Māja, kas pārtiek no saules

Inženierzinātņu doktore Ruta Vanaga ir frontes pirmajās rindās cīņā ar klimata krīzi. Viņa uzšķērž ķieģeļus, taču pēta arī vaļu un jūraszvaigžņu anatomiju, lai varētu būvēt ēkas, kas rudenī un pavasarī spētu pašas sevi sasildīt ar saules enerģiju vien

Šāda ir mana laboratorija, kā redzat, nekā baigi krāšņa. Nekādu ķirzaciņu, vardīšu vai mēģeņu — Rīgas Tehniskās universitātes Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta pētniece inženierzinātņu doktore Ruta Vanaga uzskaita visu, kā viņas darbavietā nav. Nav arī vaļu un jūraszvaigžņu. Ir tikai milzīgs ripzāģis, kas paredzēts ķieģeļu vivisekcijai, un liela četrstūraina bļoda, kurā kārtīgās rindās salikti dažādu nokrāsu uzšķērsti pusķieģeļi. Uzmetot tiem skatienu, nākas secināt, ka to anatomija ir visai garlaicīga. 

Kam tas domāts? «Te notiek vēsturisko ēku norobežojošo konstrukciju ķieģeļu testēšana,» saka pētniece. Kas, kas? Ķieģeļu konstruktors? «Norobežojošo konstrukciju, respektīvi, sienu vai pamatu,» viņa saka ar platu smaidu, taču bez augstprātības vai paštīksmes, kas reizumis vērojama zinātniekos, kad tie skaidro profesijas žargonu neiesvētītiem lajiem.

Laboratorijā tiek pētīta arī iespēja siltināt vēsturisko ēku ķieģeļus no iekšpuses. Latvijā ēkas rada 40% no visiem siltumnīcas efekta gāzu (SEG) izmešiem, ja ņem vērā visu to dzīves ciklu, sākot no enerģijas, kas nepieciešama materiālu ražošanā, būvniecību, ekspluatāciju, apkuri vai kondicionēšanu vasarā un beidzot ar nojaukšanu. Jaunām mājām ir stingras energoefektivitātes prasības, taču Eiropas Savienības direktīva paģēr uzlabot arī jau esošo ēku fondu, un te tam tiek meklēti inovatīvi risinājumi. «Taču tam nav nekāda sakara ar biomīmikriju,» Ruta atmet ar roku un virza mūs tālāk lielas saldēšanas kameras virzienā. Tur atrodas viņas lolojums un galvenais eksperimentu objekts — liela kaste, kas izskatās necila no ārpuses un neizprotama no iekšpuses. 

Māja — valis

Šī noslēpumainā kaste slēpj sevī tehnoloģiju, kas ļautu ēkas sienu padarīt par apkures elementu, turklāt tādu, kas neprasa enerģijas pievadi, ja neskaita saules gaismu. Pret kasti ir pavērsts liels prožektors, šobrīd izslēgts, taču tam eksperimentā ir piešķirta saule loma. Kastes vidū ir neliela tukša telpa — tā būtu istaba, no trim pusēm izolēta ar celtniecības vati. 

Ceturto sienu, kas pavērsta pret «sauli», veido parafīns un metāla plāksne. Vēl tur būtu jābūt lēcai, kas, gaismas starus sakoncentrējot uz metāla plāksni, sakarsētu gan to, gan parafīnu. Ja istaba būtu valis, tad parafīns būtu tā zemādas tauku slānis. Parafīna īpašības ļauj tam, sasniedzot kušanas temperatūru, uzkrāt enerģiju. To savukārt ar caurulēm, kas imitētu milzu zvēra asinsrites sistēmu, pa dienu varētu novadīt īpašā akumulācijas tvertnē un, saulei norietot, nogādāt atpakaļ telpā. Nekāda rēķina saimniekam, nekāda piesārņojuma videi, nekādu SEG izmešu.

Taču līdz tam vēl jātiek. Šajā pētījumu stadijā zinātniece eksperimentē ar dažādiem parafīna veidiem. Cenšas izprast siltuma plūsmu telpā. Jāpanāk, lai tā paliek telpas iekšpusē, nevis meklē ceļu ārā. Atklāts paliek jautājums, vai ar to pietiks, lai mūsu platuma grādos ziemā apsildītu ēku. «Drīzāk visefektīvāk tas būtu starpsezonā, pavasarī, rudenī,» saka Ruta Vanaga. «Taču arī tas ļautu ietaupīt enerģiju.»

