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四重ガラス（四重ガラス断熱ガラス）は、 4枚のガラス板で構成される断熱ガラスの一種で、通常、低放射コーティングが施され、ガラス板間の空洞に断熱ガスが充填されています。四重ガラスは、多重ガラス（多層）ガラスシステムのサブセットです。最大6枚のガラス板を備えた多重ガラスが市販されています。[1]
多重ガラスは、（窓ガラスに隣接する下降気流の対流を減らすことで）温熱的快適性を向上させ、暖房と冷房の需要を最小限に抑えることで温室効果ガスの排出を削減することができます。北極圏で望ましいエネルギー効率レベルを達成するには、四重ガラスが必要になる場合があります。 [2]また、冬の熱損失を増やすことなくカーテンウォールのガラス比率を高めるためにも四重ガラスが必要になる場合があります。四重ガラスでは、 4層以上のガラス層を持つことで熱透過率が低くなり、窓ガラス自体で直接太陽熱取得を適切に管理できるため、外部の日よけを調整せずに建物のガラス要素を設計できます。 [3]北欧諸国では、三重ガラスの既存の建物の一部を4層以上のガラスにアップグレードしています。[4]
特徴
4重ガラスでは、パネル中央のU値（U g）0.33 W/(m 2 K) [R値 17]が容易に達成できます。[5] 6重ガラスでは、U g値が0.24 W/(m 2 K) [R値 24]と低いことが報告されています。 [1]これにより、次のようないくつかの利点がもたらされます。
- 調節可能な日よけのないエネルギー効率の高い建物
- 約 0.4 W/(m 2 K)未満の望ましい窓全体の熱透過率の値は、外部遮光の調整に頼ることなく実現可能です。Svendsen らによる研究では、このような低い窓の U 値では、中程度の太陽熱取得のガラスは、外部遮光が可変で太陽熱取得が高い同等の U 値のガラスと同等の性能を発揮することが示されました。[3]これは、全体的な U 値が向上すると、建物の暖房需要が減少し、冬季の太陽熱取得だけで建物を暖めるのに十分なほどになるためです。
- 太陽熱取得量の顕著な季節依存性
- 入射角に依存するフレネル反射のため、多層ガラスの光学特性も季節によって大きく変化します。太陽の平均高度は年間を通じて変化するため、夏季には有効太陽光取得量が大幅に減少する傾向があります。[1]この影響は肉眼でもある程度確認できます。
- 居住者の快適性
- 機械的または構造的な遮光装置を備えた従来の二重ガラスまたは三重ガラスの窓と比較すると、多重ガラスは屋内と屋外の環境の見やすさを向上させます。U 値が低いため、ガラス内部の温度は年間を通じてより均一なレベルに保たれます。冬の間は下向きの対流 (ダウンドラフト) が非常に小さいため、このような多重ガラスの窓の近くに座っている人は、壁の隣に座っているのと同じくらい快適に感じることができます。[1]ただし、プライバシーのために遮蔽または遮光が依然として必要な場合があります。
- 暖房がほぼゼロの建物
- 1995年には、ガラスのU値が0.3 W/(m 2 K)であれば、暖房ゼロの建物が実現できると予測されました。[6]また、ガラス張りの建物のシステムU値が0.3 W/(m 2 K)と低い場合、暖房需要がほぼゼロになる可能性があることも示されています[3] 。理論的には、夏には残りの冷房需要は太陽光発電だけで満たすことができ、最大の冷房需要はソーラーパネルに最も強い太陽光が当たる時期とほぼ一致します。[1]しかし、実際には、周囲の湿度や除湿の必要性、建物とその内容物の熱慣性などの要因により、冷房需要とソーラーパネルからの出力の間に時間的な遅れが生じる可能性があります。
エンジニアリング
多重ガラスは、重量を軽減するために中間ガラスを薄く設計されることが多い。[7]中間ガラスの熱応力割れを防ぐために、熱強化ガラスを使用する必要がある場合もある。[7] [5] 3枚以上のガラスを使用する場合は、スペーサーとシーラントの温度に特別な注意を払う必要がある。なぜなら、これらのガラス要素に接触している中間ガラスは、太陽放射（放射照度）加熱により、それぞれの材料の設計温度限界を容易に超える可能性があるからである。[8]
中間層ガラスの太陽放射加熱は、ガラスの枚数が増えると大幅に増加します。 [1] [9]多層ガラスは、ガラス層間に配置された断熱ガスの膨張を考慮して慎重に設計する必要があります。これは、ガラスの枚数が増えるにつれて、このようなガス膨張がますます重要な考慮事項になるためです。このガラスの膨張効果を管理するために、特別な通気口や、層間を連絡する小さな通気口を組み込むことができます。[10] [1]適切なガラスシートの強度を計算するために、有限要素解析がよく使用されます。多層ガラスに使用される薄いガラスの静的平衡を計算するには、非線形プレート力学が必要になる場合があります。[11]
パフォーマンス
