Zašto 4.0?
Vjerojatno se oznaka 4.0 najčešće povezuje s pojmom Industrija 4.0. Riječ je o četvrtoj industrijskoj revoluciji čiji su ključni naglasci internet stvari, infrastruktura u oblaku i rješenja u oblaku, velike količine podataka, umjetna inteligencija, algoritmi, lanac blokova odnosno blockchain, obogaćena stvarnost, tvornice budućnosti… Drveni prozori još nisu „brojčano“ razvrstani kao što su industrijske revolucije, a s obzirom na njihov povijesni razvoj mogu se svrstati i u četiri okvira – s nama na ulazu u njihovu četvrtu eru.
Od samog početka prozori su služili ključnoj svrsi – prolasku svjetlosti u unutrašnjost prostorija. Povijest i razvoj drvenih prozora uvelike su povezani s razvojem ravnog stakla koji to omogućuje. Izvorno razdoblje povijesti drvenih prozora (drveni prozori 1.0) datira prije 16. stoljeća kada su prozori bili nezastakljeni i fiksni. Otvori su bili ili prazni ili prekriveni krpama, papirom, drvetom, pa čak i pločama od rožine. Staklo se iznimno rijetko koristilo i rezervirano je bilo samo za najbogatije, iako počeci proizvodnje stakla za prozore („broad sheet glass“) datiraju iz 1226. godine u engleskom gradu Sussex. Jedan od najstarijih nezastakljenih drvenih prozora nalazi se u engleskom selu Boxford, a njegova se starost procjenjuje na više od 1.000 godina. Prvu prekretnicu u razvoju prozora predstavlja 16. stoljeće – prozori su postajali sve veći, a veličina prozora postajala statusni simbol vlasnika. Zastakljeni prozori i dalje su bili rijetkost, ali je njihova uporaba počela značajno rasti. U 17. stoljeću drveni su prozori počeli su dobivati na važnosti. Sve više ih bilo zastakljenih i u običnim domovima (drveni prozori 2.0) nakon prvog uvođenja takozvanog krunskog stakla („crown glass“) 1674. godine. To je značajno utjecalo na uspostavu prozora s krilima koja su se otvarala paralelnim vertikalnim ili horizontalnim pokretima („sash window“) kao što je tipično za Veliku Britaniju. Prozori s otvaranjem krila oko osi na danas najčešće prisutan način („casement window“) poznati su od ranije. Sve do 20. stoljeća staklo se ručno puhalo, a velika stakla bila su iznimno skupa. Potonje je bio ključni razlog zašto su drveni prozori do tada sadržavali veliki broj manjih stakala. Međutim, 1903. godine Michael Owens predstavio je revolucionarno rješenje u obliku automatizirane strojne proizvodnje stakla. Tehnologija je omogućila izradu većih dimenzija ravnog stakla po nižoj cijeni što je ključno utjecalo na izgled prozora. Unatoč činjenici da je tehnologija omogućila proizvodnju stakla s jasnijom i homogenijom strukturom, prozori su još uvijek bili daleko od savršenih. Tome se 1954. približio sir Alastair Pilkington koji je izumio plutajući postupak izrade ravnog stakla također nazvanog zrcalno ili float staklo. Onih se godina na tržištu pojavilo prvo dvostruko izolacijsko staklo (drveni prozori 3.0) iako ova ideja datira iz 1860-ih godina. Razvoj je napredovao velikom brzinom, a na tržište su u narednim desetljećima uvedeni prvi premazi na staklima (1960-ih), prvim niskoemisijski premazi za stakla (1980-ih), elektrokromatsa stakla (1990-ih), termokromatska stakla (2000-ih) i tankim fotonaponski filmovi (2010-ih).
Današnje stanje tehnike drvenih prozora 3.0 nudi visokoizolativne prozore s trostrukim (u rijetkim slučajevima četverostrukim) ostakljenjem i najboljim vrijednostima Uw (toplinska propusnost prozora) ispod 0,6 W/m2K, s izolacijskim materijalima integriranim u drvene prozorske profile. Drvo koje se koristi u prozorima uglavnom je smreka, bor, ariš, hrast i određene tropske vrste drveta. Izolacijska stakla napunjena su plemenitim plinovima (uglavnom argonom i kriptonom), postoje vakuumska stakla, elektrokromna stakla i stakla s funkcijom zaslona na dodir. Suvremeni okov omogućuje motorizirano otvaranje prozora ili kliznih stijena, a elementi su zbog statičkih ograničenja u većini slučajeva visoki do 3 metra. I staklo i okov, kao i cjelokupni sastav suvremenih prozora, pružaju visoku razinu sigurnosti od udaraca i provale. Drveni su prozori cijenjeni i u suvremenoj gradnji predstavljaju važan estetski, sigurnosni i izolacijski element zgrade. Njihova su svrha prvenstveno sigurnost, izolacija, prolaz svjetlosti i prozračivanje.
