนที่ความถี่เดียวกัน โดยทั่วไปยูนิตกระจกสองชั้นขนาด 6 มม. 10 มม. พร้อมอาร์กอนและช่องขนาด 32 มม. โดยทั่วไปแล้วจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่ายูนิตกระจกสามชั้นทั่วไปขนาด 4 มม. 4 มม. 4 มม. สำหรับฉนวนกันเสียง แม้ว่าจะเป็นเพียงสองบานหน้าต่างก็ตาม

สำหรับโครงการที่ประสิทธิภาพเสียงเป็นตัวขับเคลื่อนหลัก (อาคารใกล้ถนน ทางรถไฟ หรือสนามบิน) การระบุกระจกกันเสียง — กระจกลามิเนตที่มีชั้นระหว่างกันที่ช่วยลดการสั่นสะเทือน — ในรูปแบบกระจกสองชั้นแบบอสมมาตรมักจะมีประสิทธิภาพต่อต้นทุนต่อหน่วยมากกว่ากระจกสามชั้น ข้อกำหนดด้านเสียงและความร้อนควรได้รับการประเมินแยกกัน และข้อกำหนดเฉพาะที่ดีที่สุดสำหรับแต่ละรายการที่กำหนด แทนที่จะคิดว่าการเคลือบสามชั้นจะให้ประสิทธิภาพรวมที่ดีที่สุดโดยอัตโนมัติ

ผลกระทบด้านน้ำหนักและโครงสร้าง

กระจกสามชั้นจะหนักกว่ากระจกสองชั้นอย่างมากสำหรับขนาดบานหน้าต่างเดียวกัน ยูนิตกระจกสามชั้นมาตรฐานที่มีบานหน้าต่างขนาด 4 มม. สามบานและช่องขนาด 16 มม. สองช่องมีความหนารวมประมาณ 44 มม. และน้ำหนักต่อหน่วยประมาณ 30 กก./ตร.ม. สำหรับกระจกเพียงอย่างเดียว ตู้กระจกสองชั้นที่มีบานหน้าต่างขนาด 4 มม. สองบานและช่องขนาด 16 มม. หนึ่งบานมีความหนาประมาณ 36 มม. และมีน้ำหนักประมาณ 20 กก./ตร.ม. ความแตกต่างของน้ำหนักนี้มีผลกระทบในทางปฏิบัติ:

กรอบหน้าต่างและฮาร์ดแวร์ต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับน้ำหนักที่สูงกว่าของกระจกสามชั้น ฮาร์ดแวร์กระจกสองชั้นมาตรฐาน เช่น บานพับ ที่จับ กลไกการเอียงและหมุน โดยทั่วไปจะไม่เพียงพอสำหรับกระจกสามชั้นที่มีขนาดเท่ากัน และต้องระบุตามนั้น สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนหน้าต่างทั้งหมดเกินกว่าค่าพรีเมียมต้นทุนหน่วยกระจก

ระบบกระจกโครงสร้างและระบบผนังม่านต้องคำนึงถึงการรับน้ำหนักที่ไม่จำเป็นเพิ่มเติม ในผนังม่านอาคารสูงซึ่งน้ำหนักกระจกที่สะสมจะโหลดระบบโครงสร้างในหลายชั้น น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นของกระจกสามชั้นต่อยูนิตสามารถแปลความหมายโดยนัยทางโครงสร้างที่ต้องมีการตรวจสอบทางวิศวกรรม

สำหรับช่องเปิดกระจกขนาดใหญ่มาก ซึ่งพบเห็นได้ทั่วไปในสถาปัตยกรรมเชิงพาณิชย์ร่วมสมัย การจัดการและการติดตั้งยูนิตกระจกสามชั้นที่มีน้ำหนักมากต้องใช้อุปกรณ์และแรงงานเพิ่มเติม ส่งผลให้ต้นทุนการติดตั้งเกินกว่าค่าพรีเมียมของวัสดุ

การส่งผ่านแสง

กระจกเพิ่มเติมแต่ละบานช่วยลดการส่งผ่านแสงในปริมาณเล็กน้อยแต่สามารถวัดได้ กระจกโฟลตใสทั่วไปจะส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ประมาณ 88–90% ส่วนต่อประสานระหว่างกระจกกับอากาศ (พื้นผิวกระจก) แต่ละอันจะดูดซับและสะท้อนแสงตกกระทบเพียงเล็กน้อย กระจกสามชั้นที่มีบานกระจกใสสามบานมีการส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ต่ำกว่ากระจกสองชั้นที่เทียบเท่ากันประมาณ 2–4% ขึ้นอยู่กับประเภทการเคลือบ Low-E ที่ใช้ ในอาคารที่มีพื้นที่กระจกขนาดใหญ่ซึ่งแสงสว่างเป็นคุณค่าทางสถาปัตยกรรมหลัก — สภาพแวดล้อมการค้าปลีก พิพิธภัณฑ์ อาคารสำนักงานที่มีการออกแบบแสงสว่างตอนกลางวัน — การลดลงนี้อาจเกี่ยวข้องกับจุดประสงค์ในการออกแบบ สำหรับหน้าต่างที่อยู่อาศัยในละติจูดตอนเหนือที่ต้องการได้รับแสงอาทิตย์ในฤดูหนาวสูงสุด ค่าสัมประสิทธิ์การรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ (SHGC) ที่ลดลงของกระจกสามชั้นสามารถลดความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟได้เล็กน้อย ซึ่งชดเชยประโยชน์ของฉนวนกันความร้อนได้เล็กน้อย

