Redusert bruk av glass eller smartere bruk av glass?

Hvordan kan en fasade gis en optimal utforming for lav energibruk, samtidig som rommene innenfor fasaden har tilstrekkelig dagslys og tilfredsstillende inneklima? Erichsen & Horgen har kartlagt dette på oppdrag fra Enova, BE og Statsbygg.

Dagslys er en vesentlig faktor både for trivsel og komfort. I tillegg kan bruk av dagslys være med på å redusere varme fra kunstig belysning og dermed redusere kjølebehovet.

«Veileder for utforming av glassfasader” av Erichsen & Horgen viser til at i tillegg til at dagslys har vist seg å være en viktig faktor for trivsel, er det forskningsprosjekter som viser at dagslyset er med på å påvirke medarbeidernes ytelser.

I CIE-rapporten ”Principles of healthy lighting” understreker Jennifer Weitch betydningen lyset har for menneskelig fysiologi. Hun skriver at den daglige dosen av lys som de fleste mennesker fra vestlige land får, mest sannsynlig er for lav. For å øke brukernes trivsel og lage sunnere rom, blir høyere lysnivå og eller lengre eksponering for lys anbefalt.” Samtidig peker Erichsen og Horgen på at arkitektur med utstrakt bruk av glass har medvirket til et betydelig kjølebehov i bygninger de senere år.

Konflikten kan synes klar: Dagslys øker trivselen, ytelsen og reduserer behovet for belysning. Samtidig tilføres varme fra direkte og indirekte solinnstråling. I næringsbygg genererer også mennesker i aktivitet, lys og maskiner et betydelig varmeoverskudd.

På toppen av det hele oppleves kaldras fra vinduene, med resultat at det benyttes energi for å kjøle sentrale deler av bygget, mens ansatte ved vindusveggene skrur opp temperaturen for å motvirke følelsen av kulde fra glassflaten.

Så hva gjør vi? Reduserer bruk av glass eller satser på smartere bruk av glass? IT Fornebu Eiendom, Storebrand velger glass og fasadeløsninger med bærekraftige egenskaper. OSL velger U-verdi på 0,8 for sin kommende utbygging, og Oslo kommune har nå sjansen til å tilføre sine kulturbygg i Bjørvika vinnerkvaliteter ikke bare på det estetiske plan.

Det er ikke nå man skal slutte å bygge glassbygg. Det er nå de bærekraftige produktene kommer. Forskning og produktutvikling gir kontinuerlig mer energiøkonomiske løsninger for de som ønsker å bygge med glassfasadenes fordeler. Avanserte produkter finnes allerede og flere er på vei. Både fasaderprofiler og glass leveres nå med med gode U-verdier og solskjermingsløsninger som gir gode energiregnskap.

TEKST: INGER ANITA MERKESDAL HALL

– Ønsket om transparens i arkitekturen har ofte vært ordnet med relativt omfattende og til dels ukritisk bruk av glass. Jobben nå er å endre innstillingen til glassbruken. Vi må få en kritisk innstilling til typen og mengden av glass brukt i fasadene. Det mener førsteamanuensis med ansvar for energi og bærekraft ved Arkitektur- og designhøgskolen i Oslo, Marius Nygaard.
– I tillegg til å økonomisere med glassarealene, må en, når en introduserer glass, være bevisst på produktegenskapene i forhold til varmetap og soloppvarming. En må også integrere solavskjerming som en del av arkitekturen når en jobber med glass, sier han.
Nygaard mener det må utvikles mer kunnskap om bruken av glass, og utvikles mer varierte produkter. Som eksempel på et bygg med utstrakt glassbruk og transparens, kombinert med kontrollert energibruk, nevner han vinneren av konkurransen om det nye bibliotek i Bjørvika, fra Lund Hagem Arkitekter og Atelier Oslo.
– Lund Hagem Arkitekter og Atelier Oslo, med KanEnergi AS som energikonsulent, har laget en løsning hvor det bare er 20 prosent tradisjonelt glass. Resten er en høyisolerende fasade basert på en gjennomskinnelig ”aerogel” som er et silikatprodukt med svært gode isolasjonsverdier. Vi kan få et lett og lysskimrende uttrykk, hvor det samtidig er kontroll med energitapet. Kanskje også i kombinasjon med solavskjerming i fasadesystemet, sier Nygaard. I følge ham er det tungt og ressurskrevende å modifisere rene glassbygg. En bedre løsning er å starte med et mer nyansert utgangspunkt hvor fasaden har flere arkitektoniske temaer enn bare glass.
– Samtidig er vindusarealene avgjørende for å få inn dagslys, som reduserer energibehovet knyttet til belysningen i bygget. Men temaet glass i fasader må håndteres på en kunnskapsbasert måte.

