Что такое электрохромное стекло
Умные окна: электрохромное стекло – что это такое и как работает?
Главная страница » Умные окна: электрохромное стекло – что это такое и как работает?
Задачу регуляции количества внешнего света (солнечных лучей), входящего внутрь помещений, долгое время традиционно решали посредством внедрения жалюзи. Однако этот инструмент требует постоянных действий от владельцев недвижимости – приходится открывать / закрывать жалюзи, по мере надобности. И вот, появлением новой концепции управления внешним светом — конструкции электрохромного стекла (умные окна), учёные фактически решили проблему одним нажатием кнопки.
Обобщённая концепция применения электрохромного стекла
Специалисты намекают на простоту, удивительные удобства, на экологические преимущества. Что же представляют собой умные окна и как работают на практике? Попробуем разобраться.
Практичным и нужным строительным материалом является стекло. Сложно представить, насколько:
оставались бы жилые и прочие помещения, не будь в распоряжении строителей возможностей остекления сооружений.
Однако при всех выраженных преимуществах материала, стеклу присущи также определённые недостатки. В частности, материал пропускает свет и тепло, независимо от желаний владельца недвижимости.
Летним жарким днём масса солнечной энергии, поступающей внутрь здания, заставляет использовать кондиционер, что сопровождается существенным расходом энергии. Это стоит денег и наносит вред окружающей среде.
Очевидный момент, когда владельцы большинства домов и офисов оснащают окна шторами или жалюзи. Это умный подход к окнам, но не автоматизированный. Шторы и жалюзи создают технологический барьер, восполняющий недостаток стекла, но считать полностью «умным» такой подход нельзя.
Начало 20-го века ознаменовалось появлением «умной» техники, максимально автоматизированной. Среди примеров:
Логичным стал вопрос — почему бы не оборудовать дома «умными» электрическими окнами, способными автоматически переходить от светлого режима к тёмному режиму?
Умные окна (также именуемые «умными» стёклами), переключаемые динамические конструкции, позволяют изменять режимы освещения.
Научная идея (концепция) таких «умных» конструкций, напрямую связана с электрохромизмом — эффектом смены цвета материалом (или переключения от прозрачного состояния к непрозрачному).
Функции электрохромизма проявляются в моменты прикладывания к материалу электрического напряжения.
Обычно «умные» окна демонстрируют плавный переход от синеватого цвета к полной прозрачности при прохождении электрического тока.
Эффект действия «умного» окна, полученный в условиях лаборатории. Как видно на картинке режимы «прозрачности» (слева) и полного «затенения» (справа) вполне оправдывают название технологичной конструкции
Конструктивные разновидности электрохромного стекла
Существуют различные типы электрохромного стекла:
Каждый тип выстраивается по индивидуальной технологии. Рассмотрим одну из технологий, которая основана на активности ионов лития.
Обычное простое окно изготавливается из одной вертикальной стеклянной панели. В свою очередь стеклопакеты делают как минимум из двух стеклянных панелей, разделённых воздушным зазором для улучшения теплоизоляции и звукоизоляции.
Более сложные окна (с использованием светоотражающего / теплоотражающего стекла), которые уже можно считать «умными», покрываются тонким слоем металлических химикатов.
Электрохромные — полностью умные окна, работают примерно аналогично сложным металл-химическим конструкциям. Но металл-оксидные покрытия «умных» электрохромных конструкций выглядят более сложными.
Рабочая плёнка таких «умных» систем наносится процессами, аналогичными тем, которые используются при изготовлении интегральных микросхем (например, кремниевых компьютерных чипов).
Структура умные окна (схема и принцип действия): А – режим затенения при отключенном питании; В – режим прозрачности при включенном питании; 1 – плёночная прослойка; 2 – жидкокристаллический активный слой; 3 – жидкокристаллическая плёнка; 4 – токопроводящее покрытие
На производственной практике электрохромное умное окно изготавливается либо на основе силикатного стекла, либо на базе пластика (технический термин — «подложка» или базовый материал).
Рабочая поверхность покрывается несколькими тонкими слоями с помощью процесса распыления. На внутренней поверхности изделия (смотрит внутрь помещения) «умное» окно имеет двойной «сэндвич», состоящий из пяти ультратонких слоёв:
Принцип работы выстраивается на периодической миграции ионов лития сквозь сепаратор между двумя электродами. Обычно, когда «умное» окно прозрачно, ионы лития сосредоточены в области одного из электродов, выполненных на базе оксида лития-кобальта (LiCoO2).
