Γυάλινες όψεις και ενεργειακή απόδοση
Ο Κοσμάς Μουπαγιτσόγλου, Associate στην Eckersley O’Callaghan και ομιλητής στο 2ο Glass Forum (31 Οκτωβρίου & 1 Νοεμβρίου, Ωδείο Αθηνών), αναλύει τον κρίσιμο ρόλο των γυάλινων όψεων στην ενεργειακή απόδοση. Ένα θέμα κομβικής σημασίας για τη βιώσιμη αρχιτεκτονική, που θα συζητηθεί περαιτέρω στο συνέδριο.
Γράφει ο Κοσμάς Μουπαγιτσόγλου*
MSc DIC CEng MICE, Associate, Eckersley O’Callaghan
Οι γυάλινες όψεις αποτελούν βασικό στοιχείο της σύγχρονης αρχιτεκτονικής, παρέχοντας φυσικό φωτισμό, οπτική σύνδεση με το περιβάλλον και αισθητική αναβάθμιση των κτιρίων. Παράλληλα, οι γυάλινες επιφάνειες επηρεάζουν σημαντικά την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, καθώς συμμετέχουν στους βασικούς ενεργειακούς μηχανισμούς: το ηλιακό κέρδος και τις θερμικές απώλειες.
1. Ορισμοί ενεργειακών μηχανισμών
Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τους κύριους μηχανισμούς του ηλιακού κέρδους και των θερμικών απωλειών μέσω των υαλοπινάκων.
1.1 – Ηλιακό Κέρδος (Solar Gain)
Το ηλιακό κέρδος είναι η ενέργεια που απορροφάται από την ηλιακή ακτινοβολία και οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειών – συμπεριλαμβανομένων και των εσωτερικών επιφανειών. Σε ψυχρότερα κλίματα, το ηλιακό κέρδος βοηθά στη θέρμανση των εσωτερικών χώρων, ενώ σε θερμότερα κλίματα, το υπερβολικό ηλιακό κέρδος μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση. Η τιμή g (g-value) του υαλοπίνακα περιγράφει το ποσοστό της ηλιακής ενέργειας που τον διαπερνά. Η τιμή g συντονίζεται με τα Η/Μ συστήματα ώστε να εξασφαλίζεται ότι μπορούν να καλυφθούν οι απαιτήσεις θέρμανσης και ψύξης, ενώ χαμηλότερες τιμές g συμβάλλουν στη μείωση του λειτουργικού ανθρακικού αποτυπώματος.
1.2 – Απώλεια Θερμότητας (Heat Loss)
Η κατανάλωση ενέργειας για συστήματα θέρμανσης και ψύξης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μεταφορά ενέργειας μέσω του κελύφους του κτιρίου. Η τιμή U (U-value) είναι μέτρο της θερμικής διαπερατότητας ενός υλικού. Η μείωση της τιμής U μειώνει την αγωγιμότητα μέσω του κελύφους, γεγονός που με τη σειρά του περιορίζει τις απαιτήσεις των εσωτερικών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης. Η ενέργεια μεταφέρεται μέσω των υαλοπινάκων λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της θερμής και της ψυχρής πλευράς.
2 – Βελτίωση απόδοσης με τη χρήση σύγχρονων τεχνολογιών και προϊόντων στα γυάλινα πάνελ
Η χρήση σύγχρονων τεχνολογιών και προϊόντων μπορούν να βελτιώσουν την ηλιακή και θερμική απόδοση, μειώνοντας έτσι τις ανάγκες για εσωτερική θέρμανση και ψύξη και, κατά συνέπεια, τις λειτουργικές εκπομπές άνθρακα. Οι τεχνολογίες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα ή σε συνδυασμό για τη βελτίωση της απόδοσης του γυαλιού.
