Saulę kontroliuojantys stiklai padeda išvengti patalpų perkaitimo

Aštrėjant globalinio atšilimo problemai, pastatai tampa vis sandaresni ir atsinaujinančios energijos šaltinių jiems visiškai pakanka šildymo poreikiams patenkinti, net labiau nutolusiose į šiaurę Skandinavijos šalyse. Architektai vis drąsiau naudoja stiklą, tačiau vasarą tokiems pastatams iškyla perkaitimo pavojus. Pastaruoju metu mokslininkai ir specialistai vieningai sutaria, kad tvariuose pastatuose patalpų vėsinimas tampa svarbesnis, nei šildymas. Todėl projektuojant pastatus pirmiausia reikia numatyti efektyvias apsaugos nuo perkaitimo priemones, kurios sutaupys aktyvaus kondicionavimo kaštus. Viena jų – saulę kontroliuojantys stiklai.

Kodėl mums reikia didelių langų?

Kuo langai namuose didesni, tuo žmonės juose jaučiasi laimingesni, tvirtina Oskaras Stormas, „Saint Gobain“ koncerno specialistas Švedijoje. Per amžius mūsų instinktai išsivystė taip, kad nuo seno žmogus jautėsi saugiau, galėdamas stebėti, kas vyksta aplinkui. Senosios pilys, fortifikacijos statiniai – tvirtovės buvo statomos ant aukštų kalvų, nuo kurių galima žvalgytis aplinkui. „Panašiai ir gyvūnai susirenka į bandas atviroje aukštesnėje  vietoje, kad įsitikintų, jog negresia joks pavojus“, – palygina O. Stormas.

Svarbi vizualinio komforto dalis yra kontaktas su aplinka, tuo neabejoja ir Vilmantas Noruišis, „Saint Gobain Building Glass“ atstovaujančios Lietuvoje ir Latvijoje UAB „Marisa“ darbuotojas. „Niekas nenori dirbti biure be langų, kad ir kaip puikiai, stilingai bei patogiai jis būtų įrengtas“ – įsitikinęs specialistas.

Vis didėjančių langų raidą įgalina modernūs trigubo stiklo paketai, sutrumpintai TGU (angl. triple glazed unit), kurių U vertė (parodanti šilumos laidumą W/kv.m esant 1 laipsnio temperatūrų skirtumui skirtingose stiklo paketo pusėse) yra 0,6 ar mažesnė. Net esant žemai temperatūrai, tokio stiklo paviršius iš vidaus retai būna pakankamai šaltas, kad nuo jo dvelktų šaltis, kurį esame įpratę sieti su stiklu – kuomet atvėsęs prie stiklo ir todėl sutankėjęs bei sunkesnis oras leidžiasi žemyn. Dėl pakankamai gerų šiuolaikinių stiklų energinio efektyvumo charakteristikų radiatoriai po langais jau nebėra būtini. Tačiau dideli stiklo plotai sukelia gali sukelti naujų problemų, tokių kaip patalpų perkaitimas ir akinimas dėl ryškios saulės šviesos.

Aktualiau vėsinti, nei šildyti

Sandariems ir šiltiems pastatams, turintiems A+ ir A++ energinės klasės sertifikatus, šildymas tampa jau nebe toks aktualus. Remigijus Simanavičius, UAB „EE plius“ vadovas, šiuolaikinius pastatus lygina su kailiniais aprengtu žmogumi. Žiemą jam šilta ir jis jaučia komfortą. Tačiau atėjus vasarai, kailiniai tampa per karšti. Taip yra ir su pastatais, nes per didelius langus saulė nekliudomai patenka į vidų ir prikaitina patalpas taip, kad be aktyvių vėsinimo priemonių jose išbūti tampa tiesiog neįmanoma. Ir nors Šiaurės šalyse, prie kurių priskiriama ir Lietuva, tai trunka tris – keturis mėnesius, per tą palyginti trumpą laikotarpį sunaudojame vis daugiau energijos, skirtos oro vėsinimui, t. y. kondicionavimui.

„Šią savaitę aš negalėjau gerai išsimiegoti, nes mano butas buvo labai įšilęs. Žinoma, naktį galima atsidaryti langą, tačiau miesto keliamas triukšmas ryte mane pažadina anksčiau, nei žadintuvas“.