Когда на электроды подаётся некоторое напряжение, ионы мигрируют через сепаратор к другому электроду. Прохождением через сепаратор, выполненный из поликристаллического оксида вольфрама, электроны способствуют отражению света. Соответственно, налицо эффективное переключение умного окна в затенённое состояние.
По мере изменения напряжения на электродах происходит обратный процесс, соответственно умные окна вновь приобретают состояние прозрачности.
Что примечательно, энергия расходуется только в моменты переключения электрохромных окон в прозрачное или затенённое состояние. Оставаясь в любом из режимов, умные окна не расходуют электрической энергии.
Другие технологии для достижения подобных эффектов
Кроме литий-ионной технологии доступны также другие варианты остекления. Например, вместо размещения разделителя между слоями электродов используется электрохромный материал (краситель).
Такой материал обладает свойствами изменения цвета в моменты пропускания тока через структуру. Технология напоминает применяемую для фотохромных солнечных очков, но требует более точного контроля питания.
Умные окна, выполненные по схеме описанной выше, устанавливаются как отдельные элементы. Требуется установка целого стеклопакета, где стёкла покрыты специальным составом.
Этот вариант видится достаточно затратным. Однако есть возможность получить технологию «умных» окон по удешевлённой схеме.
Вариант плёночного оснащения обычных оконных конструкций обходится потенциальному пользователю дешевле. Между тем, «умная» плёнка показывает улучшенные характеристики быстродействия по сравнению с технологией напыления и возможности управления смартфоном
Известные в области остекления производители «Sonte» и «Smart Tint», к примеру, предлагают тонкую самоклеящуюся электрохромную плёнку.
Такого рода материал несложно нанести на существующие стандартные окна, сделав эти компоненты жилища «умными». Плёнка позволяет включать / выключать вновь созданные «умные» конструкции специальным приложением на смартфоне.
Электрохромные плёнки используют технологию, аналогичную жидкокристаллическому дисплею, где жидкие кристаллы под точным электронным управлением изменяют массив проходящего света.
Когда ток подключен, кристаллы выстраиваются линейно подобно открывающимся жалюзи, обеспечивая прохождение лучей света. Если же ток выключен, кристаллы ориентируются случайным образом, рассеивают свет, делая «умные» окна непрозрачными.
Производительность накладных плёнок впечатляет. Согласно утверждениям специалистов «Smart Tint», «умная» плёнка способна пропускать 98% света в режиме прозрачности.
В другом случае, коэффициент пропускания снижается примерно втрое, организуется не менее эффективное состояние непрозрачности. Долговечность определяется границей количества переключений, которая заявлена производителем на уровне 3 млн. раз – не менее.
Умные окна — п реимущества и недостатки
Технологичность рассматриваемых конструкций очевидна. Действительно есть чему удивляться и стремиться к тому, чтобы как можно скорее применить в деле.
Между тем, несмотря на привлекательные технологии, так называемые умные окна показывают не только явные преимущества, но вместе с тем и реально имеющие место недостатки.
Стоит ознакомиться с теми и другими, чтобы более определённо конкретно подходить к вопросу приобретения и установки интеллектуального остекления.
Преимущественные стороны «умного» остекления
Умные окна могут рассматриваться своего рода техническим трюком, но эти конструкции определённо демонстрируют экологическое преимущество. Создавая затенённое состояние, такие конструкции отражают практически 98% света и солнечного тепла.
Этим процессом значительно сокращается потребность кондиционировать воздух, соответственно, снижаются затраты.
По оценкам производителя «View Glass», электрохромное стекло помогает сократить пиковое потребление энергии на охлаждение и освещение примерно на 20%.
Поскольку «умное» остекление работает от электричества, легко организовать управление системой с помощью схемы «умного» дома или датчика солнечной энергии, независимо от присутствия внутри здания владельцев.
Схема управления прозрачностью остекления, дополненного интеллектуальной плёнкой: 1 – самоклеющаяся электрохромная плёнка; 2 – стабилизатор постоянного напряжения; 3 – преобразователь переменного напряжения в постоянное; 4 – кнопка управления; 5 – функционал (приложение) смартфона
Подобного рода остекление позволяет сэкономить до 8% от общего энергопотребления здания. Новое технологичное остекление использует небольшой объём электричества.
