STAKLENE FASADE SA UGRAĐENIM FOTOVOLTAŽNIM ĆELIJAMA

 UVOD 

Zgrade su jedni od većih potrošača energije i veliki emiteri CO². Njima treba velika količina toplotne energije za grejanje tokom zime, ali i za hlađenje tokom leta (malo je poznato da bi se ohladila neka prostorija za 10ºC potrebno je potrošiti duplo više energije nego zagrejati istu za 10ºC). Energija je skupa, i treba je trošiti efikasno. Fasade na zgradama su važan deo kompeleksne jednačine u energetskoj efikasnosti zgrada (u kojoj su još i stolarija, grejanje, izolacija krova), pošto one definišu izgled zgrade više nego druge komponente.

STAKLO I STAKLENE FASADE

"Pametna fasada"

Staklo je postalo popularno poslednjih godina kao materijal od kojeg se može izraditi fasada. One je estetski lepo i otporno na vodu, štiti od buke, omogućava raznovrsnost dizajna, montaža je relativno jednostavna, male je težine i ima veliku prozračnost. Zbog toga ima sve više zgrada sa staklenim fasadama. Ali one imaju i „ahilovu tetivu“. Zgrade koje su pod velikim staklenim površinama se vrlo brzo zagrevaju (i pregrevaju), zato što sa sunčevom zracima ulazi i topotna energija. Time naravno rastu troškovi za rashlađivanje.  Teži se tome da fasade budu što je moguće više energetski efikasnije,  koriste se specijalna izolaociona stakla , ali mogućnosti ovih stakala su dostigli neki limit, i potrebna su neka nova rešenja.

FASADE SA INTEGRISANIM FOTOVOLTAŽNIM ĆELIJAMA

A to novo rešenje je integracija fotovoltažnih (FV) ćelija u staklene fasade zgrada, sa zadatkom da smanje potrošnju energije. Da pojasnimo, ove fasade proiyvode struju, koja se koristi za potrebe zgrada. Ali odmah da podvučemo da PV ćelije služe ne samo za dobivanje energije, nego i kao elementi koji štite od sunca i uopšte ne smanjuju sve one zahteve koje se postavljaju ispred klasičnih fasada. U tom smeru se ide i korak dalje, ovi sistemi nude bezbroj mogućnosti za nova reešnja u dizajnu i izgledu, i omogućavaju projektnu specifikaciju i optmizaciju fizičkih osobina zgrada, što koje „stare“ fasade ni mogu da postignu. Tamo gde PV sistemi nemaju opravdanost sa energetske tačke gledišta, mogu da imaju estetsku ulogu.

Princip rada PV sistema koji su ugrađeni u fasadi

OSOBINE I VRSTE FOTOVOLTAŽNIH ĆELIJA

Broj FV ćelija na staklenoj fasadi može da varira. Izrađuju se u različitim dimenzijama, oblicima i bojama: visoko-efikasne plavo-crne standardne ćelije, ćelije u zelenoj, sivoj, srebrenoj, zlatnoj boji, itd. Pri njihovoj proizvodnji koristi se kompjuterska trodimenzionalna simulacija kako bi se postigla njihova optimalna interna povezanost.

  

Posebna pažnja se  posvećuje delovima prostorija koji su delimično osvetljeni. Zatamljene oblasti se mogu uočiti na početku tako da mogu imati svoja integrisana električna kola da bi se na taj način smanjili gubici u sistemu.

Još više mogućnosti se dobija kada se iskombinuju difuzni svetlosni slojevi koji skreću dolazeće svetlo i dopuštaju stvaranje senki. Na ovaj način sunčevi zraci prodiru dublje u prostoriju i usmeravaju senke sa PV elemenata, tako da ne postoji njihova refleksija u unutrašnjost.

Da bi se izbeglo stvaranje senki od PV ćelija na podu, koriste se dodatni svetlosno-difuzni materijali. Time se postiže da svetlost koja ulazi u prostoriji nije blještava, pošto je 100% difuzna.

Postoje i sistemi gde su PV ćelije integrisani u udubljenjima  na staklenoj fasadi, gde se postiže veća količina prolaska dnevne svetlosti.

