Zakaj 4.0?
Verjetno oznako 4.0 največkrat povezujemo s pojmom Industrija 4.0. V njenem primeru gre za četrto industrijsko revolucijo, katere ključni poudarki so internet stvari, infrastruktura v oblaku in oblačne rešitve, velika količina podatkov, umetna inteligenca, algoritmi, veriženje podatkovnih blokov, obogatena resničnost, tovarne prihodnosti … Lesena okna še niso bila »številčno« razvrščena kot industrijske revolucije, glede na njihov zgodovinski razvoj pa jih prav tako lahko uvrstimo v štiri okvirje, pri čemer se nahajamo na vstopu v njihovo četrto obdobje.
Okna že od samih začetkov služijo ključnemu namenu – prehodu svetlobe v notranjost prostorov. Zgodovina in razvoj lesenih oken sta v veliki meri povezana z razvojem ravnega stekla, ki to omogoča. Prvotno obdobje zgodovine lesenih oken (Lesena okna 1.0) sega v čas pred 16. stoletjem, ko so bila okna nezastekljena in fiksna. Line so bile bodisi prazne ali pa prekrite s krpami, papirjem, lesom in celo ploščami iz roževine. Steklo je bilo izredno redko uporabljeno in rezervirano le za najpremožnejše, čeprav začetki proizvodnje stekla za okna (»broad sheet glass«) segajo v leto 1226 v angleško mesto Sussex. Eno najstarejših nezastekljenih lesenih oken je mogoče najti v angleški vasici Boxford, njegovo starost pa ocenjujejo na več kot 1.000 let. 16. stoletje predstavlja prvo prelomnico v razvoju oken, saj so ta postajala vedno večja, velikost okna pa je postala statusni simbol lastnika. Zastekljena okna so bila še vedno redkost, njihova uporaba pa je začela izrazito naraščati. V 17. stoletju so začela lesena okna pridobivati na veljavi. Ta so bila vedno pogosteje zastekljena tudi v normalnih domovih (Lesena okna 2.0), saj je bilo leta 1674 prvič predstavljeno t.i. kronsko steklo (»crown glass«). To je pomembno vplivalo na uveljavitev oken s krili, ki so se odpirala z vzporednimi vertikalnimi ali horizontalnimi premiki (»sash window«), kot je to značilno za Veliko Britanijo. Okna z odpiranjem kril okoli osi na način, kot je najpogosteje prisoten danes (»casement window«), so bila poznana že prej. Vse do 20. stoletja je bilo steklo ročno pihano, velika stekla pa so bila izredno draga. Slednje je bil ključni razlog, da so lesena okna do takrat vsebovala večje število manjših stekel. Leta 1903 pa je Michael Owens predstavil revolucionarno rešitev v obliki avtomatizirane strojne izdelave stekel. Tehnologija je omogočila izdelavo večjih dimenzij ravnega stekla za nižjo ceno, kar je ključno vplivalo na izgled okna. Kljub temu, da je tehnologija omogočala izdelavo stekla z jasnejšo in homogenejšo strukturo, pa so bila ta še daleč od popolnosti. Temu se je leta 1954 približal Sir Alastair Pilkington, ki je izumil plavajoči postopek izdelave ravnega stekla in mu rečemo tudi zrcalno ali float steklo. V teh letih se je na trgu pojavilo tudi prvo dvoslojno izolacijsko steklo (Lesena okna 3.0), katerega ideja sicer izvira že iz davnih 1860-ih. Razvoj je napredoval z veliko hitrostjo, trgu pa so bili v naslednjih desetletjih predstavljeni prvi nanosi na steklih (1960a), prvi nizkoemisijski nanosi za stekla (1980-a), elektrokromna stekla (1990a), termokromna stekla (2000a) in tanki fotovoltaični filmi (2010a).