Только в моменты переключения режимов (на 100 окон расходуется примерно столько же энергии, сколько на одну лампу накаливания). В общем и целом, достигается абсолютная экономия энергии.
Другие преимущества интеллектуальных окон включают конфиденциальность владельца одним движением переключателя (нет нужды крутить штоки жалюзи или тянуть канаты штор). Удобство эксплуатации и безопасность также можно отнести к преимущественной стороне.
Недостатки конструкций «умного» остекления
Стекло, предполагающее печать электродов и причудливых металлических покрытий, конечно же, обходится потенциальному владельцу в несколько раз дороже, чем обычное стекло.
Также вызывает вопросы долговечность материалов, применяемых в изготовлении текущих конструкций. Эксплуатационные характеристики снижаются примерно через 10–20 лет, но это более короткий срок, чем показывает традиционное остекление.
Ещё один недостаток таких сооружений – время перехода от состояния прозрачности к непрозрачному состоянию и обратно. Некоторые технологии ограничивают этот промежуток времени минутами.
Правда, наклеиваемые электрохромные плёнки показывают более быстрый переход (менее 1 секунды) от прозрачного состояния к непрозрачному режиму и обратно.
Умные окна и перспективы развития технологии
Перспективные проекты указывают на подход комбинирования электрохромных окон и солнечных панелей, чтобы вместо бесполезного отражения солнечного света, технологичные окна зданий поглощали энергию и сохраняли для дальнейшего использования.
Остаётся только представить интеллектуальные окна, улавливающие часть солнечной энергии в течение дня, с последующим сохранением в аккумуляторы. Сохранённая энергия в ночное время суток используется на освещение дома.
Конечно, интеллектуальное окно не в состоянии одновременно на 100% обеспечить прозрачность и работать как 100-процентная эффективная солнечная панель. Поступающая энергия либо передается через стекло, либо поглощается и сохраняется, но не в режиме одновременного действия.
Конструкция двойного действия сопряжена с компромиссом для обеих сторон. Такое сооружение остаётся относительно тёмным даже в режиме прозрачности, менее эффективным для захвата энергии по сравнению с полноценным солнечным элементом.
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Стекло с изменяемой прозрачностью : особенности, преимущества, применение
Сегодня мы хотим рассказать вам об инновационной технологии, которую мы успешно используем в нашей «Фабрике Окон». Наверняка, вы уже давно знаете, что существуют виды стекол с необычными свойствами, например, прозрачные внутри и непрозрачные снаружи. А как вам стекло, которое меняет прозрачность по вашему желанию? Звучит как фантастика, но будущее для наших клиентов уже наступило.
Smart-glass — это умное стекло с регулируемой прозрачностью. Такой материал имеет особое строение и состав. Работа электронного стекла основывается на поляризации микрочастиц (PDLC / LCD, SPD, ECD) в электромагнитном поле. Под воздействием электротока стеклянная поверхность изменяет светопропускную способность.
С помощью электровыключателя вы сможете отрегулировать свойства стекла: при включении стекло становится матовым, а при выключении прозрачным. Такой переход осуществляется за доли секунды.
Напряжение (12-36 Вт) подается на стеклянную поверхность по скрытой проводке.
Окна с регулируемой прозрачностью получили особые свойства за счет полимерной жидкокристаллической пленки, расположенной между листами стекла. Жидкие кристаллы без электричества приходят в твердое состояние, на пленке образуются вкрапления, расположенные в хаотичном порядке, и рассеивающие световые лучи. Такое состояние позволяет получить матовую поверхность.
Изменение переменной прозрачности происходит моментально. При этом не возникает полутона. В окнах с регулированием величины пропускания света степень тусклости меняется медленно. Под действием разных значений напряжения тока можно легко установить необходимую степень пропускания световых лучей.
История появления электрохромного стекла
Идея применения смарт-технологий для стекольной промышленности не является новинкой. В производстве такая продукция активно выпускается с конца 90-х прошлого века. Несмотря на свою многолетнюю историю, для конечного потребителя «смарт» является новинкой.
Инженер Стив Абади загорелся идеей электронных стекол еще в конце 70-х. В то время воплотить в жизнь такую мечту было невозможно. Но в 1984 году, используя новаторские жидкокристаллические технологии, был изготовлен стеклопакет LC Glass — первое смарт-стекло (умное стекло).
Стекольный рынок 80-90-х не нуждался инновационном продукте, который не был понятен промышленникам. Стиву Абади пришлось ждать начала 2000-х. Изобретатель открыл собственную компанию и вывел электронное стекло на рынок под брендом E-Glass.
