Visā pasaulē notiek intensīvs darbs, lai atrisinātu problēmu, kas saistīta ar aizpildīto loga aiļu termiskās pretestības paaugstināšanu un vienlaicīgu aizsardzību pret saules radiācijas iekļūšanu. Progresīvie konstruktīvie risinājumi logiem balstās uz mūsdienu augsti efektīvo tehnoloģiju jaunajām iespējām. Logam jākļūst par ēkas konstrukcijas intelektuālo elementu, ņemot vērā diennakts (dienas, nakts) un gadalaiku (ziemas, vasaras) mainīgās prasības pret siltumtehniskajiem, gaismas caurlaidības un citiem rādītājiem.

Rakstā tiks aplūkotas jaunās tehnoloģijas logu aiļu aizpildīšanai, kuras pēc speciālistu domām tuvākajā laikā gūs plašu pielietojumu.

Logs, kā ēku norobežojoša konstrukcija, līdz pat 20. gadsimta 70. gadiem tika uzskatīts par pašu vājāko elementu un tā iespējas aprobežojās ar siltuma padeves pretestības vērtībām un saules aizsardzības rādītājiem. 80. gados revolucionārās logu ražošanas tehnoloģijas atklāja jaunas siltuma aizsardzības iespējas un augstas saules aizsardzības iespējas.

Mūsdienās logus aplūko ne tikai kā ēkas inženiertehniskos un arhitektoniskos elementus, bet arī kā augsti attīstītus dzīvus ēkas klimatiskās sistēmas elementus, kas elastīgi reaģē uz apkārtējās vides stāvokli. Tuvākajā nākotnē logs kļūs par svarīgāko bioarhitektūras elementu, kas spējīgs cilvēces labā izmantot sauli, vēju, gaisu utt. Pagaidām jaunās logu iespējas pazīstamas tikai šauram speciālistu lokam, kas nodarbojas ar to īpašību, parametru un raksturojumu izpēti dažādās kombinācijās.

Šobrīd samērā liels skaits dažādu iestiklošanas tehnoloģiju, kas ņem vērā galveno bioarhitektūras principu -harmoniju ar dabu, atrodas izstrādāšanas stadijā dažādos zinātniski pētnieciskajos centros. Šis princips realizējas galvenokārt daudzfunkcionālā ēkas iestiklošanā.


Intelektuālie logi
Ideāla loga optiskajām īpašībām ir jāmainās saskaņā ar klimatiskajiem apstākļiem vai saskaņā ar to cilvēku vēlmēm, kuri atrodas ēkā. Zinātnieki pastiprināti strādā, lai izveidotu jaunas paaudzes intelektuālo logu iestiklošanas tehnoloģijas. Pēc ilggadīgiem pētījumiem ir izstrādātas un šobrīd izmēģinājumu stadijā atrodas vairākas intelektuālo logu izgatavošanas tehnoloģijas, kurām tuvākajā laikā jānonāk tirgū. Tāpat kā strādājot ar pašreizējām logu tehnoloģijām, arhitektam, pasūtītājam vai darbuzņēmējam ir jāizprot arī jaunie risinājumi, lai izdarītu pareizo izvēli.  

Izšķir divus intelektuālo logu pamatveidus - pasīvās iekārtas, kas tieši reaģē uz ārējiem apstākļiem, tādiem kā apgaismojuma līmenis vai temperatūra, un aktīvās iekārtas, kuras var tieši regulēt pēc iedzīvotāju vēlēšanās vai saskaņā ar apkures sistēmas, ventilācijas un kondicionēšanas sistēmu prasībām. Visizplatītākās pasīvās iekārtas ir fotohromās vai termohromās, savukārt aktīvās iekārtas ietver šķidro kristālu iestiklojumu ar dispersijas daļiņām un elektrohromās iekārtas.  


Fotohromās iekārtas  
Fotohromie materiāli maina savu caurspīdību atkarībā no gaismas intensitātes. Tos izmanto, ražojot saules brilles, kas ir caurspīdīgas, piemēram, istabas apgaismojumā, bet aptumšojas pie spilgtas āra gaismas. Fotohromos materiālus var pielietot apgaismojuma kontrolēšanai, laižot cauri tieši tādu daudzumu dienas gaismas, cik nepieciešams apgaismošanai, un atšķeļot lieko gaismu, kas izraisa spriedzi acīs un pārslogo dzesēšanas sistēmas. Nelielas iekārtas jau ir nodotas sērijveida ražošanā, bet pagaidām pārdošanā nav pieejami ekonomiski, lieli un uzticami šāda veida stikli.