Ši istorija tampa vis įprastesnė, nes nauji pastatai, tankinant miestus, dažnai statomi arčiau kelių ir geležinkelių – kur dar yra vietos. Dažnai akcentuojamas garso sumažinimas stikle, t.y., akustinės jo savybės, tyli namo vieta – tai, už ką vartotojai pasiruošę mokėti papildomai. Tačiau atidaromas langas vis dar laikomas tinkama patalpų klimato kontrole. Lango atidarymas reiškia daug daugiau gatvės triukšmo – garso bangos prasiskverbs pro mažiausią plyšį ir įkyriai lys į ausis. Galimas variantas – įrengti oro kondicionierių. Tačiau oro kondicionavimas yra brangus, ir, kas blogiausia, prisideda prie globalinio atšilimo. Negana to, šaldant orą įprastais kondicionieriais, jo santykinis drėgnumas kinta, daugeliui tai sukelia diskomfortą dėl oro išsausėjimo. Specialistai visuomet siūlo pasitelkti kompleksinius spendimus, padedančius sumažinti aktyvų patalpų vėsinimą – pirmiausia numatyti pasyvias priemones.

Alternatyvos aktyviam vėsinimui

Kiek kambarys įšyla nuo saulės, priklauso nuo lango ir grindų paviršiaus plotų santykio. Kuo didesnis stiklas ir kuo mažesnis kambarys, tuo jis labiau prikaista. Kaip minėta aukščiau, didinant langus, dažnai neatsižvelgiama į kambario dydį. Galimas sprendimas panašiose situacijose – naudoti saulės energijos pritekėjimo ribojimą, t.y. kontrolę. Efektyviausios yra išorinės šešėliavimo priemonės – žaliuzės, stogeliai ar pan. Tačiau jų montavimas kartais yra arba išvis negalimas, arba yra brangus, o juo labiau – techninė priežiūra. Ir vasarą žaliuzės  dažnai turi būti nuleistos, net kai yra debesuota – dėl išsklaidyto šiluminio spinduliavimo, sklindančio nuo dangaus ir supančios aplinkos.

Iš tikrųjų pigiausias sprendimas yra naudoti saulės šviesos kontrolės stiklą. Šiuolaikinis saulės kontrolės stiklas turi šviesos pralaidumą, artimą standartiniam selektyvinio (low-e) stiklo paketui. Pavyzdys: Švedijos būsto langų energinis vertinimas nustatomas ne vien pagal U (šilumos laidumo koeficiento) vertę, nustatyta ir žemiausia šviesos pralaidumo riba procentais – 63%, t.y., kiek natūralios šviesos patenka į patalpą.  Modernūs aukštos energinės klasės saulės spindulių patekimą į patalpas kontroliuojantys stiklai jau beveik nesiskiria nuo įprastinių selektyvinių (low-e) stiklų – pralaidumas ir spalvų perteikimas yra labai panašūs. Pavyzdžiui, su naujuoju „Saint-Gobain Cool-Lite SKN 183“, praleidžiamos šviesos neutralumas iš tikrųjų gali pranokti selektyvinio (low-e) stiklo neutralumą.

Kiek patalpa įšyla, priklauso nuo stiklo ir patalpos grindų ploto santykio. Nuotraukoje „Saint Gobain Cool-Lite SKN 183” trijų stiklų paketo (TGU) šviesos pralaidumas ir spalvų spektras yra artimas įprastam stiklui, o šiluminės charakteristikos žymiai geresnės.

„Cool-Lite SKN 183“ ir „Xtreme 70/33“ yra tie produktai, kurių pagalba saulės valdymą galima integruoti į trigubo stiklo paketus, išlaikant šviesos pralaidumą ne mažiau 63%. G vertė trijų stiklų pakete (TGU) sumažėja nuo 60% iki 37% (0,37) ir 31% (0,31) atitinkamai naudojant „SKN 183“ ir „Xtreme 70/33“ stiklus. (G vertė – tai suminė saulės energija patenkanti per stiklą į patalpas. Vien tik dėl tiesioginių spindulių  praleista šiluma neparodo kiek iš viso saulės energijos per stiklą patenka į patalpą. G vertė apima visą į patalpas patenkančią šilumos energiją – ir nuo saulės įkaitinto stiklo, ir nuo tiesioginiais spinduliais praleistos šilumos). Kuo aukštesnės klasės yra saulės kontrolės stiklas, tuo jis praleidžia daugiau šviesos kartu mažiau saulės šilumos. Praleistos saulės šviesos ir saulės šilumos santykis 2:1 ir daugiau yra geras rodiklis.