ZAKLJUČAK

staklena fasada

Dizajn fasade igra glavnu ulogu u energetskoj efikasnosti kao i usmanjivanju „ekološkog otiska“ tj. smanjivanja emisije CO². Dva građevinska projekta nikada nisu isti zato što svaki postavlja svoje posebne i specifične zahteve, na koje arhitekti i dizajneri moraju da odgovore. Prioritet se daje individualnoj adaptaciji svake zgrade i željama korisnika. Staklene fasade sa integrisanim fotovoltažnim ćelijama nisu neka daleka budućnost, one se već koriste u razvijenim zemljama, i polako će osvojiti svetska tržišta pa i ovo naše. Razlog je taj što one ne samo što smanjuju energetskih troškove preko toplotne izolacije, nego i proizvode energiju preko kombinacija fotovoltažne tehnologije i stakla. Naravno, istovremenu zadržavaju svoju osnovnu ulogu, a to je zaštita i lep izgled objekta.

Pametni prozori

U Evropi istraživači naporno rade kako bi izbacili na tržište nove materijale i tehnologije koji će biti energetski efikasni i koji će pomoći u smanjivanju potrošnje energije. Osim smanjivanja računa za domaćinstva ovi projekti su vrlo značajni za zaštitu životne okoline, smanjivanje ispuštanja CO₂ u atmosferi i usporavanje klimatskih promena. Deo istraživanja je usmeren i ka proizvodnji prozora sa poboljšanim osobinama, takozvani „pametni prozori“

Pametni prozori 

Prozori su vrlo značajni deo u koncepciji i dizajniranju energetski efikasnih zgrada. Samo u Evropi kroz prozore prolazi oko 4% čitave količine energije koja se potroši. Prvi korak u tehnološkoj evoluciji bio je napuštanja proizvodnje prozora sa jednim staklenim panelom i prelazak  prema prozorima sa dva i tri panela.

Sada sledi drugi korak koji će donete dramatične promene - „pametni prozori“. Pod ovim imenom postoje više novih tehnologija kojima je zajedničko to što omogućavaju kontrolu sunčeve svetlosti i njeno akumuliranje. Prozori koji kontrolišu energiju imaće veliko značenje za nove rezidencijalne i poslovne objekte, ali i za starije zgrade koji imaju staru stolariju i kojima prestoji renoviranje.

Ultra tanke staklene membrane

Ovi prozori su namenjeni dizajniranju objekata sa nultom emisijom energije, to su energetski efikasne zgrade kojima ne trebaju vanjski izvor energije.

Sve se vrti oko veoma tanke membrane (0,9mm)  koja je vrlo lagana i koja se direktno nanosi na staklo, težina prozora se smanjuje do 50%, a najveći efekti se dobijaju kada se koriste u prozorima sa 4 panela.

Prozori sa printanim organskim fotonaponski slojem (ink-jet printed organic photovoltaic (OPV))

Tehnikom ink-jet na staklo se nanosi sloj organiskih fotonaponskih i integralnih termalnih kolektora koji pretvaraju sunčevu energiju u toplotnu, koja se zatim može koristiti za zagevanje vode ili proizvodnju električne energije. Zamenom skupih materijala kako što je titanijumoksid i srebro sa novim materijalima kao što je grafen troškovi se smanjuju za 20 %. OPV moduli se printaju industrijskim printerom koji omogućuje printanje na velikim površinama. 

Pokretna mikro-ogledala

Ova mikro ogledala su postavljeni između staklenih panela i tako su zaštićeni od vetra, kiše prljavštine, a pošto su mali i laki ne utiču na mehaničku stabilnost celog sistema. Njihova funkcija je da optimizuju energetsku efikasnost tako što se pomeraju u zavisnosti od izvora svetlosti i tako utiču na bolje iskorišćavanje.

Grafen - sloj

Transparentni grafenski sloj
Još jedna tehnologija koja se još ispituje i od koje se očekuje veliki uticaj na budućnost industrije, je razvijanje procesa za proizvodnju grafena, proces koji omogućuje aplikaciju grafena - karbonskog sloja debljine samo jednog atoma koji ima veliku jačinu, fleksibilnost i provodljivost za električnu energiju. Sa tri sloja grafena prozor postaje sunčani kolektor.

