Populaariset tuotteet

By Bruce Lang
Kanadan ilmasto on yksi maailman monimuotoisimmista. Se vaihtelee maantieteellisesti, sillä se vaihtelee kaukaisen pohjoisen pitkistä, kylmistä talvista ja auringottomista päivistä neljään eri vuodenaikaan Yhdysvaltain rajan varrella ja tyypillisesti leutoihin talviin B.C.:n Lower Mainlandissa. Lämpötila voi nousta yli 40 celsiusasteeseen kesällä ja laskea alle -50 celsiusasteen talvella. Tämä monimuotoinen ja äärimmäinen ilmasto voi vaikuttaa merkittävästi kaupallisten rakennusten suunnitteluun, erityisesti energiatehokkuuteen sekä käyttäjien hyvinvointiin ja tuottavuuteen.

Rakennuksen vaippa – katto, seinät ja ikkunat – on rakennuksen ja sen ympäristön välinen rajapinta ja rakenteen ensimmäinen puolustuslinja elementtejä vastaan. Vaipan suunnittelulla ja tuotevalinnoilla on merkittävä vaikutus energiatehokkuuteen ja käyttäjien hyvinvointiin. Hyvin eristetyt ”kiinteät” seinät ovat tyypillisesti suunnittelijan ensisijainen valinta, kun suunnitellaan kylmään ilmastoon, mutta ne eivät tarjoa lasin esteettistä houkuttelevuutta ja luonnollista päivänvaloa. Entä jos lasi voisikin tarjota samanlaisen eristyksen ja energiatehokkuuden, jota seiniltä vaaditaan?

Suorituskykyisen lasin tiedot
Kaupallisten rakennusten energiatehokkuuden parantamisen parhaiten varjeltu salaisuus on suorituskykyinen ikkunalasi. Itse asiassa lasin osuus rakennuksen vaipasta on kasvussa, kun arkkitehdit pyrkivät hyödyntämään sen esteettistä vetovoimaa ja päivänvaloon liittyviä etuja. Suuri osa tästä kasvusta on ollut mahdollista matalaemissiivisen (low-e) pinnoitustekniikan kehittymisen ansiosta viimeisten kahden vuosikymmenen aikana.

Tyypilliset ikkunat ovat kuitenkin eristettyihin seiniin ja kattoihin verrattuna vakavia energiahävittäjiä. Eristys mitataan lämpövirran vastuksena eli R-arvona – mitä korkeampi R-arvo, sitä parempi eristyskyky. Useimmissa kanadalaisissa rakennuksissa pidetään nykyään tavanomaisena seiniä, joiden eristyskyky on R-30 (eli RSI-5,3), kun taas ikkunoiden eristyskyky on tyypillisesti korkeintaan R-4 (eli RSI-0,7). Miksi tyytyä R-4-ikkunoihin kodeissa ja rakennuksissa, joissa on R-30-eristetyt seinät? Tämä energiansäästön kaksoisstandardi on olemassa, koska on helpompaa olla seinä kuin ikkuna. Seinien on vain eristettävä hyvin, kun taas ikkunoiden on tehtävä paljon enemmän.

Ikkunoiden (erityisesti ikkunalasin) on:

• oltava läpinäkyviä ja värittömiä;
• läpäistävä luonnollista päivänvaloa;
• heijastettava ei-toivottua aurinkoenergiaa;
• vähennettävä ultraviolettisäteilyä (UV-säteilyä), joka aiheuttaa materiaalien ja kalusteiden haalistumista;
• vähennettävä äänen läpäisevyyttä;
• eristettävä lämpöhäviöitä vastaan-erityisestikin kylminä talvikausina.

Lisäksi monet ikkunat on avattava ilmanvaihtoa ja poistumista varten hätätilanteessa. Ikkunoiden osuus tavanomaisten rakennusten ja asuntojen lämpöhäviöistä on jopa 30 prosenttia, joten ne ovat pienehköjä hedelmiä, joilla voi olla dramaattinen – ja välitön – vaikutus energiatehokkuuteen.

