Välekil on tuli!

See hüüatus on pärit ajast, mil televiisorist nähtud kodumaine nukufilm pakkus päriselt põnevat alternatiivi igasugusele jampsile. Minu põlvkonnale sai sellest väljend, millega tähistada mingi erilise ja vajaliku asja omamist või ka näiteks keerulise probleemi lahenduse välja mõtlemist.

Meie ettekujutus eelajalooliste inimeste eluolust on paljuski segatud fantaasia ja oletustega. Kuid fakt on see, et tule kasutamine tagas meie ammustele esivanematele edu. Energia kasutamine on teinud võimalikuks elamise niivõrd kõrgetel laiuskraadidel, kus täna asume. Huumoriga pooleks võiks inimkonna arengut kujutleda liikumisena põõsastikust koopasse, koopast onni, sealt edasi majja.

Tänapäeval jahedas kliimas elades on majade energiatõhusus oluline teema. Kui palju pean kütte eest maksma? Kus on ehituses energiatõhususse investeerimise ja kasutuse käigus kütte kulu kokkuhoiu omavaheline mõistlik tasakaal? Sellel mündil on ka teine külg, mis on seotud hoonete jahutamise vajadusega ja sellest tuleneva täiendava energiakulukusega. Eriti oluline on see suurte klaasfassaadide puhul, kuid ka niiöelda moodsa arhitektuuriga elamutel annavad täna tooni suured (teinekord lausa tervete seinte suurused) avatäited, mis muudavad eriti päikesepoolsetel külgedel ülekuumenemise reaalseks teguriks, mida hoone energiabilansi juures tuleb arvestada.
Üldjuhul ei huvita inimest aknad ja uksed kui asjad iseenesest, vaid need omavad tähtsust maja (kodu) kontekstis. Aga käesoleva artikli puhul piiritlen teema siiski kitsamalt akendega ja samuti käsitlen eeskätt soojusjuhtivusest tulenevaid energiatõhususe teemasid.

Tulles tagasi Väleki juurde: ennevanasti oli koopal üks (mõnel ilmselt ka mitu) ava ning hea kui üldse miski seda ava täitis. Olemasolu korral oli selle „avatäite“ eesmärk pigem eemal hoida kutsumata külalisi. Energiatõhususe osas oli lageda taeva alt koopasse kolimine, kus sai lõkke ääres istuda ja süüa valmistada, juba suur samm edasi.

Aken.

Teen teisegi suure sammu ja jätan mitu arenguetappi vahele: ühel hetkel elas inimene akende ja ustega majas. Olemuselt on aken jätkuvalt auk seinas: väiksem või suurem (mõnikord lausa enamik seina pinnast), aga igal juhul on tegemist avaga. Ülesandeid on sellel aval mitu: esiteks tahaks valgust tuppa. Järgmiseks oleks hea kui liiklus läbi ava oleks toas valdaja kontrolli all. Tahan, tuleb valgus tuppa; tahan, tuleb värske õhk sisse; sobib, siis võibolla lendab mõni asi hoopis aknast välja… Igal juhul on vaja avale täidet – ongi aken. Käepärane materjal – puit – sobib raamideks. Mingi materjal, mis laseb valgust läbi ja takistab muud liiklus kõlbab täidiseks. Traditsiooniline toode on täna klaasiga aken. Olgu siis puidust, plastist või metallist või veel millestki muust valmistatud raamidega.

Mugav ju oleks kui mingi osa aknast oleks avatav ja suletav – et ei peaks tervet akent eest tõstma kui sooviks värsket õhku. Mõeldud-tehtud: hinged ja muud sulused, tulemuseks avatava raamiga ja seina külge kinnitatud lengiga avatäide.

Ja selguse mõttes – ma teadlikult ei kirjuta luukidest!

Talvel on külm.

Üldjuhul ka muul ajal aastas esineb ilma, mida parema meelega tuppa ei laseks: külm, tuul, vihm, lumi jmt.

Üks raam ühe klaasiga võrdus tõke külma ja kurja ilma vastu. Aga prooviks kahe tõkkega? Pandi talveks teine raam aknale lisaks ja saadigi parem tulemus: kahe raami, kahe klaasiga aken, mis oli väga palju soojem. Et raam peaks kinni ja lahti käima, siis tehti raam väiksem – mahub lengi sisse ära. Niimoodi tekkivad aga ju vahed, kust tuul sisse puhub…. Pole probleemi - topime talveks kinni!