Ulazimo u novu eru drvenih prozora – drveni prozori 4.0 čiji su razvoj i integrirane tehnologije usko povezane s granama industrije 4.0. Drveni prozori više neće biti samo važan dio ovojnice zgrade, već aktivni pametni uređaj koji će biti sposoban za znatno više od onoga što trenutno mogu najsuvremeniji drveni prozori. Uključit će se drugačiji materijali, poboljšat će se njihova svojstva, a korištene tehnologije omogućit će povezivanje proizvoda drvenih prozora s internetom stvari.
Drvo da, ali koje i u kojem obliku?
Osnovni materijal drvenih prozora je kvalitetno drvo. Slovenija trenutno ima obilje drva, iako su najnovije oluje pokazale ranjivost slovenskih šuma. I u Europi se suočavamo s viškom drva koje će, prema određenim analizama i prognozama, početi nedostajati. Nedostatak drva posljedično će utjecati i na njegovu cijenu i cijenu novogradnji, o čemu izvještava The Wall Street Journal. Kakvo ćemo drvo i u kojem obliku koristiti za izradu drvenih prozora u narednim desetljećima? Hoće li najčešće korištena smreka biti zamijenjena neautohtonim vrstama drveća poput duglazije? Možda paulovnija koja se smatra jednom od najbrže rastućih vrsta drveća na svijetu s kvalitetnim i laganim drvom? Potonje može uzrokovati ozbiljne probleme u slovenskim šumama ako se zasadi obična paulovnija koji se smatra invazivnom vrstom drveta, a ne njegovim hibridom. Ili će svoju (r)evoluciju doživjeti otpadno drvo koje je sve prisutnije u proizvodnji drvnih proizvoda? Pitanje ne nudi jasan odgovor, ali prvenstveno ovisi o našem odnosu prema planetu i postupanju sa slovenskim šumama.
Drveni prozori preko dvije etaže?
Veličina drvenih prozora jedna je od ključnih točaka njihovog suvremenog razvoja. Aluminijski ili čelični prozori koji se protežu preko dvije etaže te postižu i 5 metara visine i više nisu ništa neobično, ali su svakako impozantni. Potonje se odnosi i na drvene prozore, s tom razlikom što su drveni prozori visine 5 metara neobični. Njihova odgovarajuća izrada, koja će nositi vlastita i vanjska opterećenja, vrlo je složena i zahtjevna zbog svojstava drva. Današnji se drveni prozori i klizne stijene obično izrađuju do visine od oko 3 metra, dok će u bliskoj budućnosti biti moguće ugraditi i drvene prozore visine 5 metara i više. To će biti moguće optimalnim postavljanjem ojačanja u ključne prozorske elemente, potkrijepljenim numeričkim analizama koje se razvijaju u projektima TIGR4smart i XtremelY.
A izolativnost?
Jedan od najpoželjnijih ciljeva proizvođača drvenih prozora uvijek će biti izjednačavanje toplinske propusnosti prozora (Uw) s toplinskom provodljivošću zida objekta (Us). Trenutna razlika između najizolativnijih zidova (Us < 0,1 W/m2K) i najizolativnijih drvenih prozora (Uw = 0,5–0,6 W/m2K) je najmanje šesterostruka. Ta razlika ovisi i o veličini prozora jer se udio izolacijskog stakla povećava s veličinom prozora što pozitivno utječe na izolaciju. Za izjednačavanje Us i Uw bit će potrebno osigurati toplinsku propusnost stakla (Ug) ispod 0,1 W/m2K. Trenutno se pojavljuju vrijednosti Ug = 0,15 W/m2K, a mogu se pronaći i pokušaje stakla s Ug = 0,05 W/m2K. I u prvom i drugom slučaju upotrebljivost je trenutno još uvijek problematična sa stajališta cjenovnih, dimenzijskih i opskrbnih ograničenja. Bez obzira na to, realno je očekivati da će izolativnost prozora postići vrijednosti od oko 0,1 W/m2K, pri čemu je pitanje na kojoj će razini izolativnosti tada biti – zbog razvoja superizolativnih i pametnih izolacijskih materijala – zidovi.