Yksi radikaaleista ratkaisuista saattaisi olla monien nykyisten ikkunoiden laudoittaminen. Tämä voisi säästää jonkin verran energiaa, mutta se estää luonnonvalon pääsyn rakennukseen. Päivänvalon tuomisen yhä tunnustetumpia hyötyjä ovat:

• vähentynyt keinovalaistuksen käyttö;
• rakennuksen käyttäjien terveyden ja hyvinvoinnin lisääntyminen;
• passiivisen auringonlämmityksen tehostuminen etelään suuntautuvien lasien avulla talvella;
• parantunut kiinteistöjen jälleenmyyntiarvo.

Ikkunoiden suorituskyvyn parantamiselle on selvästikin olemassa kannustin. Pelkkä ikkunoiden koon ja lukumäärän vähentäminen ei ole mahdollista, varsinkaan Kanadan kylmässä ilmastossa, jossa ”mökkikuume” voi olla todellisuutta.

Korkean suorituskyvyn lasivaihtoehdot
Sen vuoksi, että lasi on ikkunan sydän, suunnittelijoiden tulisi tietää korkean suorituskyvyn vaihtoehdoista. Yksilasinen lasi saattaa pitää sään poissa, mutta se ei juurikaan eristä lämpöhäviötä tai heijasta auringon lämpöä – sen suorituskyky on noin R-1 (eli RSI-0,18). Kahden eristyslasin sisällä oleva ilmatila (eli kaksi low-e-pinnoitteella varustettua lasia, jotka on erotettu toisistaan suljetulla ilmatilalla) parantaa eristystä erityisesti silloin, kun se on täytetty inertillä kaasulla, kuten argonilla, ja pinnoite heijastaa auringon lämpöä – suorituskyky on enintään noin R-4.

Koska pinnoitetekniikka on nykyään saavuttanut käytännölliset rajansa, kun emissiivisyys on niinkin alhainen kuin 0,003, lasin suorituskyvyn parantamisessa ei voida enää luottaa parempiin low-e-pinnoitteisiin, jotka parantavat lasin suorituskykyä, kuten on tehty viimeisten kahdenkymmenen vuoden aikana. Lasin suorituskykyrajan läpäisemiseksi on nyt siirryttävä pinnoitteista ”onteloihin”, jotka ovat lämpöä estäviä ilmatiloja eristyslasin (IG) sisällä. Toisin kuin kaksilasinen lasi (joka rajoittuu yhteen onteloon), moniulotteinen lasi käyttää useita eristäviä ilmatiloja uuden energiatehokkuustason saavuttamiseksi.

Kolmiulotteinen eristyslasi
Kolmiulotteinen eristyslasi koostuu kolmesta lasista ja kahdesta low-e-pinnoitteesta, jotka on erotettu kahdella ilmatilalla. Se parantaa eristysominaisuuksia jopa R-10:een (eli RSI-1,8) – kryptonkaasutäytteellä. Huono uutinen on, että kolminkertainen lasi on 50 prosenttia painavampi kuin kaksilasinen lasi, mikä edellyttää vahvempaa ikkunan kehystä ja lisää rakennuksen rakennekuormitusta merkittävästi. Sitä on myös vaikeampi käsitellä ja asentaa.

Ripustettu eristyslasi
Ripustettu eristyslasi koostuu pinnoitetusta kalvosta, joka on ripustettu kahden lasiruudun väliin. Se parantaa eristyskykyä jopa R-20:een (eli RSI-3,5) – kryptonkaasulla ja kolmella ripustetulla kalvolla – samalla painolla kuin kaksilasinen lasi. Yksikön sisälle voidaan ripustaa jopa kolme pinnoitettua kalvoa, jolloin voidaan luoda jopa neljä eristysonteloa. Lisäämällä lämpöä estävää kaasua sisäisiin onteloihin voidaan saavuttaa lasin keskellä eristyskyky, joka on jopa R-10 (argonilla) ja R-20 (kryptonilla), kuten kuvassa 1 on esitetty.

Korkeasti eristävä lasi päihittää
Ripustetulla kalvolla varustetussa eristyslasissa käytetään useita kalvoja, joilla saavutetaan vähintään R-8 (eli RSI-1,4) eristyskyky ja kohtalainen auringon lämpövoitto. Ikkunat, jotka on varustettu riippukalvo-eristyslasilla, voivat itse asiassa olla energiatehokkaampia kuin eristetyt seinät, kun lasin eristysominaisuuksien lisäksi otetaan huomioon päivänvalon passiivinen auringonotto. Toisin kuin seinät, riippukalvo-eristyslasilla voidaan saavuttaa nettoenergiavoitto, kun auringon lämpöä pääsee sisään enemmän kuin sitä menetetään johtumalla. Tässä vaiheessa lasijärjestelmä voi päihittää ympäröivän seinän.