Ilmselt minu põlvkond veel mäletab, kuidas kodus aknaid topiti-kleebiti, et talvel tuul läbi ei puhuks ja kuidas ikkagi olid jäälilled akendel ning tuul tuppa kippus ja akna külma õhkasid.

Appi tuleb teadus.

Kui lihtne talupojatarkus enam ei aita, siis õnneks inseneride ja teadlaste leiutised on aidanud. Lihtsalt kahe klaasi asemel kasutatakse akendes tänapäeval valdavalt klaaspaketti. Aastaid on olnud peamine 2-klaasiline pakett.

Esiteks on selge, et õhk iseenesest on üsna kehv soojusjuht, seega igasugused soojustused alustades karusnahast ja lõpetades villade, penoplasti jmt materjalidega sisaldavad palju nn seisvat õhku.

Kaheraamsel aknal on kahe klaasi vahel suhteliselt suur distants, mis teeb võimalikuks sisemise klaasiga kontaktis oleva soojeneva õhu ülespoole liikumise ja välimise klaasi vastas jahtuva õhu allapoole liikumise. Tekkib justkui pidevalt toast „soojust välja kandev“ „mootor“: konvektsioon, mis on üks soojusülekande liike. Klaaspaketi funktsiooniks on vähendada klaaside-vahelist konvektiivset soojakadu. Lisaväärtusena on klaaspakett õhutihe – klaaside vahe on hermeetiliselt eraldatud väliskeskkonnast. Paketi paigaldamine raami on võimalik õhutihedalt ja kui veel „laisad“ inimesed mõtlesid välja tihendid, siis saab raami-lengi vahed tihedaks iga sulgemisega, ilma et peaks talve saabudes eraldi kleepimise-täitmisega tegelema.

Väike vahepala – värsket õhku tahaks!

„Sul vist keegi sugulane tegeleb ventilatsiooniseadmete müügiga!“ arvas üks tuttav kunagi kui vestlesime ventilatsioonist. Tema jaoks tundus kummaline, et akendega tegelev kodanik jahvatab muudkui ventilatsioonist.

Probleem nimelt selles, et hetkeks kui inimene on jõudnud talupojatarkuse ja teaduse najal eelmises alalõigus kirjeldatud aknani, ärkab ta reeglina hommikul oma magamistoas tundega, et „õhust võiks tükke välja lõigata“. Väga umbseks kipub elamine minema, sest majal on „kasukas“ ümber (loe: aurutõke, soojustus ja tuuletõke) ning aknad on paketi ja tihendiga, et talvel varbad ei külmetaks ning jäälilled vaadet ei kaunistaks.

Selleks, et toa õhk oleks hingamiskõlblik ja igasuguseid tervisehädasid ei tekitaks, on ventilatsioon ka vaja korda saada; st nõuetekohaselt projekteerida ja välja ehitada, olgu uuele või renoveeritavale hoonele. Ja mis renoveerimisse puutub, olgu kohe öeldud: ei PVC, alumiinium ega puitaknad „hinga“. Selle „hingamisega“ tegelesid vanad, tihenditeta aknad.

Üks eakas härrasmees kunagi väitis mulle: „Näete, noormees, mis kogu see õhutihedus ja ventilatsioon meiega on teinud: nii palju on allergiaid ja astmat ja mida kõike veel...“ Ma pole selle spetsialist, diskuteerimaks, millest kõik need tervisehädad johtuvad, kuid kuri kahtlus on, et pigemini ventilatsiooniga koonerdamisest. Värske õhk enamasti kedagi haigemaks ei tee.

Ironiseerides võiks veel korraks mõelda Välekile, kel oli tuli koopas. Kui õhutihedus, mida kaasaegsed ehitusnormatiivid maja välispiirdele ette näevad, on saatanast, oleks kõige tervislikum ju koopasse (või kuuse) alla tagasi kolida. Ühe teise teadusala esindajad võibolla äratavad varsti mammutid ka ellu ja nii võiks üsna Väleki hõimu kombel elada kui saaks seda endile lubada.

Kahest klaasitõkkest ei piisa.

Arusaamine, et inimkond tarbib üle (planeedi Maa) jõu, on olnud visa tulema. Pole muidugi välistatud, et kunagi tõesti leitakse odava(ma)d ja jätkusuutliku(ma)d energiatootmise viisid, aga igal juhul on tänuväärne suund muuta elamud energiatõhusamaks.