Drveni prozori kao dio interneta stvari
Internet stvari (IoT) mreža je uređaja postavljenih i predstavljenih na internetu. Riječ je o mreži u kojoj uređaji komuniciraju međusobno ili s korisnicima. Hans Vestberg, tadašnji izvršni direktor Ericssona, 2010. godine je rekao kako će 2020. godine biti povezano 50 milijardi uređaja. Isto zvuči prognoza tvrtke Cisco iz 2011. godine, dok je IBM predstavio još radikalniju prognozu s 1 bilijunom povezanih uređaja do 2015. godine. Pokazalo se da su sve prognoze preoptimistične, posebice IBM-ova jer je prema procjenama tvrtke Gartner 2016. godine bilo samo 6,4 milijarde povezanih uređaja, uz prognozu od 20,8 milijarde do 2020. godine. I Ericsson i Cisco kasnije su u skladu s tim smanjili svoje prognoze. Bez obzira na prognoze i stvarno stanje, činjenica je da IoT nije upitna stvar budućnosti, već stvarno stanje sadašnjosti. U budućnosti će se to samo još razvijati nepredvidivom brzinom, a drveni prozori neće biti izuzetak. Osnovni uvjet za to je prozor u obliku koji će biti pogodan za integraciju u IoT. Kako i u kojem obliku će se prozor uklopiti u cijeli sustav i povezati se s internetom, ovisit će o tvrtkama i, prije svega, željama i potrebama korisnika. No drveni će prozor u osnovi morati omogućavati samostalno djelovanje i senzoriranje ključnih okolišnih i vlastitih parametara.
Korak dalje? Drveni prozori, internet stvari i blockchain.
IoT i tehnologija ulančavanja blokova podataka (blockchain) svaka za sebe predstavljaju revolucionarne ideje i stvarne tehnologije koje podižu mnogo prašine, njihova će konačna implementacija zahtijevati još mnogo godina razvoja. Oni su već revolucionarne i djelomično disruptivne tehnologije, a spajanje tih dviju tehnologija može revolucionirati područje IoT u budućnosti. U svojoj srži IoT predstavlja sustav uređaja (u našem slučaju drvenih prozora) spojenih na internet. Oni su, svaki u konceptu pametne kuće, povezani sa središnjim sustavom. Potonji predstavlja „mozak“ objekta i prima podatke s pojedinog drvenog prozora. Na temelju njih donosi odluke je li sustav pravilno programiran i radi li na temelju odabranih algoritama. Blockchain je računalni sustav koji omogućuje zapisivanje kriptografski zaštićenih podataka koji su nepovredivi, transparentni i trajno zapisani u podatkovnoj knjizi. Ovu podatkovnu knjigu ne pohranjuje jedna osoba ili organizacija, već veliki broj računala diljem svijeta. Kombinacija obje tehnologije predstavlja provjereno, sigurno i trajno rješenje za bilježenje podataka s pametnih uređaja i njihovo korištenje, čime se rješava problematično pitanje nadzora nad podacima i njihove sigurnosti. Kriptiranje i distribuirana pohrana znači povjerenje u podatke i njihovu sigurnost. Uređaji će sigurno zabilježiti pojedinosti transakcija tih podataka koje će se odvijati međusobno i bez ljudskog nadzora. Primjer tvrtke koja razvija decentralizirani sustav za međusobno djelovanje uređaja u IoT-u i dijeljenje njihovih izvora je IOTA, a na tome radi i IBM na svojoj platformi Watson. Dodatno će važnu ulogu odigrati i instant plaćanje usluga koje će pametni uređaji omogućavati. Vrlo jednostavan primjer je plaćanje za korištenje električnog vozila koje će se izvršiti u trenutku kada korisnik napusti vozilo. Iza takvog plaćanja stajat će tehnologija „pametnih ugovora“ koja će omogućavati transparentno, instant i pošteno plaćanje za određenu uslugu. I kakvu ulogu u takvom svijetu može igrati drveni prozor? Drveni će prozor predstavljati aktivni uređaj, agenta spojenog na internet koji neće samo pružati tradicionalne funkcije, već će svojom domišljatošću pružati i, primjerice, optimalnu prozračivanje, dobivanje i pretvaranje sunčeve energije, staklo će biti ekran preko kojeg će biti moguće upravljati drugim uređajima i kupovati putem interneta… Drveni će prozor tako predstavljati uređaj koji će nuditi različite usluge, otvarajući tako novo područje za razvoj netradicionalnih poslovnih modela.
Drveni prozor kao proizvod ili kao usluga?