Kaip mažesnė G vertė turi įtakos kambario temperatūrai? Švedijos pastatų sertifikavimo „Miljöbyggnad“ norma, įvertinus beveik 800 sertifikuotų statinių, nustato, kad maksimali 1 kv. m stiklo paviršių  pasiekianti saulės šiluminė spinduliuotė yra 800 W. Turėdami 4 kv. m stiklo paviršių ir 20 kv. m kambario grindų paviršiaus, gauname šią lentelę:

Kitaip sakant, 4 kv.m stiklo paketų be saulės kaitros ribojimo funkcijos vasarą, beveik visą saulėtą dieną šildys 20 kv.m ploto kambarį 480W*4m2=1920W (1,9kW). Tai maždaug atitinka vidutinio dydžio elektrinį radiatorių, įjungtą visa galia.

Su senais langais ar net naujais selektyvinių stiklų paketais, be saulės kontrolės (kad būtų išlaikoma tik U vertė) galite rinktis: pabandyti užmigti karštame miegamajame į vakarus arba pabusti išpilti prakaito miegamajame į rytus, nekalbant jau apie patalpas su langais į pietinę pusę. Šilumos energijos apkrova gali būti didesnė nei sugeba „apdoroti“ įprastinio galingumo buitinis oro kondicionierius. Pasirinkimas – miegamojo langai į šiaurę arba saulės kaitros pritekėjimą kontroliuojantys stiklai.

Saulės kontrolės stiklas visada yra pigiausias ir efektyvus būdas sumažinti perkaitimo problemas montuojant naujus langus. Bet jei pasigilintume į Švedijos „Miljöbyggnad“ normas, maksimali leidžiama šilumos energija yra 38 W / m2 grindų ploto, todėl aukščiau pateiktame skaičiavime vis tiek reikėtų ką nors pridėti prie stiklo paketo. Papildoma saulės kontrolė dažniausiai reiškia 2 + 1 (dviejų stiklų stiklo paketas + 1 papildomas išorinis stiklas) lango paketą, montuojant išorines žaliuzes tarp stiklų, tačiau toks sprendimas didina kaštus ir iki galo neišsprendžia problemos, ypač kai visi langai turi būti atidaromi. Taigi, atsiranda poreikis vidiniams, (t. y. patalpoje, prie stiklo) saulės valdymo įtaisams, tokiems kaip vidiniai roletai.

Regionens Hus, pirmasis pastatas Švedijoje, be išorinių saulės kontrolės priemonių gavęs „Miljöbyggnad“ Gold įvertinimą. Pastato languose panaudota trijų stiklų stiklo paketai su Cool Lite Xtreme 70/33 stiklu iš Saint-Gobain Building Glass; patalpose už stiklo paketų – metalizuoto audinio roletai.

Saulės kontrolė patalpos viduje – naudojant mažo šviesos atspindžio saulės kontrolės stiklus ir metalizuotus vidinius roletus

Vidinė saulės kontrolė yra gera idėja, nes ji  veikia mūsų natūralius impulsus. Kai saulė mums kaitina nugarą, pirmoji reakcija yra užtraukti užuolaidas, aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta normali būsena „Kista“ biurų pastate netoli Stokholmo. „Jei apsižvalgysite aplinkui, tokių pavyzdžių pamatysite gerokai daugiau“, – sako O. Stormas.  Tačiau įprasti roletai ar užuolaidos saulės energijos pritekėjimą sumažina ne daugiau kaip 2%. Ypač jeigu tamsūs, jie tampa tarsi saulės šilumos kolektoriai ir beveik visai nesprendžia patalpų perkaitimo problemos.

V. Noruišis pastebi, kad nuleidus tamsias žaliuzes ar užuolaidas ant langų siekiant apsisaugoti nuo saulės kaitros, mes vėl sėdime tarsi belangėje erdvėje, nors viena patalpos siena gali būti ir ištisai įstiklinta. Blogiausia, kad netinkamas stiklo paketo ir vidinių roletų derinys dar ir saulės karštį beveik netrukdomai praleis į patalpas. Dabar jau retai, bet vis dar kartais dėl žinių stokos, tikintis gauti saulės kontrolės savybes, panaudojamas tonuotas stiklas, kuris yra neefektyvus – beveik tokia pat dalimi sumažina šviesos pralaidumą, kiek ir saulės kaitros. „Natūralios šviesos kiekio patalpoje atžvilgiu tai būtų tas pats, kaip kas antrą langą patalpoje tiesiog užmūryti, tai yra blogi sprendimai“, – palyginimą pateikia specialistas.