Lamelirani stakleni paneli

Radi se o vrlo tankim staklenim paneli presvučenim polimernim kompozitnim materijalima. Ovi se paneli mogu kombinovati sa izuzetno krutim ramovima od ojačane polimerne pene, tako da se dobijaju prozori koji su lakši i do 50% od klasičnih. Ovi novi materijali smanjuju vlažnost, i povećavaju termalnu i akustičnu izolaciju

Prozori sa izolacijskom tečnošću

Radi se o prozorima u velikim objektima, koji sadrže mikrokanale kroz koje teče tečnost. Tečnost absorbuje topotnu energiju koja se nalazi u sunčevoj svetlosti i usmerava je prema toplotnoj pumpi. Za sada se koriste rastvori vode, ali ispituju se i druge tečnosti. Teškoća kod ove tenologije je što stakleni paneli moraju da budu vrlo glatki, što poskupljuje proizvodnju, pošto klasičnim tehnologijama može da se proizvede staklo koje sadrži mikrotalase, a u njemu je teško izbušiti mikrokanale.

Pametna stakla sa elektrohromičnim filmom  (EC)

Radi se o specijalni mehanički fleksibilnim i lakim elektrohromičnim filmom od nano kompozitnom polimeru koji može da blokira i do 98% solarne radijacije, a ne utiče na pogled prema vani. Ovaj film može da menja boju pod uticajem male voltaže. Ova tehnologija ima potencijal da uštedi veliku količinu energije za hlađenje prostorija. Posebno je značajno to što može da se aplicira i napostojeće prozore

Postoji mnoštvo drugih projekata i tehnologija koje se razvijaju kao što su:

• Fotohromično staklo (photochromic)
• termohromično (thermochromic)
• SPD
• PDLC,
• četvorostruko zastakljivanje
• hidrogel,
• piksel i mikroblind tehnologije i td

Umesto zaključka

Zajedničko je da svi ovi projekti imaju za cilj povećavanje energetske efikasnosti, smanjivanje potrošnje energije i u skladu su sa ciljevima Evropske unije koji su navedeni u strategiji Evropa 20-20-20. Kao i kod svih novih projekata problem je visoka cena, ali sa masovnom proizvodnjom očekuje se da ona pada. 

Šta je termo prekid?

Prozori i vrata od metala (Aluminijumski ili čelični) imaju dosta prednosti u odnosu na drvene. Da navedemo samo neke:

• Najvažnija je ta da je metal dosta jači (posebno čelik) ili stručnim jezikom rečeno ima  veću specifičnu jačinu u odnosu na masu, a to omogućava da se mogu proizvesti manji i uži prozorski profili.   Ako su aluminijusmski profili tanji to automatski vodi ka povećavanju staklene površine, a to povlači i znatno veću količinu svetlosti koja ulazi u prostoriju, kao i bolji pogled napolju i uživanje u panorami. 
• stolarija od aluminijuma je lakša i mogu se vrlo lako obrađivati i praviti ramove u raznim oblicima i veličinama
•  Zahtevaju manje održavanje, ne trule, ne moraju da se farbaju, bajcuju, kitiraju, otporni na insekte i druge biotičke . Dovoljno je povremeno obrisati ih od prašine.

Nedostaci

Aluminijumski ram sa duplim staklom i
termo prekidom

Ali, kao i svaki proizvod i oni imaju mane. Glavni nedostatak je njihova mala energetska efikasnost. Metal vrlo lako provodi toplotu, leti metalni ram se ponaša kao radijator koji zraći toplotu koju je akumulirao tokom dana, a zimi je obratno, preko njega će toplota da “iscuri” napolje; na dodor je hladan. 

Osim toga kondenzacija u toj prostoriji biće prisutna i vrlo izražena, posebno ako se radi o kuhinji ili kupatilu.