Tā ir jauna pieeja, vismaz Latvijā. Pētnieces mērķis ir panākt, lai «ēka aktīvi piedalās enerģijas bilancē». «Siena šobrīd ir siltuma zudumu nesēja, bet mēs gribam panākt, lai tā ir enerģijas pārnesēja no ārpuses uz iekšpusi. Ziemā pie mums, protams, saules radiācijas ir mazāk, tas būtu grūti. Uzkrāt vasarā ziemai? Vispār pasaulē ir piemēri, kur enerģiju sezonāli uzkrāj. Tas atkarīgs no tvertnes tilpuma un citiem faktoriem, taču mēs līdz tvertnei vēl neesam tikuši.»

Lai nebūtu jādomā par vidi

Kad varētu radīt pirmo šādas ēkas prototipu, nav zināms. Vismaz kādus piecus gadus vēl noteikti ne. Pētniecei svarīgs ir risinājumu meklēšanas process. Tas esot līdzīgi kā arhitektūrā, kur ir speciālisti, ka strādā konceptuāli, maz realizējot savus projektus, taču viņu ieguldīto darbu un idejas pēc tam var izmantot kāds cits. Inženiere parausta plecus, it kā tam nebūtu nekādas nozīmes, vai pašai izdosies izpildīt visu to, par ko runā ar tādu degsmi. Profesiju viņa izvēlējusies idejas vārdā. Bakalaura grāds sākotnēji iegūts arhitektūrā, taču, jau rakstot maģistra darbu, Rutu ieinteresējusi ilgtspējīga attīstība. Sekojis brauciens uz arhitektūras biennāli Venēcijā, kur viņas uzmanību piesaistījis vairāku arhitektu biroju kopīgi veidotais Dānijas paviljons, veltīts ilgtspējīgai attīstībai pilsētvidē. Togad tas arī ieguvis biennāles galveno balvu. 

Ruta pat devusies stažēties uz vienu no birojiem Dānijā. Sagribējies mācīties tālāk. Tikmēr Latvijā arhitekta Ervīna Kraukļa vadībā sakustējusies pasīvo māju kustība. Pasīvā māja patērē tikai 15 kilovatstundas enerģijas uz kvadrātmetru gadā. Pēc normatīviem, Latvijā jaunceļamām ēkām jānodrošina, ka tās gadā patērē ne vairāk kā 40 kW/h uz kvadrātmetru. Taču tas ir nedaudz nosacīti.

«Kad strādāju pie Ervīna Kraukļa, bijām uzcēluši vairākas līdzīgas mājas, un lielākā daļa no tām bija energoefektīvas, bet vienai bija lieli siltuma zudumi,» Ruta iesmejas. «Sapratām, ka laikam saimnieks pie loga daudz pīpē.»

Vēlāk viņa strādājusi par energoinženieri, ar kuru arhitektiem jāsaskaņo projekti. Šajā profesijā šad tad nācies arī ierobežot arhitekta radošās ieceres. Acīmredzot bijusi principiāla, jo arhitekti viņai pat devuši iesauku, ko Ruta gan smejoties lūdz neminēt. 

«Arhitektam ir vīzija. Kā ēkai jāizskatās no estētiskās un funkcionālās puses,» viņa stāsta. «Es vērtēju projektu pēc energoefektivitātes kritērijiem. Mani interesē optimāla čaula. Ar to saprotu tilpuma un laukuma attiecību. Ja uztaisīsim zobainu un robainu, ar erkerīšiem un pārkarēm, tad būs liels siltuma zudums. Jāmeklē kompromisi. Neviens, protams, negrib, lai visas mājas būtu vienādas. Gadās arī situācijas, kad vēlamo energoefektivitāti nevar panākt. Jo mazāka ēciņa, jo grūtāk to sasniegt, jo lielāka, jo vieglāk. Valis ir labs piemērs — viņam ir ārkārtīgi maza norobežojošā konstrukcija pret apkurināmo tilpumu.»