Tai kodėl gi nenaudoti tokių apsaugos nuo saulės akinimo priemonių, kurios taip pat sumažina saulės šilumos pritekėjimą ir išsaugo tam tikrą vaizdą į išorę? Mikroklimato sprendimus siūlanti įmonė „Bengt Dahlgren AB“, įsikūrusi Geteborge, atliko akinimo ir saulės energijos kontrolės bandymus su roletais, turinčiais metalizuotą,  į lauko pusę atsuktą atspindintį  paviršių, dėl kurio neįkaista audinys, matomas vidinėje pusėje:

Naudojant roletus su audiniu metalizuotu išoriniu paviršiumi, pagal poreikį vasarą saulės šilumos įspinduliavimą į patalpą galima sumažinti net 2,5 karto.

SVL (santrumpa švedų kalba) – per stiklo paketo su šešėliavimo priemonėmis praleistos saulės energijos kiekis (srautas) W/1m2 patalpos grindų ploto.

Gtotal arba Gsystem – reikšmė, skirta išreikšti saulės energijos daliai, patenkančiai per stiklo paketą kartu su papildomomis šešėliavimo priemonėmis Ši lentelė parodo, kiek saulės šilumos (W) tenka grindų plotui. Tai yra svarbu, kai kalbama apie visas saulės apšviečiamas langų kryptis nes ir vakarų pusėje gali būti pakankamai kaitri saulė. Kada reikia saulės šilumos, o kada jos bus per daug? Jeigu patalpoje yra dideli langai, be jų  saulės kaitros pralaidumo reikia įvertinti ir patalpos grindų plotą.

Apibendrinant, kai siekiama nustatyti, ar ir per kiek laiko saulė perkaitins patalpas, bene svarbiausia reikšmė yra įspinduliuojamos saulės energijos kiekis W tenkantis vienam kv. m patalpos grindų ploto.  Kiek į patalpą pateks saulės kaitros, priklauso nuo patalpos langų ploto, gsystem reikšmės ir langų krypties.

Šiuolaikiška pastatų šilumos srautų simuliacijų programinė įranga pateiks tikslesnius skaičiavimus. Tiksliausi rezultatai gaunami simuliacijose naudojant  gsystem  reikšmes, gautas atliekant stiklo paketų ir roletų pilno šviesos spektro analizę. Mažo šviesos atspindėjimo (reflektyvumo) saulės kontrolės stiklas kartu su didelio atspindėjimo vidiniu roletu sudaro sinergiją „1 + 1 = 3“. Toks trigubo stiklo paketas su labai mažai šviesos atspindinčiu stiklu „Xtreme 70/33“ ir metalizuotomis vidinėmis šešėliavimo priemonėmis gali sumažinti gsystem (pagal  EN ISO 52022-3) iki 0,12 – sprendimas, pagal savybes labai konkurencingas, palyginti su išorinėmis šešėliavimo priemonėmis, tačiau žymiai pigesnis įsigyti ir tinkamai prižiūrėti.

„Esmė, į ką reikėtų atkreipti dėmesį, yra mažo šviesos atspindėjimo stiklo kombinacija su aukšto šviesos atspindėjimo roletų audiniu“, – paaiškina V. Noruišis. „Fizikiniai procesai vyksta maždaug tokie – dalis (maždaug pusė) saulės energijos sklinda kartu su matoma spektro dalimi (šviesa), kita pusė – su nematoma (infraraudonaisiais spinduliais).  Infraraudonuosius (šilumos) spindulius efektyvūs naujausios kartos saulės kontrolės stiklai blokuoja beveik visiškai. Likusi šiluma į patalpą per efektyvų saulės kontrolės stiklą patenka su matomu šviesos spektru. Jeigu vasarą šviesos yra per daug, nuleidus atspindintį roletą, jis atspindi patenkančią pro langą šviesą atgal į išorę, nepakeisdamas bangos ilgio, t.y. nepaversdamas šviesos spindulių šiluminiais spinduliais, kurių, kaip žinia, šiuolaikiniai stiklai nepraleidžia visiškai. Tokiu būdu pagal poreikį efektyviai blokuojamas tiek šviesos, tiek karščio perteklinis spinduliavimas į patalpą.