Termo prekid

U cilju rešavanja ovog problema proizvođači stolarije u unutrašnjost ramova stavljaju tako zvani termo prekid, koji je jedna vrsta izolacione barijere. Za termo prekid obično se koristi poliuretanska smola visoke gustine, koja se dodatno ojačava specijalnom fibeglasnom materijom, koja isto tako ima dobra izolacina svojstva. 

Uloga termo prekida  

• izolacija - sprečava toplotu da prelazi sa jedna strane prozora na drugu (ili barem da značajno smanji taj transfer). Sa ugrađenim termo-prekidom metalni ramovi koji imaju potpuno istu energetsku efikasnost kao prozori napravljeni od drveta. 
•  strukturna uloga - vezuje dva metalna rama i drži ih zajedno.
•  termo prekid poboljšava akustičnu izolaciju. (Metal osim toplotne energije dobro provodi i zvučne vibracije, termo prekid prigušuje te vibracije i štiti unutrašnjost prostorije od spoljašne buke).

Završna reč

Na tržištu postoje razne vrste stolarije, za svaki ukus i za svaki 

džep, drvena, PVC stolarija, aluminjumska, drvo aluminijumska i td. Ako se rešite za aluminijusku stolariju, obavezno morate da proverite da su ugrađeni termo prekidi. Mora da se podvuće činjenica da je cena ove vrste stolarije veća, i samo aluminijumska stolarija sa termo prekidom  ima dobra izolaciona i strukturna svojstva koja opravdavaju uložene pare. 

Drvena, aluminijumska ili PVC stolarija?

 Dobre i loše strane svake od vrsta prozora

Prozori su veoma važan građevinski elemenat koji u velikoj meri utiče na izgled, udobnost i kvalitet stanovanja i izleda, prostorija, kuće, stana ili poslovnog prostora. Nije nevažno ni to što zbog ekonomske krize i velikih troškova, građevinska stolarija se kupuje (barem to važi za većinu građana) jednom ili dvaput u životu. Zato je potrebno da se izboru i kupovini prozora posveti dovoljno pažnje, truda i vremena. Potrebno je dobro se informisati, obići komšije, rođake i poznanike koji su već kupili ili zamenili svoje prozore i čuti njihova iskustva, svakako može se konsultovati i „svemoćni“ internet, i tek onda krenuti u kupovinu.

Uloga prozora

Prozori treba da ispunjavaju nekoliko (na izgled suprostavljenih) zahteva:

• Da omogućuju kvalitetno provetravanje
• Da propuštaju dovoljnu količinu svetlosti
• Da imaju što veću toplotnu i zvučnu izolaciju - od toga zavise računi za grejanje
• Da štite od vremenskih nepogoda kao što su oluje, vetrovi, snežne padavine, kiše, previše hladno ili topolo vreme i td.
• Da pružaju sigurnost i  zaštitu od provala i požara
• Da imaju stil i dobar estetski izgled

 Nije lako zadovoljiti sve ove uslove tako da je vrlo važan kvalitet kako proizvođača tako i materijala koji se ugrađuje.

Vrste prozora u zavisnosti od materijala:

U zavinosti od materijala od kojeg su izrađeni ramovi razlikuju se 3 vrste prozora

• drveni
• aluminijumski
• PVC prozori

Svaki od ovih tipova ima svoje prednosti i slabe tačke, koje potencijalni kupac mora da zna, da ne bi posle bilo kasno.

PVC prozori

PVC je materijal koji dominira u građevinarstvu u poslednjih nekoliko decenija. Osim stolarije od njega se prave vodovodne i kanalizacione instalacije, kablovi, podovi i td.