Etterlyser nytenking

Direktør i Glass og Fasadeforeningen Sverre Tangen peker på at nye produkter gir glassfasader med bedre energiegenskaper.
- Arkitektene tror fortsatt at glass isolerer 10 ganger dårligere enn en vegg. I realiteten kan vi levere glass som isolerer bare 2 ganger dårligere enn veggen. Det vil si at vi har helt nye muligheter for å løse utfordringen med varmetap i glassfasader. I Norge kan vi produsere trelags isolerruter med en U-verdi på 0,4 W/m2K, forklarer han.
- Det finnes andre utfordringer, som for eksempel utvendig kondens. Men dette kan forebygges ved arkitektoniske løsninger som takutstikk og utoverhengende fasader. Det finnes også utvendig belegg som kan benyttes for å bidra til å løse dette, sier fagmannen.
Sverre Tangen minner om at U-verdier ikke er statiske, men varierer med temperaturforskjell, rutekonstruksjon og vind. U-verdi for vinduer er i henhold til en europeisk CEN-standard beregnet ut fra en standard temperaturforskjell mellom ute og inne på 20 °C. Med større temperaturforskjeller eller ved vind blir U-verdien, spesielt for tolagsruter, vesentlig dårligere. Årsaken er bevegelsen i gassen mellom glassene, det som kalles konveksjon.

Trelagsløsning

Fordi vind frakter varme fra det ytre glasset blir U-verdien dårligere når det blåser, på samme måte som når det er veldig kaldt. I tillegg påvirker også vindushøyden kaldrasproblemet betraktelig.
- Et vindu på 1,25 m høyde med U-verdi på 1,2, tåler utetemperatur på -15 °C før en opplever trekk på innsiden. Men hvis høyden på vinduet økes til 1,75 m, oppleves det trekk på innsiden ved en utetemperatur på -5 °C, forklarer Tangen.
Han peker på at like viktig som varmetap i fasaden, er komfort og innemiljø. Nå fyres det for å forebygge kaldras, samtidig som bygningene har et reelt kjølebehov. En fruktbar løsning er å gå over til trelagsruter. De finnes med U-verdier ned i 0,4. Varme fraktes innenfra og ut via konveksjon. I trelagsvinduer forsinker det midterste glasset varmetransporten, fordi det midterste glasset vil ha en temperatur midt i mellom ute- og innetemperaturen. På den måten blir drivkraften, temperaturforskjellen, for bevegelsen mellom glassene halvert.
– Trelagsvinduer har også mindre solgjennomgang enn tilsvarende tolagsruter. Trelags vinduer er tunge, men finner og svensker har klart å håndtere trelagsvinduer bestandig. Vi har hatt trelags vinduer i Norge også, før lavenergivinduene kom. Fordi man glemte å ta hensyn til konveksjon, trodde man at datidens tolags energiruter og vanlige trelags vinduer hadde samme U-verdi, forklarer Sverre Tangen.

Kompleks utfordring

– Vi ser ofte at ansatte skrur opp varme langs en glassfasade, for å kompensere for kaldraset. Slik individuell regulering er vanskelig å beregne i våre beregningsverktøy, sier Marit Smidsrød, ved Erichsen & Horgen AS. Hun har vært med på å utarbeide veilederen for utforming av glassfasader, og bekrefter at problemet er sammensatt.
– For å ivareta klimaet ved arbeidsplassene langs fasaden, kan en forsøke å ha en sekvensregulering mellom varme og kjøling. Det kan bli en konflikt i forhold til regulering av varmeanlegget for å ta kaldraset Det ser ut som om den optimale løsningen kan være å redusere glassarealet. Vi sliter med å finne den optimale løsningen, spesielt om vinteren er dette en utfordring og vi har nok ikke kommet helt i mål ennå, sier hun.
Erichsen & Horgen AS arbeider nå på et prosjekt om kjøling i bygg, for å karlegget avviket mellom virkelig energibruk til kjøling og beregnet energibehov til kjøling. Dette er på oppdrag fra Statsbygg. ( i forhold til varme i fasaden. )
– Vi ser på hva som påvirker energibehovet knyttet til kjøling, også for å finne flere gode løsninger på utfordringene. Solinnstråling er kompleks. Fordi den varierer hele tiden, trengs variable løsninger. I bygg må en kunne justere hvor mye sol som slippes inn, derfor er ikke fast avskjerming en god løsning i Norge, forklarer Marit Smidsrød.
I større rom, som foajeer, mener hun at innvendige solskjermingsprodukt, som reflekterer mye av solstrålene ut, kan være et godt alternativ.