Termohromās iekārtas
Termohromās iekārtas maina caurspīdību temperatūras iespaidā. Šobrīd izstrādātie materiāli ir tādas kā želejas starplikas starp stiklu un plastiku, kas zemas temperatūras iespaidā no caurspīdīgām pārvēršas par baltām, bet augstas temperatūras iespaidā kļūst dūmakainas. Robežtemperatūrās šie logi ir necaurspīdīgi. Tādējādi šie logi var pilnībā noslēgt dienas gaismu, kad slodze uz kondicionēšanas sistēmu pārsniedz aprēķināto. Termohromās iekārtas var būt ļoti noderīgas, lai novērstu telpas pārkaršanu. Stikla temperatūra regulē saules gaismas daudzumu, kas nokļūst uz temojutīgā elementa. Termohromā metode ļoti labi var noderēt iestiklotajiem jumtiem, jo zemā caurspīdība neradīs papildu problēmas, kādas var būt logiem. Šāda veida logus var uzstādīt ar noteiktu pārslēgšanās temperatūru, kurai jābūt precīzi aprēķinātai konkrētajam objektam. Šāda veida iestiklojuma paraugi jau ir izgājuši pārbaudes, bet šobrīd vēl neatrodas sērijveida ražošanā.  


Šķidro kristālu iestiklojums
Modernizētais šķidro kristālu iestiklojuma variants, ko izmanto rokas pulksteņiem, šobrīd ir guvis pielietojumu arī tonētajos stiklos. Ļoti plānu šķidro kristālu slānīti ieliek kā starpliku starp diviem plāniem elektrības vadītājiem uz plānas plēves un visu sistēmu laminē starp diviem stikla slāņiem. Atslēdzot barošanu, kristāli izkārtojas haotiski un bez noteiktas kārtības. Tie izkliedē saules gaismu un stikls izskatās tonēts, tam nevar redzēt cauri. Šāds materiāls laiž cauri lielāko daļu krītošās gaismas izkliedēti, bet siltuma padeve no saules radiācijas paliek augsta. Ieslēdzot barošanu, iekārtas elektriskais lauks dod šķidrajiem kristāliem nepieciešamo orientāciju un stikls kļūst caurspīdīgs pussekundes laikā, nodrošinot skaidru skatu no abām stikla pusēm.   

Lielākā daļa šādu iekārtu paredz tikai divus stāvokļus - caurspīdīgu vai tonētu, un caurspīdīguma uzturēšanai ir nepieciešama nepārtraukta barošana. Šāda tehnoloģija ierobežo šķidro kristālu iestiklojuma izmantošanu arhitektūras mērķiem, jo ir nepieciešama pastāvīga barošana no standarta mājas rozetes, un tas ir samērā dārgi, tomēr tā var būt ļoti noderīga, ja ir nepieciešama aizsardzība no ziņkārīgiem skatieniem un tiešas saules gaismas.  


Iestiklojums ar dispersijas daļiņām
Tas ir analogs šķidro kristālu iestiklojumam. Caurspīdīga plēve ar elektrobarošanu kontaktē ar plānu šķidruma slānīti, kurā iestrādātas daudzskaitlīgas mikroskopiskas daļiņas. Ja nav sprieguma, daļiņas ir orientētas haotiski un bieži bloķē gaismu un redzamību. Caurspīdīgais elektrības vadojums iedarbojas uz daļiņām, sakārtojot tās un palielinot redzamību. Šādiem stikliem piemīt arī daļēja caurredzamība, ne tikai divi galējie stāvokļi, kā tas ir šķidrajiem kristāliem. Tomēr šī tehnoloģija pagaidām ir ļoti dārga un šobrīd tirgū netiek piedāvāta.


Elektrohromais iestiklojums
Visdaudzsološākās 21. gadsimta intelektuālo logu izgatavošanas tehnoloģijas ir saistītas ar elektrohroma pārklājumiem. Lai arī tās vēl netiek ražotas sērijveidā, ir liela iespējamība šo tehnoloģiju izveidot par augsti produktīvu, rentablu un ar plašu pieeju tirgū.  