U svijetu IoT-a drveni će prozor kao multifunkcionalni agent predstavljati jedinicu, proizvod, uređaj ili pružatelja usluge na određenoj platformi koja će biti osnovana na temelju zajedničkog nazivnika – protokola. Koji će to protokol biti i kakav će biti, pitanje je od milijun dolara. To će se svakako razjasniti u narednih 10 godina. Princip je sličan djelovanju svjetski poznatih platforma kao što su Uber i Airbnb koje povezuju milijune automobila ili stanova. I u prvom i u drugom slučaju fizički su proizvodi još uvijek u upotrebi, ali nude svoju uslugu – prijevoz i noćenje. Ako prenesemo princip na područje IoT-a, nalazimo se na ogromnoj platformi pametnih gradova i zajednica. Na njoj se nalaze milijuni međusobno povezanih pametnih uređaja od kojih svaki nudi određenu uslugu. Među njima će biti i drveni prozori čije će se korisne usluge definirati tijekom razvoja u narednim godinama, a ovisit će o tehnologiji ugrađenoj u pametni drveni prozor. Platforme koje upravljaju proizvodima nisu jedina mogućnost ponude prozora ili usluge. Ekonomija dijeljenja i posuđivanja sve je jača diljem svijeta. Hoćemo li u budućnosti drvene prozore iznajmljivati? U osnovi može to biti dobitna situacija i za korisnika i za proizvođača drvenih prozora. Kod iznajmljivanja proizvoda treba osigurati kvalitetu i funkcionalnost prozora tijekom cijelog njegovog vijeka trajanja što je neposredna prednost za korisnika. To je moguće osigurati samo redovitim servisima i praćenjem svojstava prozora u stvarnom vremenu. To može biti izravna korist za proizvođača drvenih prozora jer je redoviti servis ili uključen u cijenu proizvoda ili u godišnji trošak korisnika kao što je tipično za npr. automobile. To posljedično utječe i na povećanje dodane vrijednosti drvenog prozora i tvrtke. Osim toga, stalnim praćenjem svojstava prozora osiguravamo odgovarajuću kvalitetu osnovnih materijala koji se u budućnosti mogu ponovno koristiti ili prerađivati za izradu novih prozora.
Drveni prozori kao dio kružnog gospodarstva?
Cijene materijala koji se koriste u drvenim prozorima rastu, a isto se može očekivati i u budućnosti. Cijena stakla porasla je za oko 30 % od 2010. godine, cijena cinka porasla je za više od 200 % od 2009. godine, a raste i cijena drva. Rast cijena ključnih sirovina posebno osjećaju proizvođači elektroničkih uređaja koji ulažu sve više napora u ponovnu uporabu sirovina iz zastarjelih proizvoda. Isto se može očekivati i u budućnosti u području drvenih prozora, pri čemu će biti ključno da proizvođači koji će ponovno koristiti materijale i sirovine iz starih prozora osiguraju njihovu odgovarajuću kvalitetu. Potonje će biti moguće stalnim senzoriranjem prozora. To će ne samo osigurati odgovarajuću kvalitetu, već će i omogućiti predviđanje vijeka trajanja drvenog prozora. Važnu će ulogu u tome odigrati umjetna inteligencija i strojno učenje.
Drveni prozori, umjetna inteligencija i strojno učenje
Bernard Marr u svom članku lijepo opisuje razliku između umjetne inteligencije (Artificial Intelligence odnosno AI) i strojnog učenja (Machine Learning) koje obično povezujemo s velikom količinom podataka (Big Data). Umjetna inteligencija je širi koncept uređaja koji su u stanju obavljati zadatke na način koji definiramo kao „pametan“. Strojno je učenje trenutna primjena umjetne inteligencije. Temelji se na ideji da treba uređajima samo osigurati podatke i omogućiti im da na osnovu tih podataka sami uče. Za oba slučaja ključno je osigurati dovoljnu količinu podataka koji su „hrana“ za inteligentno djelovanje. Informacije o drvenom prozoru dobivaju se samo detekcijom svojstava samog prozora i detekcijom njegove okoline pomoću senzora. Na temelju njih pametni drveni prozor će putem strojnog učenja i umjetne inteligencije moći prepoznati navike svog korisnika, prilagoditi se i osigurati optimalne uvjete u obliku zatamnjenja stakala, otvaranja prozora za prozračivanje, projiciranja šume na staklu i sl. Ideja nije ništa novo jer nam se svakodnevno događa slično – od predlaganja knjiga na Amazonu do „slučajnog“ odabira glazbe na YouTubeu. Međutim, s drvenim prozorima možemo ići i korak dalje s predviđanjem ili najavljivanjem životnog vijeka drvenog prozora.
Što je dakle drveni prozor 4.0? Uređaj bilo koje veličine opremljen bežičnim senzorima koji predstavlja integralan dio interneta stvari i na temelju velike količine prikupljenih podataka omogućuje pametno djelovanje prilagođeno specifičnom korisniku u najširem mogućem smislu.
