Termoizolaciona stakla i emisija CO2

Debate o klimatskim promenama su u jeku. Sve vlade na svetu i najveći broj naučnika se slažu da ljudske aktivnosti, naročito porast potrošnje energije se ubrzava. Potrebno je zaustaviti klimatske promene, zaustaviti globalnu promenu klime jer će one imati negativne socijalne i ekonomske aspekte kao i negativan uticaj na životnu sredinu. Zadatak je da obezbedimo održivi razvoj. Postoje i određena neslaganja oko brzina ovih promena i oko detalja posledica.

Uvod

Političari i naučnici imaju konsenzus da porast ljudskih aktivnosti utiče na potrošnju fosilnih goriva i da se taj proces mora usporiti. Ovo je razlog zašto smo u dosadašnjim godinama gledali internacionalne dogovore oko smanjenja emisije ugljen-dioksida (CO₂) i zašto toliki broj vlada ima ciljni zadatak za uštedom energije. Građani sveta čekaju da vide da li će se ovi ciljevi ostvariti uz pomoć politike i određene zakonske regulative.

Projektovanje zgrada će igrati ključnu ulogu u ostvarivanju ovih ciljeva. Razlog za ovo je što razvijene zemlje za potrebe zgrada troše između 40 i 50 % ukupne potrošnje energije. Društvo traži način da smanji potrošnju fosilnog goriva i automatski smanji proizvodnju CO₂.

Obnovljivi izvori energije će igrati vitalnu ulogu u budućnosti, ali trenutni prioritet mora biti smanjivanje potrošnje fosilnog goriva tako da se koristi efikasnije. Zgrade će biti u porastu fokusa ne samo što su one značajan potrošač energije nego su i te kako važne i tehnologije i proizvodi od kojih se prave zgrade. Uslov održivosti je uslov opstanka civilizacije. Ovo je sada omogućeno i potrebno ga je odmah primeniti.

Poboljšanje energetske efikasnosti zgrada donosi takođe i druge koristi. Zgrade su komfornije i jeftinije. To je izuzetno važno za vlasnike i stanare.

I sa socijalne tačke gledišta, nacionalnih ekonomija i sigurnost snabdevanja energijom će se popraviti kada zemlje budu uvozile manje energije i ostvariće manju zavisnost od isporučioca iz drugog dela sveta.
Praveći zgrade više energetski efikasne postajemo pobednik u postojećoj situaciji. Staklo u tome igra značajnu ulogu. Nijedan drugi građevinski materijal nema tako snažan uticaj na energetske karakteristike zgrade.

Odgovor na klimatske promene

U razgovorima o globalnim klimatskim promenama ciljni korak je energetski efikasna arhitektura. Vlade širom sveta postaju svesne da zgrade nude najveći potencijal uštede energije i da tehnologije za to ostvarenje već postoje. U Evropi npr. Akcioni Plan EU za energetsku efikasnost daje ciljeve smanjenja emisije ugljendioksida (CO₂) za 20 % do 2020. godine. Akcioni plan sadrži obilje specifičnih strategija i mera, ali najveći potencijal ušteda leži u stambenim i komercijalnim zgradma. U ovom polju je potencijal uštede procenjen 27 i 30 % respektivno.

Vlade su počele razumevati da poboljšanje energetske efikasnosti postojećih zgrada i kretanje ka standardima za nove zgrade, znači težiti ka „nula“ – ugljenik, nudeći najbolju priliku da se ostvari smanjenje proizvodnje CO₂. U EU je počela implementacija specifične zakonske regulative koja treba da pomogne ostvarenju ovog cilja. U EU, svaka od 27 zemalja članica ima napravljen Nacionalni Akcioni Plan Energetske Efikasnosti. U planovima se nalaze tekuće i buduće mere radi poboljšanja energetske efikasnosti u sektoru zgradarstva koji zauzima istaknuto mesto.

Jedan od najvećih zakonskih uticaja, u EU je Direktiva o Performansama u građevinarstvu. Ovo zahteva da zemlje EU predstave Zakon u brojnim ključnim poljima. Novo zakonodavstvo zahteva novo projektovanje zgrada.