Današnje stanje tehnike lesenih oken 3.0 ponuja visokoizolativna okna s troslojno (v redkih primerih 4-slojno) zasteklitvijo in najboljšimi Uw (toplotna prehodnost okna) vrednostmi pod 0,6 W/m2K, pri čemer so v lesene okenske profile integrirani izolacijski materiali. Les, uporabljen v oknih, je večinoma smrekovina, borovina, macesnovina, hrastovina in določene tropske lesne vrste. Izolacijska stekla so polnjena z žlahtnimi plini (pretežno argon in kripton), zaslediti je mogoče vakuumska stekla, elektrokromna stekla in stekla s funkcijo zaslona na dotik. Moderno okovje omogoča motorizirano odpiranje oken ali drsnih sten, elementi pa so zaradi statičnih omejitev v veliki večini primerov visoki do 3 metrov. Tako stekla kot okovje ter celoten sestav sodobnih oken, omogočajo visoko stopnjo varnosti pred udarci in vlomom. Lesena okna so cenjena in predstavljajo v moderni gradnji pomemben estetski, varnostni in izolacijski element stavbe. Njihova namembnost je predvsem zagotavljanje varnosti, izolativnosti, prehoda svetlobe in zračenja.
Vstopamo v novo obdobje lesenih oken – Lesena okna 4.0, katerih razvoj in integrirane tehnologije so tesno povezane s panogami Industrije 4.0. Lesena okna ne bodo več zgolj pomemben del stavbnega ovoja ampak aktivna pametna naprava, ki bo sposobna bistveno več, kot so trenutno sposobna najsodobnejša lesena okna. Vključeni bodo drugačni materiali, njihove lastnosti se bodo izboljšale, uporabljene tehnologije pa bodo omogočile, da bo leseno okno proizvod povezan v internet stvari.
Les, ampak kakšen in v kakšni obliki?
Osnovni material lesenih oken je les visoke kakovosti. Slovenija ima lesa trenutno v izobilju, čeprav se je z zadnjimi ujmami pokazala ranljivost slovenskih gozdov. Tudi v Evropi se soočamo s presežki lesa, ki pa ga bo, glede na določene analize in napovedi, začelo primanjkovati. Primanjkljaj lesa bo posledično vplival tudi na njegovo ceno in ceno novogradenj, o čemer piše The Wall Street Journal. Kakšen les in v kakšni obliki ga bomo uporabljali za izdelavo lesenih oken v prihodnih desetletjih? Bodo največkrat uporabljeno smrekovino nadomestile tujerodne drevesne vrste kot je npr. duglazija? Morda pavlovnija, ki velja za eno izmed najhitreje rastočih drevesnih vrst na svetu s kakovostnim in lahkim lesom? Slednja lahko povzroči resne probleme v slovenskih gozdovih v kolikor je sajena navadna pavlonija, ki velja za invazivno lesno vrsto in ne njen hibrid. Ali pa bo svojo (r)evolucijo doživel odslužen les, ki je vedno pogosteje prisoten pri izdelavi lesenih proizvodov? Vprašanje ne ponuja jasnega odgovora, je pa ta odvisen predvsem od našega odnosa do planeta in ravnanja s slovenskimi gozdovi.
Lesena okna čez dve nadstropji?
Velikost lesenih oken je ena ključnih točk njihovega sodobnega razvoja. Aluminijasta ali jeklena okna, ki se raztezajo čez dve nadstropji in merijo v višino tudi 5 metrov in več niso nič nenavadnega, so pa vsekakor impozantna. Slednje velja tudi za lesena okna s to razliko, da so lesena okna z višino 5 metrov nenavadna. Njihova ustrezna izdelava, ki bo prenašala lastne in zunanje obremenitve je zaradi lastnosti lesa zelo kompleksna in zahtevna. Današnja lesena okna in drsne stene se navadno izdelujejo do višine približno 3 metre, medtem ko bo že v bližnji prihodnosti mogoče vgrajevati tudi lesena okna z višino 5 metrov in več. To bo mogoče izvesti z optimalno postavitvijo ojačitev v ključnih okenskih elementih, ki bo podprta z numeričnimi analizami, kar se razvija v projektih TIGR4smart in XtremelY.
