نماهای هوشمند
بررسی عملکرد نمای دو پوسته به عنوان سیستم غیرفعال خورشیدی (اثر گلخانه‌ای)

نمای دوپوسته شامل عناصری مشابه عناصر تشکیل دهنده گلخانه‌ها است. با این تفاوت که حفره میانی آن قابل زیستن نیست.
وقتی نور خورشید به پوسته خارجی برخورد می‌کند، بخشی از آن منعکس یا جذب و قسمتی از آن نیز عبور داده می‌شود. اشعه‌های خورشید که از پوسته خارجی عبور می‌کنند توسط پوسته داخلی جذب شده و درجه حرارت آن را بالا می‌برند سپس در جهات مختلف ساطع می‌شود. پس از مدتی درجه حرارت جداره خارجی شیشه‌ای با جذب پرتوهای حفره میانی و همچنین جذب قسمتی از نور خورشید بالا می‌رود. حال بخشی از این پرتوهای جذب شده در هر دو سمت شیشه ساطع می‌شوند. بخشی از این تابش بدین طریق به دام می‌افتد که درجه حرارت هوای فضای داخلی را به علت رسانش انتقالی بین دیواره‌ها و هوای پوسته‌ها افزایش می‌دهد. اثر پارامترهای مختلف نمای دو پوسته بر روی اثر گلخانه‌ای در تحقیقات مختلفی مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است.
۱. میزان تابش خورشیدیاولین عنصری است که اثر گلخانه‌ای را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اثر گلخانه‌ای به‌طور مستقیم با میزان پرتو خورشیدی متناسب است. در شرایطی که اسمان صاف است میزان جذب خورشیدی پوسته خارجی و دمای حفره میانی در فصول مختلف متفاوت است به‌طوری‌که در زمستان با وجود انکه مدت زمان تابش خورشیدی نسبت به باقی فصول کمتر است ولی زاویه تابش تقریباً عمود بر پوسته شیشه‌ای خارجی است. بنابراین میزان جذب انرژی خورشیدی بیشتر شده و درجه حرارت نمای دو پوسته تا۳۶ درجه سانتی گراد نسبت به دمای محیط افزایش می‌یابد. از طرف دیگر عبی رغم آنکه در تابستان مدت زمان تابش طولانی‌تر از سایر فصول است اما زاویه تابش خورشید کاملاً به صورت مایل به پوسته خارجی می‌تابد. در نتیجه میزان جذب خورشیدی به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد به‌طوری‌که افزایش دمای حفره میانی نسبت به زمستان کمتر است. بیشترین افزایش دما در اعتدال پاییزی رخ می‌دهد و تا ۴۳ درجه سانتیگراد نسبت به دمای خارجی افزایش می‌یابد.
۲. جهت‌گیری و استفاده از تجهیزات سایه انداز داخلیدر بکارگیری سایه اندازها باید به نوع سایبان محل قرارگیری تجهیزات سایه اندازی و محل آن توجه شود. اگر سایه اندازها در مقابل نمای داخلی قرار گیرند و فضای بین دو لایه به‌طور مناسب تهیه نشود صرف نظر از اینکه پنجره داخلی باز یا بسته باشد دمای هوای مقابل پنجره به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. در حالتی که همه تجهیزات سایه انداز بسته هستند افزایش قابل توجهی در درجه حرارت دیده می‌شود و اثر گلخانه‌ای افزایش می‌یابد زیرا بخش اضافی از اشعه‌های خورشید به وسیلهٔ این تجهیزات جذب شده و به فضای داخلی منتقل نمی‌شود. در بحث جهت‌گیری، ساختمان با نمای دو پوسته به سمت شمال بیشترین صرفه جویی انرژی و کمترین پرت حرارتی را در پی دارد. فضاها در جبهه جنوبی از نور مستقیم خورشید بهره می‌برند و واحدهای شمالی به وسیلهٔ نمای دوپوسته محافظت می‌شوند. اگر جهت نمای دو پوسته به سمت جنوب بوده و بازشوها به منظور تهویه طبیعی بسته باشند در غیاب سایه اندازها دمای هوا به ۵۲ درجه سانتیگراد می‌رسد و اثر گلخانه‌ای به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. در تابستان نا مناسبترین جهت‌گیری به سمت شرق و غرب است که گرمای زیادی از صبح به وجود می اید و میزان مصرف انرژی جهت سرمایش ساختمان بالا می‌رود. در فصل پاییز در شرایطی که آسمان صاف است نامساعدترین جهت‌گیری به سمت جنوب، شرق و غرب است و مصرف انرژی برای سرمایش ساختمان بالاتر می‌رود. در نتیجه در فصل پاییز مخاطرات ناشی از گرمایش فوق‌العاده مهم است.