Zakonska regulativa u zgradarstvu je „pogonska sila“ za projektovanje novih zgrada. Jedna od Direktiva zahteva da nacionalno zakonodavstvo o zgradama insistira na energetskoj efikasnosti zasnovanoj na ukupnoj potrošnji energije u zgradama. To je značajnije nego insistirati na karakteristikama specifičnih komponenti. Veoma je važno da se na odgovarajući način predstave ove zakonske mere, da se pregledaju postojeće mere, i poboljša i unapredi zakonodavstvo na ovom polju za narednih 5 godina. Arhitekte moraju konstantno biti nosioci seta promena zakonodavstva, vezano za građevinarstvo.

Najveći izazov i najveća korist se može ostvariti kod postojećeg stambenog fonda. Direktive zato zahtevaju da svaka zgrada veća od 1000 m2 kada se renovira mora biti usklađena sa najboljom tehnologijom uštede energije, čak iako poboljšanje energetske efikasnosti nije bio cilj renoviranja. Tako npr. moglo bi se reći da postoji obaveza zamene starih i neefikasnih stakala sa zadnjim dostignućima LOW–E (nisko emisiono staklo) ili Stop sol (staklo za kontrolu propuštanja sunčevog zračenja).

Evropska komisija je predložila da se Direktive ponovo pregledaju do 2010. godine tako da bi se ovaj zahtev mogao primeniti na sve zgrade, uključujući i kuće u budućnosti.

Možda je najinovativniji aspekt Direktive o Energetskim Performansama Zgrada da zgrade imaju energetski sertifikat. To je postalo obaveza za svaku zemlju EU, da svaka privatna zgrada kada se gradi, prodaje ili izdaje (rentira) mora da ima energetski sertifikat.

Takođe će biti zahtevano da svaka javna zgrada sa površinom od preko 1000 m2 mora imati energetski sertifikat koji je istaknut na odgovarajućem mestu.

Ovi sertifikati će pokazivati energetske karakteristike zgrade ne samo brojnim vrednostima nego i na vizuelan način npr. označavajući zgrade od A do G ili bojama na način koji će biti najrazumljiviji za javnost. U dodatku svaki sertifikat će pratiti izveštaj koji pokazuje zahtevane mere radi poboljšanja ocene, dozvoljavajući državama članicama da predstave finansijski podsticaj kao podršku povećanja nivoa energetskih karakteristika zgrada.

Drugi primer ocene potrošnje energije je sertifikacija zgrada prema LEED. LEED znači Lider u projektovanju energije i životne sredine, Sistem Zelenih zgrada u SAD. Formiran je Savet za Zelene zgrade koji odmerava uticaj na životnu sredinu novih i postojećih zgrada i na osnovu toga izdaje odgovarajući sertifikat. Isto tako kao i za energiju LEED kreditira i nagrađuje zgrade sa visokim nivoom prirodne osvetljenosti i dobrim vidikom kroz staklo kao i svim drugim aspektima koji se isključivo ostvaruju staklom.

Šeme odnosa energija – životna sredina, kao što su u Evropi i Severnoj Americi nesumnjivo su značajan korak u podizanju energetske efikasnosti, pošto se energija i životna sredina permanentno dodiruju. Ovaj sistem je tako napravljen da ga vlasnici, korisnici mogu lako razumeti. Ovo će pomoći kvalitetnijoj i boljoj izgradnji zgrada, koje postaju sve vrednije i na tržištu će se moći izvršiti poređenje njihovog kvaliteta, što se automatski valorizuje i njihovom cenom.

Drugi primer je porast zahteva, tzv. „Pasivne kuće“. Izvorna ideja je potekla od jednog Instituta u Nemačkoj, ali veoma brzo ovu ideju su primili i u Austriji. „Pasivna kuća“ je standard za nisku potrošnju energije u kućama, koja je dozvoljena za uobičajeno grejanje prostora.

Zbog ideje „Pasivna kuća“, Evropski partneri su podržali Evropsku Komisiju koja je dala određene preporuke za karakteristike zgrada, neke od preporuka uključuju i preporuke za staklo.

Politički trenutak je jasniji i ide u pravcu višeg zakonodavstva i drugih inicijativa koji će uticati na smanjenje potrošnje energije u zgradama. I tržište se polako uvlači u iste direktive. Projektanti zgrada, vlasnici i korisnici imaju sve veće zahteve po pitanju energetski efikasnih zgrada.