На постсоветском пространстве электронные стекла появились только к 2010 году. Постепенно завоевывая стекольный рынок, смарт-технология стала применяться не только в офисах, административных и медицинских учреждениях. Стекло начали использовать в производстве стеклопакетов для жилых домов, для декора частных интерьеров.
Несмотря на популярность в Европе и России, стеклопакеты, перегородки, декоративные элементы из электронного стекла встречаются единично:
Продукция и услуги Фабрики Окон
Прочные и современные алюминиевые окна надежны, безопасны и долговечны в эксплуатации. Прекрасная альтернатива пластику и дереву по доступной цене.
Новейшие пластиковые окна эффективно отражают жару и удерживают тепло в доме. Обеспечивают поступление свежего воздуха без пыли, сквозняков и уличного шума.
Однокамерные и двухкамерные стеклопакеты не пропустят холод внутрь помещения, удержат тепло и позволят создать уют в доме.
Универсальное окно с энергосберегающим покрытием и внешним напылением Double Silver. Обладает высокой светопропускной способностью, теплоизоляцией и защищает помещение от ультрафиолета и жары.
Thermo Glass обеспечит оптимальный температурный режим в помещении и не пересушит воздух. Стеклопакет станет дополнительным источником тепла. Не пропустит снаружи холод зимой и зной летом.
Преимущества электронного стекла
Окна и стекла, меняющие прозрачность, нашли широкое применение в сфере дизайна и архитектуры. За счет функциональности такая стекольная продукция имеет следующие преимущества:
Перегородки из смарт-материалов позволяют зонировать помещение, разделяя его на комфортные рабочие места. Такие стеклянные конструкции пропускают свет, но сохраняют комфортную приватную обстановку. Использование смарт-окон позволяет отказаться от привычных штор и жалюзи. В прозрачном режиме окно будет отлично пропускать свет. А на южной стороне дома с переизбытком света создаст более уютную обстановку.
Применение смарт-материалов позволит сэкономить на энергопотреблении (электричестве), и значительно снизить теплопотери. Электрохромное стекло снижает расходы на кондиционирование помещения в летний период (закрывает комнату от палящих солнечных лучей) и на отопление зимой (окна герметичны, не пропускают холодный воздух, в помещение попадает достаточное количество дневного света).
У нас, в «Фабрике Окон», также используются смарт-стеклопакеты, звукоизоляция которых будет на 20-30% выше, чем у обычных ПВХ-окон.
Электронное стекло в затемненном и прозрачном режиме защищает содержимое помещения от негативного воздействия ультрафиолетовых лучей, которые приводят к выгоранию / выцветанию поверхностей, пагубно воздействуют на предметы искусства (картины).
Особо актуально использование стекол с затемнением в музеях, в выставочных павильонах.
В чём секрет?
Для регулировки прозрачности используют удобные переключатели (кнопочные, сенсорные), пульты дистанционного управления. Регулировать свойства стекла можно и через систему Smart-home, датчики движения и освещения.
В производстве стекольной продукции по технологии Smart используются закаленные листы стекла и электрохромная пленка. Применяя способ триплексования несколько стекольных листов и пленки, производитель получает прочный, небьющийся материал.
Наша работа подтверждена сертификатами, а её результат — вашими отзывами!
Именно поэтому мы любим независимые площадки по обмену мнениями, например, Яндекс.Маркет и Отзовик. Нам не нужно скрывать или покупать отзывы, ведь наш искренний сервис целиком построен на доверии.
Смарт-стекло — принцип работы, особенности технологии и сферы применения
Уникальные свойства умного стекла, его способность мгновенно из матового, непрозрачного становиться прозрачным и наоборот, а также энергосберегающие и звукоизоляционные качества делают материал все более востребованным в строительстве, архитектуре и дизайне. Возможности использования технологии довольно широки.
Что такое смарт-стекло?
Смарт-стекло – инновационный материал, обладающий функцией переменной прозрачности. Между двумя листами прозрачного стекла расположена жидкокристаллическая пленка. К ней подведен электрический ток низкого напряжения.
В выключенном состоянии, без воздействия тока, жидкие кристаллы расположены хаотично, рассеивают свет. Стекло в этом случае – матовое, непрозрачное.
Во включенном режиме расположение жидких кристаллов упорядочивается, стекло (например для перегородок) становится прозрачным. В обоих случаях количество пропускаемого света не изменяется. В отличие от жалюзи или теневых штор матовое стекло не затемняет помещение.