Prednosti:

PVC prozori

–        Velika otpornost na vlagu

–        odlične izolacine karakteristike na toplotu i zvuk

–        otpornost na koroziju

-     velika trajnost

–        zbog fleksibilnosti materijala može da se proizvodi u bilo kojem obliku i veličini

–        traži vrlomalo održavanje

–        mala cena - najeftinija stolarija je od PVC-a

–        poseduje mogućnost recikliranja (ali ne kao aluminijum - posle svakog ciklusa recikliranja PVC gubi od kvaliteta)

Nedostaci:

–        Nisu otporni na statička opterećenja. Zato se u njima se ugrađuju metalna ojačanja koji daju potrebnu masu i stabilnost prozora

–        Poteškoće pri deponovanju starih i isluženih prozora

–        Zbog slabe jačine i krtosti mogu da pucaju

Drveni prozori

Prednosti:

–        Drvo poseduje šmek i lep estetski izgled

–        Prirodni materijal - neko zbog toga neče ni da čuje za prozore od drugog materijala

–        Dobra izolaciona svojstva na toplotu 

Nedostaci:

–        Slaba otpornost na vlagu - mora da se bajcuje i farba zaštitinim lakovima i bojom skoro svake godine

–        Izloženost na biotičke faktore - insekti, mikroorganizmi koji izazivaju trulenje i sl.

–        Drveni prozori se relativno lako krive i propuštaju vazduh

–        Potrebno je veliko održavanje

–        Po ceni su negde između aluminijumskih i PVC prozora

Aluminijumski prozori

 

Aluminijumski prozori

Prednosti:

–        Mala težina

–        Aluminijum kao i svi metali ima dobre statičke i mehaničke osobine,

–        Prozori od aluminijuma su jači i elastičniji

–        Otpornost na koroziju

-    Trajnost

–        Može lako da se reciklira

–        Velika trajnost i mala potreba od održavanja (skoro da nije potrebna)

Nedostaci

–        Loš izolator za toplotu i zvuk. Ovaj nedostak se rešava ugrađivanjem termičkog mosta. To je deo rama koji je od materijala koji nije metal (najčešće poliamid), i ima veću izolacionu sposobnost tako da toplota ne može da „beži“ preko njega

–        Osetljiv na atmosferske soli koje izazivaju takozvani galvanski efekt tj pojave soli na njegovoj površini. Ove soli se eliminišu dodavanjem zaštitog sloja metodom eloksiranja ili praškastog farbanja.

–        Velika cena 

.

Prilikom proizvodnje aluminijumskih prozora treba paziti na kvalitet obrade spojnih mesta na profilima. Osim od aluminijuma prozori mogu da se proizvode i od čelika (obični lii nekorodirajući) i od kombinacija aluminijum - drvo, ili aluminijum - PVC.

Umesto zaključka

Ovo je samo kratki vodič u kome su  navedeni najvažnije pozitivne i negativne strane svake vrste prozora. Ovi podaci su minimum koji svaki vlasnik treba da zna da bi odabrao prozore koji najbolje odgovaraju za njegov stan ili kuću.

. 

Vrste prozorskih stakala

Staklo na prozorima zauzima oko 80 %  površine, zato nije nevažno odabrati kvalitetan paket koji će doprineti udobnosti prestoja u stanu  a istovremeno smanjiti račune za grejanje/hlađenje. Kolika je važnost stakla govori primer da ukoliko se postavi savremen višekomorni PVC profil, a ostavi staro staklo od 24 mm, izolacije će se poboljšati za samo jednu petinu od mogućeg potencijala. U ovom tekstu uporedili smo performanse tri vrste stakala koji se danas najviše koriste u PVC stolariji.

Obično duplo termopan staklo  

–        Kojeficijent provodljivosti toplote 2.7 W/m2K

–        Propuštanje UV zraka 59%

–        Solarni faktor 79,5%

Kada se pogledaju ovikojeficijenti koji determinišu energetsku efikasnost knstatuje se da se ovi prozori ne razlikuju prevše od drvenih prozora starijih generacija, tako da termopan de doprinosi energetskoj efikasnosti.

Ka - staklo (Poznatije još i kao LOW-E staklo)

Low -E staklo (Ka staklo)

–        Kojeficijent provodljivosti toplote 1.7 W/m2K

–        Propuštanje UV zraka 35%

–        Solarni faktor 62,9%

Ovaj tip stakla je dizajniran tako da sprečava gubitak toplote u spoljašnu sredinu, ugradjnom nevidljivi sloj koji redujuje transfer toplote. Ovaj sloj se montira na unutrašnju stranu prozora i dozvoljava sunčevim zracima da bez ikakvih problema uđu u prostoriju, dok sa druge strane ne dozvoljava toplotnoj energiji koja je u prostoriji da izađe u spoljašnu sredinu. Ovim se smanjuje u velikoj meti gubitak toplotne energije zimi i unapređuje energetska efikasnot doma tj. troškova za grejanje. Ne preporučuje se postavljanje ovih prozora na južnu ili jugozapadnu stranu objekta pošto mogu da dovedu do efekta staklene bašte i pregravanja prostorija leti kada su temperature visoke. Preporučuje se na severnoj strani gde se dešava najveći gubitak toplote

Kako funkcioniše ovo staklo?

