Τα αντικείμενα σε ένα χώρο με υψηλή θερμοκρασία εκπέμπουν την θερμότητα που αποκτούν με την μορφή μεγάλου μήκους υπέρυθρης ακτινοβολία (IR). Οι κοινοί υαλοπίνακες όπως και τα υπόλοιπα αντικείμενα ενός χώρου, απορροφούν περισσότερη υπέρυθρη ακτινοβολία, αυξάνεται η θερμοκρασία τους  και επανεκπέμπουν την θερμότητα που αποκτούν προς τα έξω το χειμώνα με αποτέλεσμα να έχουμε απώλεια αρκετή ενέργειας.

Ο ενεργειακός υαλοπίνακας εμποδίζει την εκπομπή της θερμότητας προς τα έξω και γι αυτό και ονομάζεται ‘’χαμηλής εκπομπής ’’ή‘’ Low‐E (Low –Emissivity). Η ιδιότητα αυτή, ονομάζεται ικανότητα εκπομπής (emissivity) και εκφράζεται με την τιμή e η οποία δηλώνει το ποσοστό (%)  της επανεκπεμπόμενης ενέργειας. Η τιμή (e) ενός κοινού υαλοπίνακα είναι 0,89. Δηλαδή το 89% της ενέργειας που απορροφάται από τον υαλοπίνακα, επανεκπέμπεται προς τον εξωτερικό-ψυχρό χώρο και μόνο το 11% ανακλάται πίσω στον εσωτερικό-θερμό χώρο.

Ένα λεπτό, αόρατο στρώμα αφήνει να διαχυθεί στο εσωτερικό το φως και η ηλιακή ενέργεια αλλά παράλληλα αποτρέπει την έξοδο της θερμότητας. Το κενό μεταξύ των δύο υαλοπινάκων μπορεί να γεμίσει με ευγενές αέριο για να μειωθεί περαιτέρω ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας U (θερμοπερατότητας).

Ο συντελεστής θερμοπερατότητας ενός διπλού υαλοπίνακα ο οποίος αποτελείται από δύο υαλοπίνακες πάχους 4mm ο καθένας με διάκενο 12mm μεταξύ τους είναι ίσος με 2.9W/(m2K), ενώ για τον αντίστοιχο διπλό ενεργειακό υαλοπίνακα ο συντελεστής θερμοπερατότητας κυμαίνεται από 1.6 έως 2.0 W/(m2K).

Στους συμβατικούς διπλούς υαλοπίνακες τα 2/3 της απώλειας θερμότητας οφείλονται σε θερμική ακτινοβολία, ενώ το υπόλοιπο 1/3 οφείλεται σε θερμότητα διά επαφής και θερμικά ρεύματα.

Στους διπλούς ενεργειακούς υαλοπίνακες η διάδοση της θερμότητας οφειλόμενη σε ακτινοβολία σχεδόν ελαχιστοποιείται από την επίστρωση έως και 96%. Επιπλέον, η χρήση αερίων στο διάκενο μειώνει την μετάδοση της θερμότητας (U‐Value=1.1W/m2K με χρήση Ar) ενώ ακόμα καλύτερη θερμομόνωση επιτυγχάνεται με χρήση θερμομονωτικού πηχακίου.

Οι χαμηλής εκπομπής (Low‐E) διπλοί υαλοπίνακες αποτελούνται από δύο κομμάτια γυαλιού εκ των οποίων το ένα γυαλί περιέχει αόρατη σύνθεση μεταλλικών στοιχείων,  την αποκαλούμενη χαμηλής εκπομπής επίστρωση. Με την επίστρωση στη μία πλευρά του γυαλιού με ένα λεπτό στρώμα μεταλλικών οξειδίων, έχουμε καταφέρει να μειώσουμε αρκετά την ικανότητα εκπομπής (τιμή e), την απορρόφηση ενέργειας και να αυξήσουμε την θερμότητα. Με την χρήση πιο δραστικών επιστρώσεων, καταφέρνουμε να αυξήσουμε σε σημαντικό βαθμό την θερμομόνωση που παρέχουν οι υαλοπίνακες.

Η χαμηλής εκπομπής (low-e) επίστρωση είναι σχεδιασμένη να αυξάνει την ανάκλαση της προσπίπτουσας και απορροφούμενης από το γυαλί θερμότητας προς την πλευρά της πηγής της θερμότητας. Με άλλα λόγια αφήνει να διαχυθεί στο εσωτερικό το φως και η ηλιακή ενέργεια αλλά παράλληλα αποτρέπει την έξοδο της θερμότητας. Σε αντίθεση με τους κοινούς υαλοπίνακες,  οι επιστρωμένοι low-e υαλοπίνακες απορροφούν, άρα και εκπέμπουν προς τον εξωτερικό-ψυχρό χώρο, μικρότερα ποσοστά ενέργειας, με αποτέλεσμα την διατήρηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού χώρου τον χειμώνα και την μη απορρόφησης  της ζέστης προς τα μέσα το καλοκαίρι.