Proizvođači stakla neprekidno odgovaraju na zahteve inovacijama u projektovanim proizvodima, to će pomoći arhitektama da ostvare svoj cilj. LOW–E staklo smanjuje toplotne gubitke ali dopušta visok nivo prolaza vredne sunčeve energije koja pomaže zagrevanju zgrade u zimskom režimu.

Nema značajnijeg gubitka prirodne svetlosti.

Kod zgrada koje se tradicionalno klimatizuju stop sol stakla (stakla za kontrolu sunčevog zračenja) odbacuju neželjenu sunčevu radijaciju ali provode vredno dnevno osvetljenje i smanjuju kapitalne troškove (smanjuju se cena uređaja za klimatizaciju), tekući troškovi kao i troškovi vezani za emisiju ugljendioksida (CO₂).

Tema klimatizacije (kondicioniranje vazduha) je sada postala izuzetno interesantna i predstavlja ozbiljni izazov jer je to veliki potrošač energije i uzrokuje značajnu emisiju CO₂. Zajednički cilj u EU je smanjiti emisiju gasova staklene bašte. Staklo u Evropi predstavlja organizaciju koju čine proizvođači ravnog stakla. Oni su napravili studiju o količini CO₂ koja može da se smanji korišćenjem stop sol stakla (staklo za kontrolu sunca) u zgradama koje se klimatizuju. Studija jasno pokazuje da sve nove i postojeće zgrade koje se klimatizuju mogle bi jednostavno ostvariti cilj, smanjenje produkcije CO₂ za 25 % do 2020. godine.

Dobre novosti i za zakonodavstvo i arhitekte je da su proizvodi koji uzrokuju smanjenu potrošnju energije dostupni, ne treba čekati njihov razvoj i projekovanje. Moderni proizvodi od strane proizvođača stakla omogućavaju zgradama oba efekta, energetsku efikasnost i komfor.

Staklo učestvuje kao pasivni solarni sistem i utiče na manju potrošnju energije i oblikuje enterijer tako da nema blještavila i omogućava kvalitetan spoj unutrašnjosti sa spoljašnošću.

Naredni tekst daje pregled energetske efikasnosti određenih proizvoda od stakla kao i neke primere njihove primene. Molim Vas uživajte u ovim proizvodima i pogledajte kako se ovi proizvodi koriste i da li mogu da zadovolje vaše želje i zahteve kao i zahteve društva i zakonodavstva širom sveta.

Oblast proizvodnje stakala – LOW-E staklo (staklo koje štedi energiju)

Prednosti stakla LOW-E (nisko emisiono staklo) je da je za njegovu proizvodnju primenjena tehnologija kojom se obezbeđuje da prozor u koji je ugrađeno ovo staklo značajno štedi energiju i obezbeđuje komfor stanovanja, kondenzaciju sa unutrašnje strane svodi na minimum.

Energetska efikasnost se uobičajeno predstavlja koeficijentom prolaza toplote U(K) [W/m2K]. Efektivno staklo low-e obezbeđuje ponovno reflektovanje energije u unutrašnji prostor, i na takav način su ostvareni mnogo manji toplotni gubici nego kod standardnog float stakla (pogledati sliku ispod).

Dodatno, različiti tipovi LOW-E stakala obezbeđuju različite količine pasivniih toplotnih dobitaka, koji pomažu smanjenju zahteva za grejanjem i troškovima naročito u hladnijim mesecima. Postoje dva osnovna tipa prevlake LOW-E za staklo. Jedan tip je poznat kao on-line prevlaka a drugi tip je off-line prevlake.

On-line prevlake se stavljaju na staklo za vreme njegove proizvodnje, a off-line posle proizvodnje. Generalno off-line prevlake omogućuju viši nivo toplotne izolacije i svetlosne propustljivosti u poređenju sa on-line prevlakama ali one zahtevaju posebnu pažnju kod rukovanja i prerade.

Off-line prevlake mogu biti isporučene u kaljenom i laminiranom staklu i isporučuju se pre obrade stakla. One takođe mogu biti korišćene za polukaljeno staklo.