Toplota se stalno kreće prema hladnijoj sredini. To znači da toplota u prostoriji kroz prozore “beži” u hladniju spoljašnu sredinu gde se gubi. Sloj koji je nanesen na staklu ne dozvoljava da se ova energija reflektuje nazad u prostoriji.

Sunčeva energija koja je nosilac toplotne energije, se sastoji od zraka koji imaju različita talasnu dužinu. Kratke talase ovaj zaštitini sloj propušta u unutrašnjost, deo energije se apsorbuje od strane samog stakla i ono se i samo zagreva, deo te energije ono emituje u atmosferu a deo u unutrašnjost. Drugi deo sunčeve energije se apsorbuje od strane zidova, nameštaja, zavesa, teptha  i predmeta u prostoriji koji se isto tako zagrevaju. Zagrejani objekti re-emituju ovu toplotnu energiju, koja sada nije sa kratkim talasima nego sa dugim. Ka staklo ne dozvoljava dugim talasima da pređu preko njega, nego ih vraća nazad u prostoriju. Ako su stakla dupla što se i preporučuje spoljašne staklo se ne zagreva, dok je unutrašnje za neki stepen toplije, što doprinosi  smanjivanju pojave kondenzacije.

 

4 sezonsko staklo (PLANITHERM 4S)

4S staklo

–        Kojeficijent provodljivosti toplote 1.0 W/m2K

–        Propuštanje UV zraka 28%

–        Solarni faktor 43 %

Ovo staklo je novi proizvod, najvažnija karakteristika je što omogućava da zimi u prostorijama bude toplo, a leti bude hladnije nego napolju. Kombinuje tehnike kontrole sunčevih zraka i poboljšavanja termalne izolacije. Posebno se preporučuju za potkrovlja i krovne konstrukcije. 

Prepoznaje se po mikroskopski tankom magnetronskom sloju koji reflektuje svetlost pa liči na ogledalo, koji se stavlja na spoljašnoj strani prozoraskog paketa. Proizvođači tvrde da ova stakla mogu da smanje letnje temperature za 13 stepeni. Osim toga, propuštanje UV zraka je vrlo malo (28%) čime se produžava vek nameštaja, zavesa tepiha i sl., koji ne gube boju i integritet pod uticajem UV zraka.

Prednosti

–        Zimi: uštede u energiji, smanjivanje kondenzacije na unutrašnjem panelu, smanjivanje hladnih tačaka oko prozora

–        Leti: smanjivanje pregrevanja prostorija, smanjivanje troškova hlađenja klima uređajima

–        Preko cele godine: smanjivanje emisije CO₂, zaštita životne okoline, maksimalan prolazak prirodne svetlosti što je psoebno važno zimi

Umesto zaključka

Danas su energenti skupi i svakim danom sve više rastu. Srbija je uvoznik energije, naša klima je umereno kontinentalna, zime mogu da budu i te kako hladne, a leta su sve više i više vrelija. To se sve odražava na budžet građana koji moraju da odvajaju sve više sredstava za zagrevanje i hlađenje svojih stanova, tako da se kao imperativ postavlja pitanje povećavanja energetske efikanosti i investiranja u bolju izolaciju. Kupovina kvalitetnih prozora koji poseduju visoke izolacione karakteristike je vrlo važno (kroz prozore i vrata beži i do 2/3 energije), a važno je i kakvo staklo je ugrađeno u njima. Ne treba gledati njihovu cenu nego uzeti kalkulator i preračunati koliko će se uštedeti u godinama koji dolaze.