Το κενό μεταξύ των δύο υαλοπινάκων μπορεί να γεμίσει με ευγενές αέριο για να μειωθεί περαιτέρω ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας U (θερμοπερατότητας).

Ανάλογα με την μέθοδο επίστρωσης,  οι επιστρωμένοι υαλοπίνακες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

1. Σε υαλοπίνακες πυρολυτικής επίστρωσης  (ή σκληρής επίστρωσης όπωςλέγονται) των οποίων η επίστρωση γίνεται υπό θερμοκρασίες της τάξεως των 500ΟC, κατά την διάρκεια της παραγωγής τους, εν σειρά, γι’ αυτό και αποκαλούνται επίσης on line.

Το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι το ότι η ενσωματούμενη στην επιφάνεια του γυαλιού επίστρωση, είναι ανθεκτική σε μηχανικές καταπονήσεις, πράγμα το οποίο μας παρέχει την δυνατότητα να τοποθετούμε τα γυαλιά με την επιστρωμένη επιφάνεια στην θέση 1 στην οποία το γυαλί αποδίδει τις χρωματικές του ιδιότητες για τις οποίες το έχουμε άλλωστε επιλέξει.  

2. Σε υαλοπίνακες εν κενώ επίστρωσης  (ή μαλακής επίστρωσης όπως λέγονται) των οποίων η επίστρωση γίνεται σε χωριστή φάση από την παραγωγή,  γι’  αυτό και αποκαλούνται off line.

Μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παραγωγή επιστρώσεων μη ανθεκτικών σε μηχανικές καταπονήσεις, κάτι που απαιτεί προσεκτικό χειρισμό των γυαλιών   καθ’ όλα τα στάδια της περαιτέρω επεξεργασίας των, την χρήση τους μόνο σε διπλές υαλώσεις και την τοποθέτηση της επιστρωμένης επιφάνειάς τους μόνο στις θέσεις 2 και 3.  Μία πολύ σημαντική παράμετρος των επιστρωμένων  (ανακλαστικών)  γυαλιών είναι το οπτικό αποτέλεσμα που μας δίνουν οι χρωματισμοί τους. Η δημιουργία τους στηρίζεται στους διαφορετικούς δείκτες διάθλασης που έχουν δυο διαφορετικά υλικά αλλά και δυο διαφορετικού πάχους στρώματα του ίδιου υλικού. Συνδυάζοντας λοιπόν οι παραγωγοί των επιστρωμένων γυαλιών τόσο διαφορετικά υλικά  (Οξείδιο Τιτανίου,  Οξείδιο Χρωμίου,  Οξείδιο Χαλκού κλπ)  όσο και διαφορετικού πάχους επιστρώσεις του ίδιου υλικού,  παράγουν ανακλαστικά γυαλιά με διαφορετικό οπτικό-χρωματικό αποτέλεσμα (Fume,  Bronze, Green, Blue, Silver, Gold, Green  κλπ)  αλλά και διαφορετικό βαθμό ανακλαστικότητας.

Στη δεύτερη και πιο σύγχρονη μέθοδος επίστρωσης που χρησιμοποιείται τελευταία, τα γυαλιά είναι διαφανή, προστατεύουν από την ηλιακή ακτινοβολία, έχουν μεγάλη φωτεινότητα και δίνουν τη χαμηλότερη τιμή U του συντελεστή θερμοπερατότητας Κ.

Ο συντελεστής θερμοπερατότητας ενός διπλού υαλοπίνακα ο οποίος αποτελείται από δύο υαλοπίνακες πάχους 4mm ο καθένας με διάκενο 12mm μεταξύ τους είναι ίσος με 2.9W/(m2K), ενώ για τον αντίστοιχο διπλό ενεργειακό υαλοπίνακα ο συντελεστής θερμοπερατότητας κυμαίνεται από 1.6 έως 2.0 W/(m2K).

Στους συμβατικούς διπλούς υαλοπίνακες τα 2/3 της απώλειας θερμότητας οφείλονται σε θερμική ακτινοβολία, ενώ το υπόλοιπο 1/3 οφείλεται σε θερμότητα διά επαφής και θερμικά ρεύματα.