Abiks jälle teadus. Lisaks konvektsioonile – ringlev õhk klaaside vahel – ja külma tuule tuppa puhumisele, on oluline soojusülekande tegur ka kiirgus. Materjalidel on koostisest tingituna omane kiirgusvõime ehk emissiivsus. Kattes klaaspaketis ühe klaasi külje materjaliga, millel on väiksem emissiivsus kui klaasil, vähendatakse energia kadu veelgi.
Kolmas soojusülekande viis on soojusjuhtivus. Osad materjalid nt metallid on paremad soojusjuhid, teised (nt õhk ja puit) on väiksema soojusjuhtivusega.
Konstrueerime raamid, millel on väiksem energia kadu, kasutades materjale, millel on väiksem soojusjuhtivus. Lisame klaaside vahele argooni ja teeme paketi vaheliistu alumiiniumi asemel terasest või hoopis mõnest komposiitmaterjalist.

Kuskil on ikkagi piir ees ja jõuame tõdemuseni, et kolm on rohkem kui kaks ja paksem on parem kui õhem. Ehk siis lisame paketile ühe klaasi ja saame kaks seisva gaasikeskkonnaga kambrit ja tahtmise korral kaks madala emissiivsusega pinda ja energiasääst on veelgi suurem.

Ära viska raha aknast välja!

Ülal kirjeldatu on toonud meid tänaseks selleni, et aknatööstuses on standardiks muutunud 3-kordsete klaaspakettidega ja suhteliselt sügavate (mõõt õuest tuppa) raamidega aknad. On võimalik tagada toapoolsete pindade piisav temperatuur, et ei tekkiks jahedaid õhuvoole ja oleks mugav olla. Halb ilm ongi õues hoitud!

Kui palju on võimalik raha kokku hoida vahetades vanad aknad uute vastu? Lihtne küsimus, millele paraku ei ole lihtsat vastust.

Akende energiakulu ja aknavahetusega saavutatava kokkuhoiu juures sõltub väga palju sellest, millised on olemasolevad aknad, milliseid uusi soovitakse, kuidas on hoone küttesüsteemid lahendatud jne. Kokkuhoid seisneb selles, et sama sisetemperatuuri saavutamiseks ei ole pärast akende vahetamist vaja enam nii palju kütta. Uue hoone puhul on eeldatav energiakulu erinev lähtuvalt avatäidete valikust.

Nagu tõdesin sissejuhatuses pole käesoleva artikli raames võimalik arutleda teisel olulisel teemal – suurte klaaspindadega piiratud ruumi potentsiaalne ülekuumenemine päikese toimel. Olgu lihtsalt öeldud, et teatud olukorras võib ruumi jahutamisele kuluda energiat rohkem kui selle kütmisele. Igal juhul tuleb hoone targalt projekteerida, tagamaks energiatõhusust ja meeldivat sisekliimat.

Lõpuks mõned näited illustreerimaks erinevate akende energiatõhusust:

Nii on võimalik arvutada akende energiatarve kWh/m² aastas; leides enda kodu energiakandjate hinnad, saab arvutada kulud ja potentsiaalse säästu.

Kust on need numbrid võetud? Need on osalt oletuslikud: akende U-väärtused on sõltuvalt konstruktsioonist ja materjalidest erinevad. Aga nö oma klassi parimate akende soojusjuhtivused on ligikaudu sellised. Vana akna osas on oletus umbkaudseim. Päikeselt saadav lisaenergia ehk g-väärtus sõltub kasutatud klaaspaketi tüübist ja klaasi pindala osakaalust aknas. Õhulekke osas võiks 50 Pa rõhuerinevusel aken olla nii õhutihe, et leket mõõta pole võimalik. Aga ei pruugi olla…

Tabeli viimases veerus olev E (kWh/a) on leitud, kasutades Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstuudi juures tegutsenud Energiatõhusa ehituse tuumiklabori poolt välja töötatud valemit:

E = 120 * Uw – 220 * gw + 45 * L(50) (kWh/m² a),

kus

Uw – soojusjuhtivus (U-väärtus)

gw – päikesefaktor (g-arv)

L(50) – õhuleke 50 Pa rõhuerinevusel; mõõdetud sõltumatu labori poolt või „laenatud“ Hoone energiatõhususe arvutamise metoodika määrusest õhulekkeväärtus 6,0 m³/hm².

Arvud 120, 220 ja 45 iseloomustavad Eesti kliimat nn baasaasta andmete alusel.

Päeva lõpuks tuleb teha otsus, kui palju raha aknast välja visata soovime.