Kaj pa izolativnost?
Eden izmed najbolj zaželenih ciljev proizvajalcev lesenih oken bo vedno izenačiti toplotno prehodnost okna (Uw) s toplotno prevodnostjo stene objekta (Us). Trenutna razlika med najbolj izolativnimi stenami (Us<0,1 W/m2K) in najbolj izolativnimi lesenimi okni (Uw=0,5-0,6 W/m2K) je šest in večkratna. Ta razlika je odvisna še od velikosti oken, saj se delež izolacijskega stekla z velikostjo okna povečuje, kar pozitivno vpliva na izolativnost. Za izenačenje Us in Uw bo potrebno zagotoviti toplotno prehodnost stekla (Ug) pod 0,1 W/m2K. Trenutno se pojavljajo vrednosti Ug=0,15 W/m2K, medtem ko je mogoče najti tudi poskuse stekel z Ug=0,05 W/m2K. Tako v prvem kot v drugem primeru je trenutno še problematična uporabnost s stališča cenovnih, dimenzijskih in dobavnih omejitev. Ne glede na to je realno pričakovati, da bo izolativnost oken dosegla vrednosti okoli 0,1 W/m2K, pri čemer pa je vprašanje, na kakšni stopnji izolativnosti bodo zaradi razvoja super izolativnih in pametnih izolacijskih materialov takrat stene.
Lesena okna kot del interneta stvari
Internet stvari (Internet of Things ali IoT) predstavlja omrežje naprav postavljenih in predstavljenih na medmrežju oz. internetu. Gre za mrežo, v kateri naprave bodisi komunicirajo med sabo ali z uporabniki. Leta 2010 je Hans Vestberg, takratni direktor podjetja Ericsson napovedal, da bo leta 2020 povezanih 50 milijard naprav. Enako napoved je leta 2011 podalo tudi podjetje Cisco, medtem ko je IBM predstavil še bolj radikalno napoved z 1 bilijonom povezanih naprav do leta 2015. Izkazalo se je, da so bile vse napovedi preoptimistične, še posebej IBM-ova, saj je bilo po ocenah podjetja Gartner v letu 2016 le 6,4 milijarde povezanih naprav, ob čemer so podali napoved, da bo do 2020 teh 20,8 milijarde. Tako Ericsson kot Cisco sta kasneje svoje napovedi ustrezno znižala. Ne glede na napovedi in dejansko stanje pa je dejstvo, da IoT ni vprašljiva stvar prihodnosti ampak realno stanje sedanjosti. To se bo v prihodnosti le še razvijalo z nepredvidljivo hitrostjo, pri čemer pa lesena okna ne bodo izostala. Osnovni pogoj za to je okno v obliki, ki bo primerna za integracijo v IoT. Na kakšen način in v kakšni obliki se bo okno vklapljalo v celoten sistem in bilo povezano z medmrežjem, bo odvisno od podjetij in predvsem želja ter potreb uporabnikov. Gotovo pa bo leseno okno v osnovi moralo zagotavljati samostojno delovanje ter senzoriranje ključnih okoljskih in lastnih parametrov.
Korak dlje? Lesena okna, internet stvari in blockchain.