Elektrohroms spēj izmainīt stikla caurredzamību plūstoši, apmēram 5-70% caurlaidības 7 minūtēs, ar atbilstošu siltuma padeves regulēšanu uz saules radiācijas rēķina. Pārslēgšanās stāvoklis notiek pie ļoti nelielas pastāvīgas strāvas (spriegums 1-2 V), tādējādi barošana un padeves vadojums neizmaksā dārgi. Sprieguma atslēgšana apstādina elektrohroma procesu, fiksējot esošo loga caurlaidības spēju. Pie sprieguma apgrieztajām izmaiņām logu raksturojumi atgriežas sākuma stāvoklī. Šis apgrieztais process var būt ar tūkstošs cikliem visu loga kalpošanas laiku. 1. attēlā var redzēt 5 slāņu elektrohroma pārklājuma shēmu. Zemsprieguma apgrieztais avots piespiež jonus iziet cauri aktīvajam elektrohroma slānim, elektrohroma reakcija liek slānim aptumšoties. Padodot apgriezto spriegumu, joni attālinās un elektrohroma slānis atgriežas caurspīdīgā stāvoklī.

Elektrohroma tehnoloģiju jomā pētījumi notiek visā pasaulē jau vairāk nekā 20 gadus un tie ir noveduši pie jauno logu prototipu izstrādes un demonstrācijas. Elektrohroma logu prototipi ir demonstrēti daudzās ēkās Japānā, kā arī Eiropā un ASV. Miljoniem nelielus elektrohroma spoguļus jau pielieto kā aizmugures skata spoguļus vieglajām un kravas mašīnām. Elektrohroma stiklus pēta arī vieglo automašīnu saules lūku izgatavošanai. Tomēr, pirms šīs lūkas nonāks sērijveida ražošanā, tām jāiziet vesela rinda pārbaužu, lai apstiprinātu to ilgmūžību.

Atšķirībā no termohromajām un fotohromajām virsmām elektrohroma logiem ir plūstoša regulācija. Termohromajos un fotohromajos logos ir jābūt dotam pārslēgšanās punktam, pēc kura tie maina savu stāvokli. Lai arī tādu sliekšņa vērtību var dot, tomēr, pēc tās fiksācijas, tā paliek nemainīga visā loga kalpošanas periodā. Dinamiskā regulācija elektrohromajai tehnoloģijai notiek ar kontroliera (vai rokas signāla) palīdzību, izmantojot vienkāršu termostatu vai foto devēju.

Sākotnējie pētījumi rāda, ka intelektuālie logi dod nozīmīgu ieguldījumu sabiedriskajām ēkām no ekonomikas redzes viedokļa, jo apgaismošanas un dzesēšanas izmaksas sastāda nozīmīgu kopējo ekspluatācijas izdevumu daļu. Paplašinot dienas gaismas izmantošanu un samazinot aukstuma slodzi, intelektuālie logi ne tikai samazina gada enerģijas patēriņu, bet arī ļauj samazināt elektrisko slodzi maksimuma stundās un pazemina maksimālo dzesēšanas aprīkojuma jaudu.   

Elektrohroma pārklājumi atrodas tuvu sērijveida ražošanas stadijai. Pirmā pilna mēroga elektrohromo logu demonstrācija notika Oklendā, Kalifornijas štatā, ASV. Divās biroju ēkās, kas atrodas blakus, uzstādīja 10 elektrohromos paneļus pilnībā iestiklotās fasādēs. Pati lielākā no tām bija izmērā 1 x 2 metri. Paneļi bija pieslēgti pie foto devējiem un regulējama luminiscējoša apgaismojuma. Tie darbojās tā, lai laistu caur sevi maksimālo dienas gaismas daudzumu (Tv = 38%) pie paaugstināta mākoņainuma un minimālu dienas gaismas daudzumu saulainā laikā (Tv = 11%). Cilvēki, kas atradās telpā, pēc vēlēšanās varēja pāriet no automātiskā režīma rokas režīmā. Pirmā īslaicīgā demonstrācija apstiprināja intelektuālo logu spēju nodrošināt energoietaupījumu, pie tam paaugstinot komforta līmeni telpā.  