– Med fornuftig isolering og bruk av glass, er det lite behov for oppvarming i næringsbygg. For mye varme på grunn av solinnstråling må løses med solskjerming. Samtidig bør fasadearealet utnyttes til energiproduksjon, sier Axel Bjørnulf i Schüco International KG Norge.

TEKST: INGER ANITA MERKESDAL HALL

– I Østerrike og Tyskland er passivhus med ekstrem isolering og konservativ bruk av glass, utbredt innen boligsegmentet. Etter min mening er dette som regel ikke den beste løsningen for kontorbygg. I næringsbygg, med høy og sterkt vekslende aktivitet konsentrert til dagtid og høye laster som avgir varme inne i bygget, er god tilpasningsevne og effektiv solskjerming ofte viktigere enn ekstrem isolasjon, sier Axel Bjørnulf ved Schüco International KG Norge.
– Med fornuftig isolering og bruk av glass, er det ved gode løsninger lite behov for oppvarming i næringsbygg. For mye varme på grunn av solinnstråling må løses med solskjerming. Samtidig bør fasadearealet utnyttes til energiproduksjon, er hans konklusjon.
Firmaet han representerer har flere løsninger på utfordringen.
– Nå er tynnfilm solceller i ferd med å bli mer tilgjengelig i markedet. Disse gjør det rimeligere å integrere solceller i fasaden, slik at en kan utnytte fasadearealet til energiproduksjon. Schüco International har også presentert PCM (Phase Changing Materials), et varmelagrende materiale, som er en god energiløsning, forklarer han.

Fremtidsrettede løsninger

PCM magasinerer og avgir varme, på samme måte som eksponert betong – PCM er et materiale med høy varmekapasitet som tidsforskyver og jevner ut innetemperaturen, slik at en unngår de store temperatursvingningene i bygget. Phase Changing Materials har smeltepunkt rundt romtemperatur. Materialet tar til seg mye varme når det går fra fast til flytende form. Den prosessen gir en kjølende effekt til rommet. Nattestid, når temperaturen igjen faller, vil materialet avgi varme og gå tilbake til fast form, forteller Axel Bjørnulf.
PCM kan benyttes som aktive element i fasaden, for eksempel som skyveelement som ved behov skyves frem foran vinduene. Elementene kan henge i himlingen eller monteres på innvendige vegger. Schücos fasadekonsept «2°» består av skyvbare lag med ulike funksjoner og egenskaper. De ulike lagene består av blant annet solskjerming, solceller, PCM og isolasjon.
– Konseptet gjør det mulig å aktivt tilpasse fasaden de ulike værforholdene og bruken av bygget. Vi mener dette er en langt bedre tilnærming til utfordringen med å skape funksjonelle kontorbygg med lavt energibruk og gode innemiljøer. I næringsbygg kan en også bruke desentraliserte lufteløsninger hvor hvert kontor har sin egen behovsstyrte ventilasjonsenhet og henter innluften direkte fra fasaden.
– I tillegg til å være enkelt og behovsstyrt, sparer denne løsningen mye kanalvolum, argumenterer Axel Bjørnulf i Schüco.

Solcelleløsning i lameller

– De nye byggeforskriftene stiller krav til «Automatisk utvendig solskjermingsutstyr eller andre tiltak for å oppfylle krav til termisk komfort uten bruk av lokalkjøling.» Vi har ulike løsninger som oppnår dette, sier Frank Føleide salgsingeniør ved WICONA.