เมื่อ Triple Glazing เป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

การเคลือบสามชั้นมีความสมเหตุสมผลอย่างชัดเจนที่สุดในสภาพอากาศหนาวเย็น (ระดับความร้อนสูงกว่า 3,000 HDD จำนวนวัน) ซึ่งการประหยัดพลังงานความร้อนตลอดอายุการใช้งานของอาคารนั้นมากพอที่จะคืนค่าใช้จ่ายพรีเมียมได้ ตลาดนอร์ดิกและยุโรปเหนือ (สแกนดิเนเวีย ฟินแลนด์ เยอรมนี โปแลนด์ตอนเหนือ) ได้นำกระจกสามชั้นมาใช้เป็นมาตรฐานสำหรับการก่อสร้างที่อยู่อาศัย ด้วยเหตุนี้สภาพภูมิอากาศและสภาพแวดล้อมด้านต้นทุนพลังงานจึงทำให้เศรษฐศาสตร์ทำงานได้

บ้านแบบพาสซีฟและมาตรฐานการสร้างพลังงานสุทธิเป็นศูนย์มักต้องใช้กระจกสามชั้น เนื่องจากค่า U ทั้งหน้าต่าง 0.8 W/m²·K หรือดีกว่าที่มาตรฐานเหล่านี้ระบุเป็นเรื่องยากมากที่จะบรรลุผลด้วยกระจกสองชั้น โดยไม่คำนึงถึงการเคลือบและการเติมที่เหมาะสมที่สุด หากอาคารกำหนดเป้าหมายไปที่การรับรองประสิทธิภาพพลังงานโดยเฉพาะซึ่งกำหนดให้ค่า U ของหน้าต่างต่ำกว่า 1.0 W/m²·K การเคลือบสามชั้นน่าจะเป็นแนวทางในทางปฏิบัติในการบรรลุมาตรฐาน

สำหรับอาคารพาณิชย์ในสภาพอากาศเขตอบอุ่น (ส่วนใหญ่ของยุโรปตะวันตก สภาพอากาศในทวีประดับปานกลาง) กระจกสองชั้นประสิทธิภาพสูงพร้อมการเคลือบ Low-E และการเติมอาร์กอนทำให้ได้ประสิทธิภาพการระบายความร้อน (Ug µ 1.0–1.2 W/m²·K) ซึ่งเป็นไปตามรหัสพลังงานปัจจุบันส่วนใหญ่ และให้ผลตอบแทนทางเศรษฐกิจที่ดี การเคลือบสามชั้นในบริบทเหล่านี้บางครั้งถูกระบุเพื่อศักดิ์ศรี การสร้างความแตกต่างทางการตลาด หรือเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่พิสูจน์ได้ในอนาคตโดยเทียบกับรหัสที่เข้มงวดมากขึ้น แต่การประหยัดพลังงานส่วนเพิ่มนั้นค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวเมื่อเทียบกับต้นทุนพรีเมียมในราคาพลังงานปัจจุบัน

ในสภาพอากาศร้อน (ตะวันออกกลาง เขตร้อน) ข้อกังวลหลักคือการได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์มากกว่าการสูญเสียความร้อนในฤดูหนาว และค่าสัมประสิทธิ์การรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ (SHGC) และการเลือกการเคลือบ Low-E ที่เหมาะสมมีความสำคัญมากกว่าความแตกต่างของค่า U ความร้อนระหว่างกระจกสองชั้นและสามชั้น ในสภาพอากาศเหล่านี้ กระจกสองชั้นควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงมักเป็นการลงทุนที่ดีกว่ากระจกสามชั้น ซึ่งให้ประโยชน์เพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยสำหรับอาคารที่เน้นการทำความเย็น

คำถามที่พบบ่อย

กระจกสามชั้นให้การควบคุมการควบแน่นได้ดีกว่ากระจกสองชั้นเสมอหรือไม่?