Daudzas no šīm priekšrocībām var pielietot dzīvojamajās mājās, īpaši ekstremāla klimata apstākļos. Principā, lielāko daļu no intelektuālo logu priekšrocībām var realizēt, pārmaiņus lietojot rokas un automātisko vadību. Praktiskai lietošanai tai ir jāietver foto devējs, kas atrodas uz paša izstrādājuma, kā arī jānodrošina sakari ar visas ēkas vadības sistēmu un /vai rokas distances vadība, līdzīga televizora pultij. Tomēr pieredze rāda, ka cilvēki bieži aizver aizkarus un regulē žalūzijas neparedzami un nesecīgi, kas ir pretrunā ar automātisko vadību un palielina tās izmaksas. Izveidojot abus vadības veidus kā integrētu un uzticamu mājas sastāvdaļu, intelektuālie logi pārvērš potenciālos energoietaupījumus paredzamos un garantējamos.

Ir ieplānotas vēl citas elektrohromo logu prototipu demonstrācijas un pirmie logi plašai lietošanai drīz būs pieejami.

Kā ar jebkuru jaunu tehnoloģiju, sākotnējā ieviešana notiks lēni, kamēr ražotāji, uzstādītāji un namu pārvaldnieki iegūs nepieciešamo pieredzi. Pirmie izstrādājumi visdrīzāk atradīs savu vietu jumtu iestiklojumos. Jaunie intelektuālie logi nozīmīgi paplašinās 21. gadsimta māju funkcionalitāti.  

Vakuuma logi
Vēl efektīvāks no gāzu siltuma caurlaidības redzes viedokļa ir tās pilnīgs trūkums, t.i., vakuums. Daudzi pētnieki visā pasaulē nodarbojas ar izolējošo logu bloku izstrādi, kuros starp stikliem ir vakuums. Ja vakuums ir pietiekami augsts, tad starp stikliem nav konvektīvā siltuma pārnesuma, kas ļauj samazināt kopējo siltuma padeves koeficientu. Vakuuma stikliem ir jābūt ar labu atstarojošo pārklājumu, kurš samazina siltuma padevi uz izstarošanas rēķina - tikai vakuuma efekts viens pats ir nepietiekams. Daudzu gadu garumā šo principu pielieto termosu izgatavošanā, kur sudrabainais pārklājums pilda virsmas lomu ar zemu siltuma atdeves koeficientu izstarošanās ceļā.  

Tomēr vakuuma stikla pakešu izgatavošana rada zināmas grūtības no inženieru redzes punkta. Viena no pamatproblēmām ir augstas prasības pret struktūras izturību, lai tā varētu izturēt gaisa atmosfēras spiedienu un mainīgo spiedienu, kas rodas no vēja un vibrācijām. Starp lielajiem logu stikla paneļiem var parādīties nozīmīgs termiskais spriegums un mehāniskās slodzes. Termoss viegli iztur šādu spiedienu savas specifiskās formas dēļ. Loga daudz gludākā virsma ir ar tendenci saspiesties un deformēties spiediena izmaiņu rezultātā. Šādu logu prototipos izmantoti stikla stieņi vai bumbas, kas ļauj samazināt pastāvīgo attālumu starp diviem stikliem. Šiem elementiem ir ļoti mazi izmēri, bet tomēr tie ir labi pamanāmi un samazina loga caurredzamību. 2. attēlā parādīts vakuuma stikla paketes termogrāfiskais attēls, kurā skaidri var redzēt stikla stieņus.

Vēl viena problēma ir saistīta ar hermētiskuma nodrošināšanu pa logu bloka perimetru stiklu savienojumu vietās. Hermetizācijai ir jāatvaira gaisa ieplūšana un jāuztur spiediens stikla paketes iekšpusē mazāks par vienu miljono daļu no normālas atmosfēras gaisa spiediena. Ja šo lielumu pārsniedz 10 reizes, tad ar to būs pietiekami, lai tiktu atjaunota normētā siltuma padeve. Vakuuma blīvumam jāsaglabā sava funkcionalitāte visu loga kalpošanas laiku - izgatavojot, transportējot, uzstādot, ekspluatējot.

Austrāliešu pētnieki samērā veiksmīgi ir izmantojuši speciālo stikla blīvumu, izstrādājot lielus paraugus. Mūsdienās jau ir sasniegts siltuma padeves koeficients stikla vidū, kas ir vienāds ar 0,2 no standarta, bet perspektīvā šo lielumu paredzēts samazināt līdz 0,12 . Pie tam tiek saglabāta pieprasītā siltuma pieplūde uz saules radiācijas rēķina. Šis izstrādājums izceļas ar savu smalkumu un pielietojamību, modernizējot jau esošos logus. Tomēr siltuma zudumi malās ir lielāki nekā tradicionālajām izolētajām stikla paketēm, lai arī šos zudumus var kompensēt logu rāmji. Lielie logu ražotāji jau piedāvā šo produkciju Japānas tirgū.  