WICONA er et av Hydro’s tre varemerker for byggsystemer i aluminium.
Selskapet har blant annet utviklet WIC Sunlite, et system hvor faste sollameller festes på utsiden av fasaden. Konsollene er enten horisontale eller skråstilte, eller vertikalt montert langs glassfasaden. Innfestingen av sollamellene skjer via braketter som leveres i ønsket vinkel i forhold til solstrålene. I sortimentet inngår også sollameller med spor for solcellepanel, slik at en kombinerer solskjerming med generering av energi i fasaden.

En annen solskjerming er en integrert løsning for persienner i aluminiumglassfasaden WICTEC 50, som WICONA har utviklet sammen med den tyske persienneleverandøren Warema.

– Persienneføringene er integrert i fasadens utvendige dekklokk av aluminium, og skaper et helhetlig og kompakt fasadeuttrykk. Persiennen tåler store vindlaster, og styringen kan utføres individuelt eller sentralt. I kombinasjon med gode trelags glass kan WICTEC 50HI-fasadeløsninger med persienner gi god varmeisolasjon og optimal solbeskyttelse, forteller Føleide.

Dobbelfasader

WICONA leverer dobbelfasaden til Hydros nye kontorbygg på Vækerø i Oslo.
– På bygget plasseres persiennene like innenfor det ytre glasset. I denne posisjonen står den beskyttet mot vær og vind, samtidig som virkningsgraden er optimal. I dobbelfasader har øverste del av persiennen blanke lameller som reflekterer solstrålene opp i himling og langt inn i rommet, også kalt «day-light guiding». Den nedre delen av persiennen skjermer for arbeidsplassen innenfor. En riktig utført dobbelfasade gir meget gode verdier for fasadens varmeisolering. Det gir muligheter for å oppføre «glassbygg» med mer enn 20 prosent glassareal også i framtiden, mener salgsingeniør ved WICONA, Frank Føleide.
Også Sapa leverer faste lameller beregnet for kontorbygg, næringsbygg og skoler. Disse er best egnet til større arealer med store glassfasader, og behov for å skjerme mot solinnstrålingen. – Lamellene våre benyttes gjerne i kombinasjon med vindusglass med solskjerming, slik at den utvendige solskjermingen tar toppene under de tøffeste soltimene i døgnet, forklarer Jardar Nordeng i Sapa.
Lamellene fra Sapa er relativt kraftige, og benyttes ofte av arkitekter som ønsker disse som en del av det estetiske utrykket i bygget, i tillegg til å være et energieffektiviserende tiltak.
– Solavskjermingen er mest effektivt når den blir planlagt i prosjekteringsfasen. Siden Lamellene våre er så kraftige og monteres i en fast vinkel så kreves det noe prosjektering for at de skal bli mest mulig effektive mot solinnstrålingen. De er ofte element som benyttes i forbindelse med en helhetlig utforming av bygget, sier Jardar Nordeng.

Solskjerming i glasset

Hos Pilkington foregår det en kontinuerlig utvikling av glasstyper og belegg. Blant målene er å oppnå mest mulig fargenøytralt glass, i kombinasjon med lavt innslipp av solenergi.
– Jo mer lys som skal inn, jo vanskeligere er det å få til en lav solfaktor. Nå har vi lansert Suncool 70/35. Glasset har en lysgjennomgang på linje med vanlige energiruter, men med en solfaktor ned mot 35 prosent. For å øke arkitekter og byggherrenes valgmulighet finnes Suncool i seks, syv ulike varianter, forteller Tore Tronrud, sivilingeniør og autorisert glassrådgiver i Pilkington.
Til bygg med større solvendte glassfasader anbefales ofte et glass med solfaktor under 30 prosent. - Suncool 50/25 kan være et riktig valg til dette formål.
I glasstak, hvor det ofte er høyere varmepåkjenning, anbefaler vi Suncool 30/17. Dette gir et mørkere, og litt mer speilende glass, men har en effektiv skjerming mot solvarme. Vi forventer at det også blir et større innslag av trelagsruter. I fremtiden som kombinerer solbeskyttelse og høy isoleringsevne, sier Tronrud.

Glass som generere energi

På Massachusets Institute of Technology har man utviklet en metode som gjør det mulig å la glasset samle opp solenergien til oppvarming, samtidig som utsikt og dagslysgjennomgang er sikret.