Esimerkiksi, kuten edellä todettiin, riippukalvo-eristyslasilla voidaan saavuttaa jopa R-20-eristävyys. Tässä vaiheessa lasi pysäyttää 95 prosenttia mahdollisesta lämpöhäviöstä (U-kerroin 0,05). Tämä tarkoittaa, että lämpöhäviöissä on alle kahden prosentin ero R-20-lasin ja ympäröivän R-30-lasiseinän välillä. Kun otetaan huomioon myös auringon säteilyhäviö 24 tunnin ja 365 päivän aikana, lasitusjärjestelmän passiivinen säteilyhäviö voi lopulta korvata sen lämpöhäviön. Tämä tarkoittaa, että vaikka R-20-lasilla on pienempi R-arvo, se voi itse asiassa olla parempi kuin R-30-seinällä.

Ripustetun kalvoeristyslasin lisäedut
Ripustettu kalvo, moniurallinen eristyslasi hyödyntää kalvo- ja lasipohjaisen tekniikan etuja kevyen IG-yksikön luomiseksi. Low-e-pinnoitettua lasia käytetään auringon lämpöhyötyjen minimoimiseksi, kun taas ripustettua pinnoitettua kalvoa käytetään maksimoimaan eristysominaisuudet, estämään UV-säteilyä, vähentämään melua ja lisäämään asumismukavuutta tehokkaammin kuin pelkkä pinnoitettu lasi.

Lisähyötyjä voidaan kuitenkin saavuttaa, kun ripustetun eristyslasin korkeampi suorituskyky otetaan huomioon osana kokonaisvaltaista toimintamallia, jolla pyritään optimoimaan rakennuksen kokonaistulosvoimakkuus ja -kustannukset. Esimerkiksi rakennus, joka on suunniteltu heikkotehoisella lasilla, vaatii todennäköisesti lisäjärjestelmiä, kuten ympäryslämmityksen ja suuremman LVI-järjestelmän. Tiiviillä rakennuksen vaippasuunnittelulla voidaan kuitenkin eliminoida ympäryslämmitys ja pienentää LVI-järjestelmän kokoa. Tämä ei ainoastaan alenna rakennuksen alkuperäistä hintaa, vaan myös vuotuisia käyttökustannuksia.

Lasi, joka eristää kuin seinä
Lasi on ollut rakennuksen vaipan energiatehokkuuden ”heikko lenkki” R-30-seinien aikakaudella. Näin ei kuitenkaan enää ole. On tärkeää, että suunnittelijat tietävät, että kaksilasisen lasin suorituskykyrajoituksia tai kolmilasisen lasin painorajoituksia ei tarvitse enää hyväksyä.

Erinomaiset moniulotteiset ratkaisut, jotka sisältävät ripustettua pinnoitettua kalvoa, ovat muuttaneet sääntöjä, ja niillä voidaan saavuttaa jopa R-20-lasin suorituskyky ilman rakenteellista lisäpainoa. Suunnittelijoilla on loistava tilaisuus käyttää näitä monionteloratkaisuja paitsi energiansäästöjen dramaattiseen lisäämiseen myös kokonaiskustannusten alentamiseen hyödyntämällä tämän lasin korkeampaa suorituskykyä muiden rakennusjärjestelmien poistamiseksi tai pienentämiseksi. Toisin sanoen suunnitteluammattilaisten ei enää tarvitse ajatella seiniä eristystä varten – he voivat ajatella ikkunoita.

Bruce Lang on korkean suorituskyvyn kalvojen ja lasituotteiden toimittajan Southwall Technologiesin markkinoinnista ja liiketoiminnan kehittämisestä vastaava varapuheenjohtaja. Hän on myös Southwall Insulating Glass -yhtiön toimitusjohtaja, joka valmistaa energiatehokasta eristyslasia ripustetulla kalvolla. Lang on suorittanut sähkötekniikan kandidaatin tutkinnon Stanfordin yliopistossa ja kauppatieteiden maisterin tutkinnon Santa Claran yliopistossa Kaliforniassa. Hänet tavoittaa sähköpostitse osoitteesta [email protected].