Aero želeja
Aero želeja ir uz silokona bāzes veidots putas veidojošs materiāls ar atvērtām porām, kas sastāv apmēram no 4% silikona un 96% gaisa. Putu mikroporas satver gaisu, aizturot konvekciju, bet laižot cauri gaismu. Daļiņas, no kurām sastāv putu plānās sienas, nedaudz izkliedē ienākošo gaismu, veidojot zilganu mirdzumu, kas ir līdzīgs debesu krāsai.  

Aero želeju plaši pēta, jo tās īpašības nodrošina vienlaikus augstu caurspīdību un izolāciju. Šīs īpašības ļauj to pieskaitīt vielām, kuras dēvē par caurspīdīgo izolāciju. Tehniski iespējams izgatavot logus no aero želejas ar siltuma padeves koeficientu loga vidū ne vairāk kā 0,05 no standarta. Tomēr šobrīd aero želeju iegūst mazos daudzumos un eksperimentos izmanto logus no aero želejas keramikas plāksnītes izmēros. Eiropas ražotāji ražo dubultos logus, kas ir pildīti ar nelieliem aero želejas pilieniem. Lai arī šādiem logiem piemīt augsta izolācijas spēja, tie tomēr nozīmīgi izkliedē gaismu un tiem nav laba caurredzamība. Nākotnē, iespējams, aero želeja atradīs savu pielietojumu kā lielu vitrīnu komponents, vai arī izgatavojot iestiklotus jumtus un stikla blokus.  

Iestiklojums ar optisko saules staru iekļūšanas regulāciju  
Viens no intelektuālo logu interesantākajiem pētījumiem attiecas uz iestiklojumu ar optisko regulāciju. Pētījumu rezultātus, lai kontrolētu dienas gaismas iekļūšanu sabiedriskās telpās, var izmantot arī dzīvojamās ēkās. Tiek piedāvāti daudzi produkti, kas ļauj kontrolēt gaismas ieplūdi ēkā. Vispazīstamākie ir izkliedētāji (izkliedētās virsmas), kas maina virzienu un izkliedē gaismu telpā. Tās daļēji bloķē skatu pa logu, bet nodrošina zināmu norobežošanos no ārpasaules un sadala tiešos saules starus, uzlabojot telpas izskatu un funkcionalitāti. Lai izveidotu šos izkliedētājus, izkliedējošos elementus var izvietot logu blokos. Šādi elementi var būt plāna plēve vai cita metode, kas izmaina stikla virsmu. Pilnīgāku krītošās saules gaismas kontroli var sasniegt, izmantojot dārgus optiskos materiālus, tādus kā prizmatiskās ierīces vai hologrāfijas restes, kas maina gaismas virzienu uz grīdas. Šī veida sistēmas vēl atrodas izmēģinājumu stadijā ASV un to efektivitāte ir atkarīga no izgatavošanas un uzstādīšanas parametriem.

Pašattīrošais stikls
Lai kā arī cilvēkiem patiktu logi, nevienam nepatīk tos mazgāt. Šī problēma, iespējams, paliks pagātnē, ja šobrīd procesā esošie pētījumi un izmēģinājumi pašattīrošo virsmu jomā beigsies ar panākumiem. Zinātnieki vairākās laboratorijās ir pilnveidojuši daudzkristālu virsmas, kas pārstrādā un iznīcina daudzas organiskās vielas, piemēram, pirkstu nospiedumus, kas atstāj pēdas uz stikla. Caurspīdīgā fotokatalītiskā virsma reaģē ar skābekli, iedarbojoties ultravioletajam starojumam. Aktīvais skābeklis pēc tam sadala dažādos organiskos materiālus ūdens tvaikos un ogļskābajā gāzē, radot pašattīrošo virsmu.

Kāda konkrēta tehnoloģija tiks pielietota praksē, rādīs tuvākā nākotne. Skaidrs ir viens, ka ēkas noteikti tiks aprīkotas ar jaunajiem intelektuālajiem logiem, kas vienlaikus pildīs vairākas funkcijas; nodrošinās vizuālo komfortu, prasību pēc apgaismojuma, svaiga gaisa pieplūdi, siltuma zudumu samazināšanos aukstajā periodā un siltuma pieplūdi no saules radiācijas vasarā, kā arī aizsargās pret nelabvēlīgu dabas ietekmi.