Pētniece iesmejas. No tā izriet arī tas, ka, par spīti daudzu cilvēku ilgām pēc savas mājas, daudzdzīvokļu ēkas un blīva apbūve no vides viedokļa ir labāka. It īpaši, ja energoefektivitātes jautājumu atrisina radoši un gudri. Blīvi apbūvētā kvartālā, kāda ēka būs vērsta uz dienvidiem, tai būs labāks izsauļojums, un pāri palikušo enerģiju var atdot kaimiņam. Tāpat dalīties ar enerģiju iespējams, ja blakus atrodas vēsturiskas ēkas un jaunas. Uz vienām nedrīkst likt saules paneļus, bet uz otrām drīkst, un tos tad var izmantot abas. «No vienas puses, saprotams, ka dzīve pilsētā rada lielu slogu,» inženiere domīgi saka, «no otras puses, tā paver iespējas atrast optimālus veidus, kā samazināt ekoloģisko pēdu.»

Ruta Vanaga ir pārliecināta, ka pareizi būtu, ja cilvēkiem nevajadzētu satraukties par savu ietekmi uz vidi: «Es vairs necenšos nevienu pārliecināt. Arī negaidu, ka kāds rīkosies savas zaļās pārliecības vārdā. Man kā inženierei uzdevums ir izdarīt tā, lai cilvēkiem par to nebūtu jādomā. Vai tas ir zaļi? Vai ilgtspējīgi? Vai CO₂? Vai kā? Man jāpanāk, lai risinājums būtu tik superīgs, ka par to nav jādomā.»

Sienu potenciāls

Mēs jau kādu brīdi esam pametuši milzu ledusskapi, kurā mīt istaba valis, un dzeram kafiju uz milzu pufiem, kurus esam iznesuši kāpņu laukumiņā. Vairums Rutas kolēģu institūtā ir gados jauni zinātnieki, varbūt tāpēc atmosfēra te ir brīva, nevis stīva, kā varētu gaidīt no iestādes, kuras darbinieki caurām dienām mēģina aprēķināt, cik daudz enerģijas es izniekoju, pīpēdams pie atvērta loga, un tamlīdzīgas lietas.

Par to pīpēšanu es nedaudz piefantazēju, lai krāšņāk izklausās, taču precizitāte, ar kādu tiek aprēķināta materiālu un tehnoloģiju energoefektivitāte un kādus panākumus iespējams sasniegt, šos pētījumus ieviešot dzīvē, ir iespaidīga. Savu interesi par norobežojošām konstrukcijām inženiere skaidro ar to, ka šis ir lauciņš, kurā vēl iespējamas ambiciozas inovācijas. 

«Šobrīd pieejamie izolācijas materiāli jau piedāvā gandrīz maksimālo iespējamo efektivitāti. Šajā jomā jauni lēcienveidīgi atklājumi nav gaidāmi. Tas pats sakāms par ventilāciju. Ar esošajām tehnoloģijām iespējams nodrošināt, ka ventilācijas rezultātā zūd tikai 10% siltuma. Pat ja ārā ir 0 vai –5 grādi, bet iekšā +20, iespējams panākt, ka aizplūstošais gaiss 90% no siltuma atstāj ienākošajam. Šajā jomā iespējami tikai minimāli uzlabojumi,» pētniece atklāj, ka viņas reālistiski piezemētā attieksme pret pašas projekta revolucionāro potenciālu nav gluži bez ambīcijām un no izaicinājuma nebaidās. Taču tā ir arī vājā vieta visā ēkas sistēmā. «Tieši sienas ir tās, kur varam daudz ko uzlabot. Es izvēlējos sauli, taču tā varētu būt arī vēja enerģija vai pat seismiskā, kuras gan mums, paldies Dievam, nav. Ir daudz iespēju sienām meklēt labākus risinājumus. Tas nav vienkārši — vajag jaunus iedvesmas avotus. Te arī ienāk biomīmikrija.»

Biomīmikrija nav bioloģisku materiālu izmantošana. Citi institūta pētnieki nodarbojas, piemēram, ar skujām kā siltumizolācijas materiālu un līdzīgām lietām. Bet kas tas īsti ir? Kopēšana no dabas? Ideju zagšana? Špikošana? «Špikošana,» atbild pētniece. «Dabā viss ir super efektīvi. Organismi ir pielāgojušies lokālai videi, evolūcija šos pielāgojumus ir noslīpējusi tā, ka visi resursi tiek izmatoti ultraefektīvi. Nekādu lieku zudumu, nekāda lieka patēriņa, jo dabā visam ir dārga cena. Cilvēku pasaulē enerģija ir lēta, kaut arī tagad sākam saprast, ka tā gluži nav. Par šo izšķērdību beigās tomēr jāmaksā ar sabojātu vidi.»