Στους διπλούς ενεργειακούς υαλοπίνακες η διάδοση της θερμότητας οφειλόμενη σε ακτινοβολία σχεδόν ελαχιστοποιείται από την επίστρωση έως και 96%. Επιπλέον, η χρήση αερίων στο διάκενο μειώνει την μετάδοση της θερμότητας

(U‐Value=1.1W/m2K με χρήση Ar)

Ενώ ακόμα καλύτερη θερμομόνωση επιτυγχάνεται με χρήση θερμομονωτικού πηχακίου.

Οι ενεργειακοί υαλοπίνακες πλεονεκτούν καθώς βοηθούν στην εξοικονόμηση των δαπανών για θέρμανση και εγγυώνται την ομοιογενή θερμοκρασία του χώρου. Επιπλέον, εξασφαλίζουν υψηλή διαπερατότητα φωτός και περιορίζουν το φαινόμενο

Συντελεστής θερμοπερατότητας U-Value (ή συντελεστής Κ)

Η θερμοπερατότητα ενός υαλοπίνακα,  εκφράζεται με το συντελεστή U-value και μετρά την θερμότητα η οποία μεταδίδεται  συνολικά με επαφή ανάμειξη και ακτινοβολία (σε Watt), μέσω ενός υαλοπίνακα (1m2) από την θερμότερη στην ψυχρότερη πλευρά (για κάθε ένα βαθμό διαφοράς θερμότητας).

Ο συντελεστής θερμοπερατότητας ενός μονού υαλοπίνακα 4mm είναι:

Ug = 5,8W/(m2.K)

Η συνολική θερμική μόνωση ενός παραθύρου εξαρτάται από την θερμική μόνωση του πλαισίου, την θερμική μόνωση του υαλοστασίου και τους αποστάτες θερμοδιακοπής  και αποδίδεται από τον συντελεστή Uw, ενώ η θερμική μόνωση μόνο του υαλοστασίου αποδίδεται από τον συντελεστή Ug.

Εξέλιξη του συντελεστή θερμοπερατότητας των υαλοστασίων .

Μέχρι τα μισά του προηγούμενου αιώνα, τα υαλοστάσια αποτελούνταν από μονούς υαλοπίνακες με αποτέλεσμα τεράστιες απώλειες θερμότητας μέσω των παραθύρων, εξ αιτίας του πολύ υψηλού U-value (ένα υαλοστάσιο με μονό υαλοπίνακα πάχους 6mm, έχει Ug = 5,7W/(m2.K)). Περί τα τέλη της 10ετίας του 1930 γεννήθηκε η ιδέα του διπλού υαλοπίνακα, η οποία άρχισε να εφαρμόζεται στην πράξη στις αρχές της 10ετίας του ’50,  όταν έκαναν την εμφάνισή τους οι πρώτοι διπλοί υαλοπίνακες,  οι οποίοι συναρμολογούνταν και τοποθετούνταν επί τόπου. Αργότερα στις αρχές της δεκαετίας του 1960, τα εργοστάσια παρήγαγαν ερμητικά σφραγισμένους διπλούς υαλοπίνακες.

Η ιδέα των διπλών υαλοπινάκων ήταν να δημιουργηθεί ένα διάκενο γεμισμένο με ξηρό αέρα ανάμεσα σε δύο φύλλα υαλοπινάκων, το οποίο θα συντελούσε στην μείωση της μετάδοσης της θερμότητας με επαφή,  δεδομένου ότι το γυαλί έχει θερμοαγωγιμότητα 1W/(m.K) ενώ ο αέρας μόλις 0,025W/(m.K), βελτιώνοντας έτσι τα μονωτικά χαρακτηριστικά και τον συντελεστή θερμοπερατότητας (Ug) ενός υαλοστασίου.

Ένα υαλοστάσιο με διπλό υαλοπίνακα, αποτελούμενο από δύο κοινούς υαλοπίνακες 6mm με 16mm διάκενο αέρα, ανάμεσά τους, έχει U = 2,7W/(m2.K). 

Όπως φαίνεται στο σχήμα, όσο μεγαλώνει το διάκενο, τόσο βελτιώνεται η θερμομονωτική ικανότητα του διπλού υαλοπίνακα. Αυτό όμως συμβαίνει μέχρι ένα ορισμένο σημείο που είναι τα 16 – 18mm. Άρα διάκενο πάνω από 18mm,  όχι μόνο δεν ωφελεί, αλλά αντιθέτως μειώνει την θερμομονωτική ικανότητα του υαλοστασίου.

Αργότερα επήλθε νέα βελτίωση με την αντικατάσταση του αέρα με ευγενή αέρια (Argon, Krypton)  τα οποία έχουν μικρότερη θερμοαγωγιμότητα από τον αέρα ώστε να μειώνουν την μετάδοση θερμότητας με επαφή, αλλά και μεγαλύτερη πυκνότητα ώστε να περιορίζουν την μετάδοση θερμότητας με ανάμειξη.