TEKST OG FOTO: ARNE EIDAL

Solen er en utømmelig kilde av ren energi, men teknikken som samler energien har vært dyr. Forskerne på MIT utvikler nå en såkalt solkonsentrator. Tidsskriftet Science forteller at virkningen bygger på at når lyset samles på en stor overflate, som et vindu, blir det fanget opp og konsentrert til kantene.
I stedet for å dekke store flater med solceller kan man med denne teknikken plassere dem langs kantene på en glassflate. Energien fra hver solcelle øker ved denne metoden med en faktor på over 40, hevder forskerne. Ved at man får mer energi fra hver solcelle trengs færre solceller slik at kostnaden synker og elektrisiteten bli billigere. Systemet kan også brukes på eksiterende solcellepaneler, og vil da øke effekten med 50 prosent.

Gammelt konsept

Forskernes løsning bygger på et konsept fra 1970-tallet, LSC (den selvlysende solkonsetratoren). Den nye versjonene av denne består av en transparent glass- eller plastplate med en tynn film av fargede molekyler plassert på oversiden med uorganiske solceller langs kantene. Lyset blir absorbert av det fargede skiktet og reflektert til glasset eller plasten for oppsamling med hjelp av solcellene.
At dette ikke fungerte tidligere, skyldes at lyset ble absorbert før det nådde kantene. Dagens løsning har lånt noen ideer fra laserteknologien, et fire-nivå-system. Man ha lagt til en ekstra farge som samler alt absorbert lys fra fargemolekylene ved siden av. >Man har også introduert en ny klasse av fargemolekyler, kjent som molekylær fosfor. Denne er ekstremt transparent og kjent for sin lysemisjon.
Tre av forskerne ved MIT utvikler teknologien videre i regi av Covalent Solar, et firma opprettet som en konsekvens av forskningen på MIT. Der tror man konsentratorene kan komme i produksjon i løpet av tre år.

Kovensjonelle solcellekonsentratorer bruker bevegelige speil. Disse er dyre å konstruere og drive. Solceller ved brennpunktet må kjøles og med flere enheter krever konstruksjonene stor plass for å ikke kaste skygge på hverandre.
Solceller samler lys på store overflater og omdanner sollyset til elektrisitet ved hjelp av halvledere, som regel av silikon. Solcellen er den dyreste delen av en solcelleinstallasjon. Derfor vil den nye teknikken, som krever få solceller kunne få en sterk posisjon i markedet.
Kilder: Science, Svensk Glas

Integrert løsning

Ved hjelp av en gjennomhullet folie får man en isolerrute som stenger ute kulden om vinteren og varmen om sommeren.

AV ARNE EIDAL

Tradisjonelt har man hatt gode løsninger for glass eller solceller. Produktutvikling bringer nå fram integrerte løsninger der glasset har flere funksjoner.
En av de interessante nyskapningene er produktet Microshade IG fra det danske firmaet Photosolar. Microshade IG er en isolerrute som monteres som en hvilken som helst annen rute. Nyvinningen består i at produktet inneholder en gjennomhullet folie plassert mellom to lag glass. Folien har en gjennomsiktighet på 50 prosent og er 0,2 mm tykk. Dette er halve tykkelsen av en normal PVB-folie som brukes i laminerte ruter.
Hullene er egentlig 0,2 mm tynne rør som er plassert skrått i folien. Dette gir samme effekt som solskjermende lameller. Samtidig er hullene utformet slik at man får et godt utsyn gjennom folien. Når solen står høyest på himmelen blir solskjermingen størst. Om vinteren, når solen står lavt på himmelen slipper mer dagslys gjennom folien.
Ved en lystransmisjon på 0,47 er solenergitransmisjonen (g-verdien) 0.10 om sommeren og 0.36 om vinteren.
Folien kan kombineres med energiglass, gassfylling og varmkant. Dette kan gi en U-verdi for ruten på 1,1 på en 4-15-4 energirute.
Produsenten framhever produktet som særlig aktuelt der det er krav til motstandsdyktige fasader. For eksempel der snølast og andre ytre påvirkninger gjør at lameller og lignende er mindre egnet. Vedlikeholdet blir naturlig nok enkelt. Photosolar utvikler nå produktet videre til å utvinne solenergi. Ved å gi folien et amorf siliciumbelegg vil den produsere strøm når solstråler treffer belegget. Det nye produktet skal kunne gi nok energi til å drive kjøleanlegget. Produktet blir lansert neste år og kostnadene ventes å ligge på samme nivå som glass med innvendig solskjerming.
Kilde: Dansk Glas