Jūraszvaigznes pret tumsu

Ruta Vanaga priecājas, ka sēž vienā kabinetā ar biologiem. Katrs pārzina savu jomu, un šīs zināšanas ir abpusēji noderīgas. «Svarīgi ir pareizi uzdot jautājumu. Piemēram, kā organismā notiek termoregulācija? Kā audi laiž cauri gaismu? Es izdomāju jautājumu un tad meklēju atbildes dabas pasaulē,» viņa stāsta. «Taču dabā nereti vienai problēmai ir bezgala daudz risinājumu, visus izmēģināt nevar. Tāpēc jāsaprot, pie kura ķerties. Mans kritērijs — dzīvnieki, kas pielāgojušies lokālajiem apstākļiem. Tāpēc izvēlējos jūras zīdītājus vaļus un delfīnus, jo tie ir ziemeļu klimata dzīvnieki. Arī jau minētā asinscirkulācija tauku slānī ir noderīga ideja. Tā darbojas ieslēdzoties un izslēdzoties, un tā nodrošina organismā vajadzīgo temperatūru, līdzīgi, kā nepieciešams ēkas sienā.»

Savukārt ideja par lēcu izmantošanu saules staru koncentrēšanai un energoefektivitātes uzlabošanai nošpikota no jūraszvaigznēm. Tās dzīvo lielā dziļumā, kur nokļūst maz saules gaismas. To nosacīti varētu salīdzināt ar nebeidzamo kārpīšanos kaut kur krēslas zonā, kas Latvijai raksturīga visos gadalaikos, izņemot vasaru. Jūraszvaigznēm ir lēcām līdzīgi orgāni, kas dzelmē nokļuvušo niecīgo enerģiju savāc un koncentrē, lai iedarbinātu procesu, kas tām liek mainīt krāsu, kļūt tumšākām vai gaišākām. Šis orgāns ļauj pilnvērtīgāk izmantot ierobežoto resursu, kura mūsu zemē arī nav pārpilnībā.

Ko pētīt, vēl ir daudz. Jāsaprot, kādu metālu labāk izvēlēties, cik daudz to izmantot, jo metāls ne tikai palīdz ātrāk sasildīt parafīnu, tas arī ātrāk atdod siltumu. Jāatrisina izolācijas jautājums ap lēcu ēkas ārpusē, lai samazinātu siltuma zudumu. Jāķeras pie akumulācijas tvertnes risinājumu meklēšanas. 

Vai tad, ja izgudrojums būs veiksmīgs un efektīvs, mēs visu māju sienas noklāsim ar šādām no jūraszvaigznēm aizgūtām lēcām? «Diez vai,» zinātniece purina galvu. «Domāju, ka būs atrasti arī citi līdzvērtīgi risinājumi. Tas ir labi, jo cilvēki jau negribēs, lai visas ēkas izskatās vienādi.»

Ar Rutas Vanagas un viņas institūta kolēģu pētījumiem dabai un klimatam draudzīgu risinājumu meklēšanā var iepazīties arī Āgenskalna tirgū. Tur ar viņas palīdzību tapusi moderna, energoefektīva, ar saules paneļiem aprīkota un no veciem logiem tapusi siltumnīca. Tā pirmo reizi tika samontēta šovasar sarunu festivālā Lampa Cēsīs. Siltumnīcā neaudzēs tomātus tirgus vajadzībām, bet ļaus uzplaukt idejām. Tā būs vieta, kur jaunieši un citi interesenti varēs vairāk uzzināt par zinātni, it īpaši par klimata krīzi, idejām, kā ar to cīnīties, un ko dara Latvijas jaunie zinātnieki. Viņi, gluži kā tādas jūraszvaigznes, ar savām lēcām nofokusējuši uzmanību uz planētu, lai tā mainītu krāsu uz nedaudz zaļāku.

Galvenais eksperimentu objekts ir liela kaste, kas no trim pusēm izolēta ar celtniecības vati. Ceturto sienu, kas pavērsta pret Sauli imitējošu lampu, veido parafīns un metāla plāksne.
Foto — Reinis Inkēns