二重窓は数十年にわたって業界標準となってきました。二重窓は単一窓に比べて大幅に改善されていますが、より断熱性の高い窓でさらに大きなエネルギー節約の可能性は、これまでつかみどころがありませんでした。しかし、スマートフォンと薄型テレビの両方に使用されている薄いガラス、およびハロゲンライトに使用されているクリプトンガスの最近の値下がりにより、より軽量で効率の高い四重窓を低コストで製造できるようになりました。国立再生可能エネルギー研究所の研究者は、デンバー連邦センターのオフィスビルで、アルペン ハイ パフォーマンス (米国のメーカー) の四重窓の 2 つの構成を評価しました。どちらの構成も、標準的な商業用二重窓と同じ厚さで、重量も同等です。1 つのモデルは、2 枚の標準ガラスの間に 2 層のフィルムを吊り下げ、もう 1 つのモデルはフィルムを 2 枚の超薄型ガラスに置き換えています。研究者は、平均して、四重窓は高性能の二重窓と比較して、冷暖房エネルギーを 24% 節約できることを発見しました。新築や窓の交換の場合、四枚ガラス窓の投資回収期間は気候帯や公共料金にもよりますが、1年から6年です。[12]
参照
参考文献
- ^ abcdefghij クラリ、アレシュ;ドレブ、マリヤ。ジニダルシッチ、マティヤシュ。チェルネ、ボシュチャン;ハフナー、ヨゼ。ジェル、ビョルン・ペッター（2019年5月）。 「6 枚ガラスの調査: 特性と可能性」。エネルギーと建物。190：61-68。土井：10.1016/j.enbuild.2019.02.033。hdl : 11250/2589488。
- ^ クリック、ベンジャミン。「埋め込まれたエネルギーを考慮したヨーロッパ地域における最適なガラス張り」（PDF）。パッシブハウス研究所。2019年5月3日閲覧。
- ^ abc ヴァンハウッテゲム、嘘;スカーニング、ガンロイグ、セシリー・ジェンセン。ヴィッド、クリスチャン・アンカー。スヴェンセン、スヴェン（2015 年 9 月）。 「ほぼゼロエネルギー住宅のエネルギー、採光、温熱快適性に対するファサードの窓のデザインの影響」(PDF)。エネルギーと建物。102：149-156。土井：10.1016/j.enbuild.2015.05.018。S2CID 38055509。
- ^ クリスチャンセン、オイヴィンド・マイヤー。 「Höegh Eendom forrst i Norge med innovativ fasadeløsning」。エノバ。2019 年5 月 23 日に取得。
- ^ ab Chmúrny, Ivan (2016 年 1 月). 「三重ガラスか四重ガラスか?」.応用力学および材料. 820 : 242–247. doi :10.4028/www.scientific.net/AMM.820.242. S2CID 111693176.
- ^ ファイスト、ヴォルフガング (1995)。Erfahrungen mit Häusern ohne aktives Heizsystem。ダルムシュタット: IBK-Institut für das Bauen mit Kunststoffen。
- ^ ab 「Quadruple insulated glass unit」MEM4WIN 。 2020年2月16日閲覧。
- ^ スターマン、ボージャン;マチェク、アンドラーシュ。ロシア、プリモシュ。オビド、シュテファン。クラリ、アレシュ。ハリロヴィッチ、ミロスラフ（2020年2月19日）。 「複層ガラスユニットにおける一次シール変形」。応用科学。10 (4): 1390.土井: 10.3390/app10041390。
- ^ Grynning, Steinar; Jelle, Bjørn; Gustavsen, Arild; Gao, Tao; Time, Berit (2016). 多層ガラス技術：主要な性能パラメータと将来の展望。デンマーク、オールボー：CLIMA 2016 - 第12回REHVA世界会議議事録、第2巻。pp. 記事番号187。2019年5月3日閲覧。
- ^ アンダーソン、マーティン、サイモン、ニルソン (2014)。「断熱ガラスユニットの膨張 - 数値的および実験的解析」。TVSM-5000。ルンド、スウェーデン：ルンド大学。
- ^ ハリロヴィッチ、ミロスラフ;マチェク、アンドラーシュ。モール、ニコライ。コック、ピノ。プレシュニク、フィリップ。ロシア、プリモシュ。ジニダルシッチ、マティヤシュ。アレシュ州クラリ（2023年12月1日）。 「気候荷重下での断熱ガラスユニットの静的平衡の正確な決定」。建築工学ジャーナル。80．土井：10.1016/j.jobe.2023.107955。hdl : 20.500.12556/RUL-152298。
- ^ https://www.gsa.gov/cdnstatic/Applied_Research/GPG%20048-Findings-Quad%20Pane%20Windows.pdf [ベア URL PDF ]
外部リンク
- 四重ガラスの季節エネルギー透過率ビデオ
- 6 枚ガラスの破壊試験ビデオ
- リフレックス - Q-Air マルチパネルガラス
- EN 1279:2018 建物内のガラス - 断熱ガラスユニット
- EN 16612:2019 建物のガラス - 計算によるガラス板の横方向荷重抵抗の決定