IoT in tehnologija veriženja podatkovnih blokov (Blockchain) vsaka za sebe predstavljata revolucionarni ideji in dejanski tehnologiji, ki dvigujeta mnogo prahu, medtem ko bo njuna končna implementacija zahtevala še vrsto let razvoja. Že vsaka zase predstavljata prebojni in deloma disruptivni tehnologiji, medtem ko lahko združitev obeh povzroči revolucijo na področju IoT prihodnosti. V svoji osnovi IoT predstavlja sistem naprav (v našem primeru lesenih oken) povezanih z internetom. Ta so, vsaka v konceptu pametnega doma, povezana s centralnim sistemom. Slednji predstavlja »možgane« objekta in sprejema podatke od posameznega lesenega okna. Na njihovi podlagi nato sprejema odločitve v kolikor je sistem ustrezno programiran in deluje na osnovi izbranih algoritmov. Blockchain je računalniški sistem, ki omogoča zapisovanje kriptografsko zaščitenih podatkov, ki so nedotakljivi, transparentni in trajno zapisani v podatkovno knjigo. Ta podatkovna knjiga ni shranjena pri eni osebi ali organizaciji, ampak na velikem številu računalnikov po svetu. Kombinacija obeh tehnologij predstavlja preverjeno, varno in trajno rešitev za beleženje podatkov iz pametnih naprav in njihovo uporabo, s čimer rešuje problematično vprašanje nadzora nad podatki in njihove varnosti. Kriptiranje in porazdeljeno shranjevanje pomeni zaupanje v podatke in njihovo varnost. Naprave bodo varno zabeležile podrobnosti transakcij teh podatkov, ki bodo potekale med seboj brez človeškega nadzora. Primer podjetja, ki razvija decentraliziran sistem za medsebojno delovanje naprav v IoT in deljenje njihovih virov je IOTA, medtem ko se s tem ukvarja tudi IBM na svoji platformi Watson. Dodatno bo pomembno vlogo odigralo tudi instantno plačevanje storitev, ki jih bodo pametne naprave omogočale. Zelo enostaven primer je plačilo za uporabo električnega vozila, ki se bo izvršilo v trenutku, ko bo uporabnik zapustil vozilo. Za takšnim plačilom bo delovala tehnologija »pametnih pogodb«, ki bo omogočala transparentno, instantno in pošteno plačilo za določeno storitev. In kakšno vlogo lahko v takšnem svetu odigra leseno okno? Leseno okno bo predstavljalo aktivno napravo, agenta povezanega z medmrežjem, ki ne bo zagotavljal le tradicionalnih funkcij, ampak bo s svojo pametjo zagotavljal npr. optimalno zračenje, pridobivanje in pretvarjanje sončne energije, steklo bo zaslon preko katerega bo omogočeno upravljanje drugih naprav in spletno nakupovanje … Leseno okno bo tako predstavljalo napravo, ki bo ponujala različne storitve s čimer se bo odprlo novo področje za razvoj netradicionalnih poslovnih modelov.
Leseno okno kot izdelek ali kot storitev?
Leseno okno kot multifunkcijski agent bo v svetu IoT predstavljalo enoto, izdelek, napravo ali ponudnika storitve na določeni platformi, ki bo osnovana na skupnem imenovalcu – protokolu. Kateri bo ta protokol in kakšen bo, je vprašanje za milijon dolarjev. To se bo gotovo razjasnilo v naslednjih 10 letih. Princip je podoben delovanju svetovno znanih platform kot sta Uber in Airbnb, v okviru katerih je povezanih milijone avtomobilov ali stanovanj. Tako v prvem kot v drugem primeru so v uporabi še vedno fizični izdelki, ki pa ponujajo svojo storitev – prevoz in prenočevanje. Če princip preslikamo na področje IoT se znajdemo na ogromni platformi pametnih mest in skupnosti. Na njej je medsebojno povezanih milijone pametnih naprav, ki vsaka zase ponujajo določeno storitev. Med njimi bodo tudi lesena okna, katerih uporabne storitve bodo definirane tekom razvoja prihajajočih let, odvisne pa bodo od tehnologije, ki bo vgrajena v pametno leseno okno. Platforme, ki upravljajo s produkti pa niso edina možnost ponudbe oken ali storitve. V svetu se vedno pogosteje uveljavlja ekonomija delitve in izposoje. Bomo lesena okna v prihodnosti posojali? V osnovi lahko to predstavlja win-win situacijo tako za uporabnika kot za proizvajalca lesenih oken. Pri izposoji izdelka je potrebno zagotavljati kakovost in funkcionalnost okna v njegovi celotni življenjski dobi, kar je neposredna prednost za uporabnika. Kaj takšnega je mogoče zagotavljati le z rednimi servisi in spremljanjem lastnosti okna v realnem času. To je lahko neposredna korist za proizvajalca lesenih oken, saj je reden servis vključen bodisi v ceno izdelka ali letni strošek uporabnika, kot je to značilno za npr. avtomobile. Posledično to vpliva tudi na dvig dodane vrednosti lesenega okna in podjetja. Dodatno pa s konstantnim spremljanjem lastnosti okna zagotovimo ustrezno kakovost osnovnih materialov, ki jih bo v prihodnosti mogoče ponovno uporabiti ali predelati za izdelavo novih oken.