Όμως αποφασιστικής σημασίας βήμα στην ποιότητα της θερμικής μόνωσης των υαλοστασίων αποτέλεσε η εφεύρεση της επίστρωσης της επιφάνειας των υαλοπινάκων με ένα μικροσκοπικώς λεπτό, θεωρητικώς αόρατο στρώμα μετάλλων ή μεταλλικών οξειδίων,  το οποίο βελτιώνει σημαντικά (μειώνει)  την τιμή της δυνατότητας θερμικής εκπομπής (emissivity  e)  του υαλοπίνακα.  Έτσι προέκυψαν οι πρώτοι ανακλαστικοί υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής (Low-E) 1ης γενιάς. (K-glass, EKO, Plannibel-G κλπ).

Το επόμενο βήμα ήταν η ανακάλυψη νέων βελτιωμένων επιστρώσεων και η παραγωγή των υαλοπινάκων Low-E 2ης γενιάς (Solar-E, Sunergy, Eclipse advantage, Cool Lite ST κλπ). Στην διάθεσή μας έχουμε πλέον σήμερα,  υαλοπίνακες χαμηλής εκπομπής υψηλής αποδοτικότητας (Low-E High Performance), 3ης γενιάς, οι οποίοι μειώνουν δραματικά τον συντελεστή δυνατότητας εκπομπής (emissivity  e).  Στην κατηγορία των Low-E High Performance  υαλοπινάκων,  ανήκουν οι Optitherm, Planitherm, TOP N, SilverStar, Planistar, Energy N, Solarban, Suncool HP, CoolLite KN/SKN, Stop Ray κλπ.

Η βελτίωση του U-value με την χρήση Low-E υαλοπινάκων.

Ένα υαλοστάσιο με διπλό υαλοπίνακα,  αποτελούμενο από έναν κοινό υαλοπίνακα 5mm και έναν υψηλής αποδοτικότητας (high performance) υαλοπίνακα 5mm, με 15mm διάκενο, γεμισμένο με αέριο, έχει U = 1,1W/(m2.K).

Για να αντιληφθούμε καλύτερα την βαρύτητα των ανωτέρω τιμών Ug  των υαλοστασίων,  μπορούμε να τις συγκρίνουμε με τον συντελεστή θερμοπερατότητας ενός τοίχου χωρίς μόνωση στο εσωτερικό του, ο οποίος έχει U=1,5W/(m2.K) περίπου, ενώ ένας τοίχος με μόνωση, έχει U μικρότερο από 0,6W/(m2.K). Ο συντελεστής θερμοπερατότητας (U-Value) στην πράξη εκφράζει τον βαθμό απώλειας σε Watt, ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας.

υαλοπίνακα, για μια διαφορά ενός βαθμού, μεταξύ του εσωτερικού χώρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή U-Value, τόσο μικρότερη είναι η μεταφορά (απώλεια) θερμότητας που διαφεύγει μέσω του υαλοστασίου.Ρ(Ισχύς)

Ο μαθηματικός τύπος έχει ως εξής:  K (U-Value) = xxxxxxx (S x (θ1-θ0))

Όπου S = η επιφάνεια του υαλοστασίου σε τ.μ.  θ1= η θερμοκρασία του εσωτερικού χώρου θ0= η θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος.  Λύνοντας την εξίσωση ως προς την Ρ (Ισχύ) έχουμε:  Ρ = K x  (S x  (θ1- θ0 )) που σημαίνει επί παραδείγματι ότι,  η ενέργεια που χρειαζόμαστε για να διατηρούμε την εσωτερική θερμοκρασία  (θ1)  ενός σπιτιού με υαλοστάσια εμβαδού 15 τ.μ., με μονούς υαλοπίνακες και συντελεστή Κ=5,7, στους 20ο τον χειμώνα, όταν η εξωτερική θερμοκρασία (θ0) είναι 8Ο (θ1- θ0= 12ο), είναι: Ε=5,7x15m2x12o = 1.026Watt * 1h = 1,026KWh την ώρα. Ενώ αν το σπίτι είχε αντίστοιχους διπλούς υαλοπίνακες Low-E με συντελεστή Κ = 1,4 τότε η απαιτούμενη ενέργεια θα ήταν: Ε=1,4x15m2x12o = 252Warr * 1h = 0,252KWh την ώρα. 

Το μηνιαίο όφελος εξαρτάται από το κόστος του πετρελαίου, του φυσικού αερίου και του ρεύματος (ΔΕΗ).