2.1 – Μέθοδοι ελέγχου ηλιακής ακτινοβολίας
Η επίστρωση ηλιακού ελέγχου (solar control coating), το έγχρωμο γυαλί (tinted glass) και οι έγχρωμες ενδιάμεσες μεμβράνες πολυστρωματικών υαλοπινάκων (coloured interlayers) αυξάνουν την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας και, κατά συνέπεια, μειώνουν το ηλιακό κέρδος. Επιπλέον, το ceramic frit, ένα σμάλτο που εφαρμόζεται στην επιφάνεια του γυαλιού, ρυθμίζει τη διαφάνειά του και συμβάλλει περαιτέρω στη μείωση του ηλιακού κέρδους. Παράλληλα, οι περσίδες και τα στόρια συνιστάται να τοποθετούνται στην εξωτερική πλευρά του υαλοπίνακα, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν και εσωτερικά με ανακλαστική επιφάνεια για καλύτερο έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος, το «έξυπνο» ή δυναμικό γυαλί προσαρμόζει τη διαφάνειά του ανάλογα με την τάση, το φως ή τη θερμότητα, αυξάνοντας την απορρόφηση όταν σκουραίνει και μειώνοντας έτσι το ηλιακό κέρδος, ολοκληρώνοντας μια πλήρη στρατηγική ενεργειακής βελτιστοποίησης της όψης.
2.2 – Μέθοδοι θερμικού ελέγχου
Το θερμομονωτικό γυαλί (Insulated Glass Units – IGUs) διαθέτει μια σφραγισμένη κοιλότητα αερίου (συνήθως αέρα ή αργό) μεταξύ δύο φύλλων γυαλιού. Το αέριο έχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, με αποτέλεσμα η τιμή U να βελτιώνεται σε σύγκριση με τον απλό υαλοπίνακα. Τα IGU διατίθενται σε διπλούς και τριπλούς υαλοπίνακες, με τους τριπλούς να προσφέρουν την καλύτερη θερμική απόδοση.
Οι επικαλύψεις χαμηλής εκπομπής (Low-Ε coatings) μπορούν να εφαρμοστούν ως μέρος ενός IGU (συνήθως στην εσωτερική επιφάνεια της κοιλότητας) για περαιτέρω βελτίωση της απόδοσής τους.
2.3 – Μέθοδοι ελέγχου ηλιακής ακτινοβολίας και θερμικού ελέγχου
Οι επιστρώσεις μπορούν να βελτιώσουν είτε την ηλιακή είτε τη θερμική απόδοση, ή και τις δύο ταυτόχρονα. Οι επιστρώσεις υψηλής απόδοσης (high performance coatings) μπορούν να μειώσουν τόσο την τιμή U όσο και τη g χωρίς να μειώσουν σημαντικά τη διαφάνεια του γυαλιού.
Το παράδειγμα του Πύργου Πειραιά
Ένα άριστο παράδειγμα που ενσωματώνει στρατηγικές για σημαντική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, δημιουργώντας ταυτόχρονα ένα οπτικά εντυπωσιακό κέλυφος, είναι ο Πύργος Πειραιά. Η Eckersley O’Callaghan σχεδίασε τη νέα όψη του Πύργου του Πειραιά που περιλαμβάνει θερμομονωτικά γυαλιά με επιστρώσεις υψηλής απόδοσης και κάθετες και οριζόντιες προεξοχές που δημιουργούν ένα δυναμικό μοτίβο. Οι κάθετες περσίδες βελτιστοποιούν τη σκίαση και ενισχύουν την πανοραμική θέα. Μέσω λεπτομερούς ηλιακής μελέτης, οι περσίδες σχεδιάστηκαν ώστε να μειώσουν το ηλιακό κέρδος κατά 50%, οδηγώντας σε 20% μείωση της συνολικής ενεργειακής ζήτησης του κτιρίου.
* Ο Κοσμάς Μουπαγιτσόγλου είναι Δομοστατικός Πολιτικός Μηχανικός, απόφοιτος του ΕΜΠ, με μεταπτυχιακό στον Σχεδιασμό Μεταλλικών Κατασκευών από το Imperial College και 15 χρόνια εμπειρίας. Από το 2013 εργάζεται στην εταιρεία Eckersley O’Callaghan στο Λονδίνο, ως μηχανικός όψεων και μέλος της ομάδας Glass & Advanced Materials Group. Έχει συμμετάσχει στον σχεδιασμό άνω των 20 καταστημάτων της Apple, όπου το γυαλί αξιοποιείται τόσο ως υλικό πλήρωσης όσο και ως φέρων στοιχείο. Έχει επίσης εμπειρία στον σχεδιασμό έργων όψεων σε κατοικίες, ψηλά κτίρια, εμπορικά κέντρα και superyachts, με επίκεντρο τη χρήση του γυαλιού και την ανάδειξη της διαφάνειας του. Είναι μέλος της συντακτικής ομάδας του προτύπου ISO 11336 και έχει παρουσιάσει τη δουλειά του σε διεθνή συνέδρια όπως τα IASS, Challenging Glass και GPD.