Proizvođači stakla nude širok asortiman, kojim se obezbeđuje dotok izuzetno važne prirodne svetlosti i na taj način se smanjuje potrošnja energije za veštačko osvetljenje. Sem toga obezbeđuje komfor i prirodni ambijent. Generalno on-line prevlake na staklu nude niži nivo toplotne izolacije nego off-line prevlaka. Treba naglasiti da su one lakše za rukovanje i preradu i mogu biti kaljene ili laminirane bez teškoća. On-line prevlake na staklu su daleko trajnije i ostvaruju viši stepen pasivnih solarnih dobitaka.

Stop sol staklo (staklo za kontrolu sunčevog zračenja)

Kontrola solarnog zračenja staklom se ostvaruje:

• – Refleksijom – deo reflektovane energije u atmosferu,
• – Absorpcijom – deo energije koju apsorbuje staklo,
• – Direktan prolaz – deo direktno provedene energije kroz staklo,
• – Ukupno provedena energija (definiše se sa g ili SF) ili ukupni solarni faktor – ukupna količina sunčeve energije provedena kroz staklo.

Ukupna količina provedene energije se sastoji od direktno provedene energije i energije izrađene u prostoru, kako je pokazano na slici ispod:

U toplim klimama staklo za kontrolu sunčevog zračenja se koristi za minimiziranje toplotnih gubitaka i pomaže kontrolu bljeska i potrebno je izvršiti balans priliva solarne energije i prirodne osvetljenosti.
Stakla za kontrolu sunčevog zračenja mogu se koristiti za sve slučajeve gde postoje prekomerni toplotni prilivi, kao što su npr. staklene bašte (konzervatoriji), stakla za staze za šetanje i fasade zgrada.

Proizvođači stop sol stakla nude široki opseg karakteristika, koje su pogodne za gotovo sve potrebe, svaki od ovih proizvoda je omogućen kao kaljeno ili laminirano staklo. Kontrola sučevog zračenja može se ostvariti na brojne načine, uključujući obojeno staklo, staklo sa prevlakama, laminirano staklo sa obojenim međuslojem, štampanim staklom i izolacione staklene jedinice u koju je ugrađen zastor ili venecijaner.

Osobine kontrole sunčevog zračenja i gustine boje variraju sa debljinom. Za isporuku su omogućene sledeće boje: bronza, siva, zelena, plavo-zelena. Razvijena su i nova termoizolaciona stakla, tzv. Sunshade sa veoma niskim solarnim faktorom (g). To je kaljeno off-line staklo za zaštitu od sunca. To je izuzetno trajno i izuzetno podesno za tople klime, pomoću ovih stakala se značajno smanjuje blještavost. Kod ovih stakala je značajno izražena smanjena svetlosna propustiljivost kao i veoma nizak šading koeficijent.

Suncool je termoizolaciono staklo sa off-line prevlakom, sa kojim se veoma kvalitetno upravlja potrošnjom energije. Koristeći ovo staklo obezbeđuje se kombinacija visokog propuštanja vidljive svetlosti sa performansama LOW-E. Ovo staklo se koristi ako se želi obezbediti dvostruki efekat, visoki prolaz svetlosti i visoki termički komfor.

Zavisno od svake pojedinačne situacije može se napraviti i kombinacija zaštite od sunca i neželjenih gubitaka toplote. Napredne tehnologije obezbeđuju neznatno smanjenje svetlosne propustljivosti. To je kvalitetan napredak, jer je dokazano da je osnova zdravog stanovanja, odgovarajuća osvetljenost. Želim da naglasim da se stakla sa kontrolom sunčevog zračenja koriste dosta neselektivno. „Dovoljno je reći treba mi stopsol“ ne vodeći računa kolika je osvetljenost (LT). Brojni primeri pokazuju da su stakla sa niskosvetlosnom propustljivosti ugrađivana i u neuropsihijatrijskim klinikama.

Suncool staklo (proizvod) se može obezbediti i sa samočišćećom prevlakom na površini 1 gledano spolja. Sa ovim staklima je obezbeđena kontrola sunčevog zračenja i samočišćenja.

Korišćenjem prethodno navedenih stakala se značajno povećava energetska efikasnot objekata, kako u zimskom, tako i u letnjem režimu. Ovo značajno utiče i na instalisanu snagu rashlađenih uređaja (tzv. klima) koji se sve više koriste u stambenim i komercijalnim objektima.