„Terminio streso“ rizikos įvertinimas

Tačiau užtraukus tokią efektyvią vidinę žaliuzę (roletą) ir patalpoje sukūrus šešėlį, saulės spinduliai gali taip įkaitinti vidinį arba vidurinį stiklą, kad jis gali įtrūkti. Rizika yra daug mažesnė, kai saulės šviesos kontrolės stiklas jau išorėje efektyviai blokuoja šilumos energijos srautą, tačiau net ir šiuo atveju šios rizikos nereikėtų ignoruoti ir nevertinti. Būtina profesionali konsultacija ir instaliacija, užtikrinanti pakankamą savaiminį vėdinimą tarp stiklo ir šešėliavimo priemonės (pvz. roleto) viduje už stiklo, kad susidariusi šiluma lengvai pasišalintų. Geriausia yra numatyti viską iš anksto, įvertinant visas rizikas, prieš tai atlikus skaičiavimus.

„2+1“ – anksciau Skandinavijoje gana populiari langų konstrukcija. Viduje – langas su 2 stiklų paketu, išorėje – dar vienas lango sluoksnis, dažniausiai taip pat varstomas, su 1 stiklu. Dažnai į ertmę tarp šio stiklo ir stiklo paketo sumontuojamos žaliuzės arba roletai.

Kaip veikia saulę kontroliuojantys stiklai?

V. Noruišis patikslina, kad šiuolaikiniai saulės kontroliuojantys stiklai yra skirstomi į dinaminio valdymo ir pasyvius, t.y. įprastinius. Dinaminio valdymo, t.y. savaime ar automatiškai užsitonuojantys stiklai dar kol kas yra brangi, tačiau smarkiai progresuojanti rinkos naujovė ir tik laiko klausimas, kuomet ji bus pradėta naudoti masiškai. Šiuo metu įprasti saulės kontrolės stiklai nėra valdomi, todėl jie priskiriami prie pasyvių saulės kontrolės priemonių, o tai yra ir privalumas, ir trūkumas. Privalumai – patikimumas, ilgaamžiškumas ir naudojimo paprastumas. Trūkumas – fiksuotų savybių saulės kontrolės stiklas, priešingai nei dinaminis, negali apsaugoti nuo per didelio šviesos kiekio, saulės akinimo ir būna dienų metuose, kai saulės šilumos norisi įsileisti į patalpas kuo daugiau.

Saulės kontrolės stiklui jo įstabias savybes gerai praleisti matomą šviesą, o trumpabangius ir ilgabangius infraraudonuosius spindulius visiškai atspindėti, suteikia stiklo danga, sudaryta iš kelių ar keliolikos skirtingų metalų ir oksidų, tame tarpe ir sidabro, sluoksnių, kiekvieno jų storis – 10 – 100 nm (mikronų).

Išoriniai roletai – gerai, bet roletai kartu su saulės kontrolės stiklu – dar geriau

Net ir naudojant išorines šešėliavimo priemones, gera idėja yra naudoti ir saulės kontrolės stiklą – kadangi mažesnė (t.y. geresnė) stiklo paketo g vertė reiškia, kad valdomos šešėliavimo priemonės – išorinės žaliuzės, roletai, nebūtinai turi dengti stiklą visą saulėtą vasaros dieną. „Priešingu atveju – už lango gražu, giedru dangumi plaukia balti debesėliai, o mes dirbame tarsi belangėse patalpose su labai apribotu vaizdu į aplinką, nes pastato valdymo sistema pagal įvairius aplinkos ir pastato parametrus „nusprendė“, kad saulės kaitros pritekėjimą nuleidžant roletus reikia riboti tol, kol šviečia saulė“ – apibūdina V. Noruišis. Švedijos konsultuojančių įmonių WSP ir „Bengt Dahlgren AB“ skaičiavimai rodo, kad išorinių šešėliavimo priemonių poreikis, t.y. laikas, kada jos turi buti naudojamos tam, kad apribotų saulės kaitros įspinduliavimą, sumažėja nuo 30% iki 50%, kai stiklo paketas su selektyviniu (low-e) stiklu pakeičiamas net paprasčiausiu saulės kontrolės stiklu.

RĖMĖJO TURINYS

• Temos: Saint-Gobain Building Glass, UAB Marisa, Vilmantas Noruišis