ใช่ ในสภาพอากาศหนาวเย็น แต่ขนาดของการปรับปรุงจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิพื้นผิวกระจกภายใน การควบแน่นจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวกระจกเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่าจุดน้ำค้างของอากาศภายใน กระจกสามชั้นจะรักษาอุณหภูมิพื้นผิวกระจกภายในให้สูงกว่ากระจกสองชั้นเนื่องจากค่า U ต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าพื้นผิวภายในยังคงอยู่เหนือจุดน้ำค้างที่อุณหภูมิภายนอกต่ำกว่า สำหรับอาคารในสภาพอากาศเย็นจัดซึ่งการควบแน่นบนหน้าต่างกระจกสองชั้นเป็นปัญหาในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตกแต่งภายในที่มีความชื้นสูง เช่น สระว่ายน้ำ ห้องครัวเชิงพาณิชย์ และอาคารที่อยู่อาศัยที่มีการใช้งานหนาแน่น อุณหภูมิพื้นผิวภายในที่สูงขึ้นของกระจกสามชั้นช่วยลดการควบแน่นได้อย่างมีนัยสำคัญ ในสภาพอากาศปานกลางซึ่งอุณหภูมิพื้นผิวภายในของกระจกสองชั้นสูงกว่าจุดน้ำค้างภายในอาคารทั่วไปอยู่แล้ว ความแตกต่างของประสิทธิภาพการควบแน่นไม่มีนัยสำคัญในทางปฏิบัติ

กระจกสองชั้นและสามชั้นสามารถใช้ในอาคารเดียวกันได้หรือไม่?

ใช่ และนี่เป็นเรื่องปกติในโครงการที่การวางแนวด้านหน้าอาคารหรือตำแหน่งที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน กระจกที่หันหน้าไปทางทิศใต้ในสภาพอากาศหนาวเย็นจะได้รับประโยชน์จากค่าสัมประสิทธิ์การรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่สูงขึ้น เพื่อเพิ่มการรับแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟให้สูงสุด ซึ่งสามารถทำได้ง่ายกว่าในการกำหนดค่ากระจกสองชั้นพร้อมการเคลือบ Low-E ที่เหมาะสมมากกว่าในยูนิตกระจกสามชั้น โดยที่บานหน้าต่างเพิ่มเติมจะลด SHGC กระจกที่หันหน้าไปทางทิศเหนือในอาคารเดียวกันจะได้รับประโยชน์มากขึ้นจากฉนวนกันความร้อนของกระจกสามชั้นโดยไม่มีการปรับลดแสงอาทิตย์ ข้อกำหนดแบบผสมภายในส่วนหน้าอาคารเดียวจำเป็นต้องมีรายละเอียดอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของส่วนต่างๆ เข้ากันได้กับความลึกของการคืนกระจกของระบบเฟรม และต้องตรวจสอบความสม่ำเสมอในการมองเห็นของสีกระจกและการสะท้อนแสง - การกำหนดค่าการเคลือบที่แตกต่างกันสามารถสร้างความแตกต่างที่มองเห็นได้ของสีและการสะท้อนแสงระหว่างยูนิตที่ส่งผลต่อรูปลักษณ์ของส่วนหน้า

ระยะเวลาคืนทุนสำหรับการอัพเกรดจากกระจกสองชั้นเป็นกระจกสามชั้นคือเท่าใด

ระยะเวลาคืนทุนขึ้นอยู่กับต้นทุนพรีเมียมของกระจกสองชั้นสามชั้น ต้นทุนพลังงานในท้องถิ่น จำนวนวันที่ทำความร้อน ณ ตำแหน่ง และพื้นที่หน้าต่างในอาคาร ตามแนวทางทั่วไปในสภาพอากาศของยุโรปเหนือที่มีต้นทุนพลังงาน 0.15–0.20 ยูโร/kWh: การอัพเกรดจากกระจกสองชั้นมาตรฐาน (Ug data 2.8) เป็นกระจก 3 ชั้น (Ug data 0.7) ในบ้านที่มีฉนวนอย่างดีพร้อมกระจกขนาด 30 ตร.ม. อาจประหยัดพลังงานความร้อนได้ 300–500 kWh ต่อปี ซึ่งคิดเป็นมูลค่า 45–100 ยูโรต่อปี หากเบี้ยประกันสำหรับกระจกสองชั้นซ้อนสามชั้น (รวมกรอบและการติดตั้ง) อยู่ที่ 3,000–6,000 ยูโรสำหรับบ้านหลังเดียวกัน ระยะเวลาคืนทุนปกติคือ 30–60 ปี ซึ่งโดยทั่วไปจะนานกว่าอายุการใช้งานของหน้าต่าง ความคุ้มค่าดีขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกระจกสามชั้นกับกระจกสองชั้นประสิทธิภาพต่ำ (ไม่มี Low-E, ไม่ต้องเติมแก๊ส) และเมื่ออาคารอยู่ในสภาพอากาศที่เย็นกว่า โดยมีระดับความร้อนสูงขึ้น และต้นทุนพลังงานสูงขึ้น กระจกสองชั้น Low-E ประสิทธิภาพสูงมักจะมีกรณีทางเศรษฐกิจที่ดีกว่าสำหรับโครงการที่มีสภาพอากาศอบอุ่นส่วนใหญ่ กระจกสามชั้นเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลเมื่อมาตรฐานอาคารกำหนดหรือในกรณีที่สภาพอากาศเย็นพอที่จะเปลี่ยนการคืนทุนให้อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้