Na osnovu informacija sa carine i podataka PKS (Privredna komora Srbije) trenutno je u Srbiji instalirano 300.000 klimatizera, sa instalisanom snagom (pojedinačno 1,7 kW). Jednostavnim proračunom se može dokazati da je instalisana snaga samo za ove potrebe 500 MW. Korišćenjem predloženih stakala i korišćenjem klimatizera sa frekventnim regulatorima potrošnja bi se smanjila na 200 MW. To je razlog zašto stalno napominjem da je naš najveći energetski izvor energetska efikasnost. Primenimo što hitnije standarde EU, ne samo rečima nego i delima.

U cilju povećanja energetske efikasnosti i povećanja komfora stanovanja koriste se i trostruka stakla punjena ne samo argonom nego i kriptonom i kiseonikom. Cilj je ostvariti koeficijent prolaza toplote U(K) = 0,5–0,6 W/m2K. U EU se i naizgled sitnim detaljima poklanja izuzetna pažnja, umesto distantnih lajsni od aluminijuma (Al), koriste se distantne lajsne od nerđajućeg čelika i polimera.

Samo korišćenjem ovih mera dali bi značajan doprinos zaštiti životne sredine (smanjili emisiju CO₂) i smanjili potrošnju energije. Cilj je ne štednja, nego racionalno upravljanje energije.

Zaključak

Pred projektantima, potrebno arhitektima postavlja se prioritetan zadatak kako obezbediti održiv razvoj. Životna sredina je već sada, a posebno u našoj zemlji izuzetno ugrožena, a sa njom i čovek i njegovo zdravlje. Da li smo toga svesni? Mi smo siromašna zemlja, ali u domenu energije se ponašamo rasipnički. Smanjenje emisije CO₂ je prioritetan zadatak, jer je dokazano da je on zajedno sa metanom (CH4) glavni uzročnik efekta staklene bašte. Zadatak svih istraživača, projektanata i proizvođača prozora je da prioritetno obezbede energetsku efikasnost, komfor i zdravlje.
Počnimo primenjivati prethodno navedena stakla pa ćemo dati značajan doprinos društvu kao i kvalitetu stanovanja.

Piše : dr Dragan Škobalj

Literatura

1. Oosthuizen, P.H., Sun, L. Harrison, S. J. Naylor, D., and Collins, M.R. 2005., „The effect of coverings on heat transfer from a window to a romm“, Heat Transfer Enginering, Vol. 26 (5), pp. 47 – 65
2. Philips, J. Naylor, D., Harrison, S.J., and Oosthuizen, P. H. 1999. „Free convection from a window glazing with a Venetian blind“ : „Numerical model development“ CSME Trans, Vol. 23 (18), pp. 159 – 172.
3. Shadid, H., Naylor, D., Oosthuizen, P.H., and Harison, S.J. 2003. „A numerical study of the effect of horizontal louvered blinds on window thermal performance“, Prvc. 2 nd Int. Conf. On Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (HEFAT), paper SH2, pp 1 – 6
4. Ye, P., Hanson, S.J., Oosthuizen, and Naylor, D. 1999. „Convective heat transfer from a window with a Venetian blind. Detailed modeling“, American Society of Heating, Refrigerating and Air – Conditioning Engineers (ASHRAE) Trens. Vol. 105 (2), pp 147
5. Oosthuizen, P.H., Natural Convection in a Two Enclusive Arrangment with Non – uniform heat Generation on the Dividing Wall, Proc, 8th AIAA/ASME Transfer Conference, St. Louis, Paper AIAA 2002 – 3315
6. Handbook of Fundamentals, ASHRAE, GA, 2001 (Chapter 30; Fenestration)
7. I.L. Wright, A correlation to quantify convective heat transfer between vertical window glazings, ASHRAE Transaction 102 (1) (1996.) 940 – 0946
8. S.M. Elsherbiny, K.G.T. Holands, G.D. Raithby, heat transfer by natural convection across vertical and inclined air layers, Journal of Heat Transfer 104 (1982.) 96 – 102
9. D. Škobalj, V. Slavić: Energetska efikasnost klimatizacionih sistema, Energetske tehnologije, br. 2, 2009. 48 – 56