Lesena okna kot del krožnega gospodarstva?
Cene materialov, ki se uporabljajo v lesenih oknih naraščajo, enako je pričakovati tudi v prihodnosti. Cena stekla je od leta 2010 poskočila približno 30 %, cena cinka od leta 2009 za več kot 200 %, raste tudi cena lesa. Rast cen ključnih surovin še posebej občutijo proizvajalci elektronskih naprav, ki vedno več napora vlagajo v ponovno uporabo surovin iz odsluženih proizvodov. Podobno lahko pričakujemo v prihodnosti na področju lesenih oken, pri čemer bo za proizvajalce, ki bodo ponovno uporabili materiale in surovine iz odsluženih oken, ključnega pomena zagotoviti njihovo ustrezno kakovost. Slednje bo mogoče z nenehnim senzoriranjem oken. To ne bo zagotovilo le ustrezne kakovosti ampak bo omogočilo tudi napovedovanje življenjske dobe lesenega okna. Tu pa bo pomembno vlogo odigrala umetna inteligenca in strojno učenje.
Lesena okna, umetna inteligenca in strojno učenje
Bernard Marr v svojem prispevku lepo opiše razliko med umetno inteligenco (Artificial Intelligence ali AI) in strojnim učenjem (Machine Learning), ki ju navadno povezujemo z veliko količino podatkov (Big Data). Umetna inteligenca predstavlja širši koncept naprav, ki so sposobne izvesti naloge na način, ki ga opredeljujemo kot »pameten«. Strojno učenje je trenutna aplikacija umetne inteligence. Ta temelji na ideji, da je potrebno napravam zgolj zagotoviti podatke in jim dovoliti, da se na njihovi podlagi učijo same. Za oba primera je ključno zagotoviti zadostno količino podatkov, ki so »hrana« za inteligentno delovanje. Do podatkov o lesenem oknu pridemo le z zaznavanjem lastnosti samega okna in zaznavanjem njegove okolice s senzorji. Na podlagi teh, bo pametno leseno okno, preko strojnega učenja in umetne inteligence znalo prepoznati navade svojega uporabnika, se prilagodilo in zagotovilo optimalne pogoje v obliki zatemnitve stekel, odpiranja oken za prezračevanje, projeciranja gozda na steklu ipd. Ideja ni nič novega, saj se nam podobno dogaja vsakodnevno od predlaganja knjig na Amazonu, do »naključne« izbire glasbe na YouTube-u. Pri lesenih oknih pa bomo šli morda še korak dlje s predvidevanje ali napovedovanjem življenjske dobe lesenega okna.
Kaj je torej leseno okno 4.0? Je naprava poljubnih dimenzij opremljena s brezžičnimi senzorji, ki predstavlja integralen del interneta stvari in na podlagi velikega števila zbranih podatkov zagotavlja pametno delovanje prilagojeno specifičnemu uporabniku v najširšem možnem smislu.