۳. نسبت بین دیوار مات و پنجره نمای داخلیاهمیت اثر گلخانه‌ای بستگی به طرفیت جذب پرتوهای خورشیدی سطوح دریافت‌کننده دارد، در واقع تابش‌های خورشیدی با طول موج کوتاه بعد از جذب توسط سطوح مات به پرتوهای با طول هوج بلند تبدیل می‌شوند این پرتوهای به دام افتاده در نمای دو پوسته سبب بروز پدیده گلخانه‌ای می‌شوند. اگر نسبت شیشه در نمای داخلی افزایش یابد بیشتر تابش‌های خورشیدی مستقیما به درون واحدها منتقل می‌شوند و توسط دیوارهای مات جذب نخواهندشد. بنابراین برای فرار از پدیده گلخانه‌ای افزایش شیشه در نمای خارجی می‌تواند به عنوان یک راهکار پیشنهاد شود.
۴. رنگ تجهیزات سایه انداز و سطوح داخلیتاثیر رنگ سایه اندازها در درجه حرارت حفره میانی تنها چند درجه است. هرچه شیشه به کار رفته در جداره خارجی بیشتر شود تأثیر رنگ سطوح در جذب انرژی و افزایش دمای داخلی به همان نسبت افزایش می‌یابد. در یک مقایسه تطبیقی بین نماهای دو پوسته در شرایط یکسان مشاهدات حاکی از آن است که دمای حفره میانی در نمای دو پوسته با سطوح داخلی تیره تر بالاتر از سطوح روشن است در نتیجه خاصیت دودکشی هم قابل توجه تر است ئ جریانات هوایی قوی تری را به وجود می‌آورد.
۵. عمق فضای میانی در نمای دو پوستهبه‌طور کلی عمق حفره میانی اهمیت کمی در میزان جذب انرژی خورشیدی دارد به‌طوری‌که یک فضای میانی با عرض ۰٫۳ متری ۵٫۸ درجه سانتیگراد گرم تر از یک فضای ۲٫۴ متری در همان شرایط است. باید توجه داشت که بیشترین تفاوت در نمای رو به جنوب و در فصل تابستان است.
۶. نوع شیشه نمای داخلیانواع شیشه دوجداره با قابلیت نشر پایین که در پوسته‌های داخلی قابل استفاده می‌باشند عبارتند از شیشه شفاف شیشه منعکس‌کننده و شیشه جذب‌کننده. شیشه شفاف ۶۲٪نوردریافتی را از خود عبور می‌دهد. در صورتی که شیشه منعکس‌کننده ۵۰٪ نور را بازتاب می‌کند. اشعه‌های بازتاب‌کننده طول موج کوتاهی دارند و وقتی به سیسه جداره نمای خارجی می‌رسند به سمت خارج منتقل می‌شوند. وقتی تابش‌ها با طول موج بلند به سمت نمای دو پوسته نشر می‌شوند بعد از جذب توسط شیشه نمای داخلی در نمای دو پوسته به دام می‌افتند. اگر پوسته داخلی به شیشه جذب‌کننده تجهیز شود، بیشتر اشعه‌های خورشید جذب آن می‌شوند. اشعه‌های خورشید با طول موج کوتاه پس از جذب به اشعه‌هایی با طول موج بلند تبدیل شده و پس از ورود به حفره میانی در نمای دو پوسته به دام می‌افتند. تفاوت رفتار شیشه‌های مختلف با اندازه‌گیری دمای پوسته داخلی در طی فصول قابل ارزیابی است. ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که اختلاف دمای بین شیشهٔ شفاف و جذب‌کننده در مواقعی حتی به ۳۰ درجهٔ سانتی گراد هم می‌رسد.
۷. ابعاد بازشوها در نمای دو پوستهکاهش دما در نمای دو پوسته با ابعاد بازشوها ارتباط خطی ندارد، در واقع میزان سانتی‌مترهای اولیه باز بودن بازشوها بیشترین تأثیر را در کاهش دما دارد. در طی فصل زمستان بازشوهای نمای دو پوسته نباید بیشتر از ۵ سانتی‌متر باز باشند تا درجه حرارت هوای حفره میانی پایین‌تر از ۲۰ درجه نشود. این هوا می‌تواند بازیافت شده و به صورت بهداشتی در تهویه از آن استفاده شود. در طی فصل بهار هوای گرم نمای دو پوسته می‌تواند برای تهویه بهداشتی و همچنین گرمایش واحدهای سمت شمال استفاده شود. گرمایش مورد نیاز در واحدهای جنوبی ضروری نیست. در تابستان و پاییز بازشوهای نما باید گرمای اضافی را تخلیه کنند. در تابستان شکاف ۱۰ تا ۵۰ سانتیمتری بازشوها دمای نما را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. به‌طوری‌که مصرف انرژی برای سرمایش بنا ۸٫۱٪کاهش میابد.
۸. سرعت بادبا افزایش سرعت باد درجه حرارت پوسته خارجی نمای دو پوسته کاهش یافته و به دنبال آن درجه حرارت سطوح داخلی نیز کاهش میابد.