Создатель умного стекла – инженер Стив Абади. Он загорелся идеей еще в 70-х годах прошлого века. Однако технологии тех лет не позволяли воплотить замысел Абади. Первое смарт-стекло LC Glass было представлено покупателям в 1984 г. Позже С. Абади основал компанию Innovative Glass Corporation. В 2003 г. ею было выпущено умное стекло под торговой маркой E-Glass.
В России смарт-стекло появилось в 2010 году. С тех пор оно стремительно завоевывает рынок и все чаще используется не только в офисах, медицинских учреждениях и административных помещениях, но и для остекления окон домов, в дизайне интерьеров.
Преимущества и недостатки
Материал имеет как достоинства, так и недостатки.
Достоинства:
Современные виды материала на взвешенных частицах обладают высокой степенью прозрачности, без замутнения. Если раньше смарт-пленку требовалось ламинировать в триплекс, то современную пленку можно просто приклеить.
Недостатки:
Однако стоимость конструкций компенсируется энергосберегающей и защитной функцией материала. Смарт-стекло защищает от солнечной радиации. А экономия на кондиционировании покрывает расходы на остекление. Это особенно актуально для южных, солнечных регионов.
Разработчики стараются снизить энергопотребление. Так, студент из Нидерландов запатентовал технологию – стекло само производит энергию из солнечного света и используя ее, изменяет прозрачность. Русские и французские ученые усовершенствовали технологию – стекло, кроме обеспечения себя самого энергией, создает дополнительную внешнюю мощность и может снабдить энергией другие устройства.
Отдельные виды смарт-стекла обладают своими минусами. К примеру, материал со взвешенными частицами требует специальных покрытий, чтобы блокировать ультрафиолет.
Недостаток электрохромного материала – низкая скорость перехода от одного состояния в другое. Время затемнения составляет до нескольких минут.
Основные принципы работы
Уникальные свойства смарт-стекла зависят от его особенной конструкции. Между двумя прозрачными листами расположена пленка с жидкими кристаллами. Именно они придают полезные свойства материалу. Когда поступает электричество, возникает электромагнитное поле. Под его воздействием расположение кристаллов меняется, из хаотичного становится упорядоченным. Это влияет на светопропускные свойства стекла, оно становится прозрачным. Свет проходит сквозь пленку, не встречая препятствий в виде нагромождений кристаллов. В обычном состоянии материал – матовый.
Силу тока можно регулировать с помощью специального устройства. Если напряжение невысокое, то упорядочиваются не все жидкие кристаллы. Изделие становится лишь частично прозрачным. Чем напряжение выше, тем уровень прозрачности больше.
Технологии производства
Smart glass – представляет собой сложную конструкцию, состоящую из трех основных слоев:
Распространенные технологии изготовления в зависимости от вида пленки:
Полимерные жидкокристаллические устройства (LCD)
Жидкие кристаллы в этих устройствах разлагаются на составляющие, а затем затвердевают. В момент перехода из жидкого состояния в твердое кристаллы становятся несовместимыми с полимером и создают в нем вкрапления (капли). Условия, при которых происходит фиксация, влияют на размер вкраплений, что влияет на свойства смарт-стекла.
Смесь полимера и жидких кристаллов помещена между двумя листами пластика или стекла. Тонким слоем нанесен прозрачный электропроводящий материал. Он отвечает за поступление напряжения. Из медной фольги изготовлены электроды, находящиеся в контакте с проводящим слоем. При поступлении напряжения электромагнитное поле заставляет кристаллы упорядоченно выстраиваться. Свет поступает через капли-вкрапления, и материал становится прозрачным.
С помощью дополнительных слоев или использования красителя можно регулировать проходящее через стекло количество тепла и света. Возможны противопожарные и противорадиационные варианты, применяемые в специальных устройствах.
Устройства со взвешенными частицами (SPD)
Между двумя листами прозрачного стекла расположена пленка взвешенных в жидкости стержнеобразных частиц. Без электрического напряжения частицы находятся в хаотичном состоянии и поглощают свет. При этом стекло имеет серый, черный или темно-синий оттенок. При поступлении тока взвешенные частицы выстраиваются упорядоченно, стекло приобретает прозрачность.
Переход происходит мгновенно. Для поддержания прозрачного состояния необходим маленький, но постоянный ток. Особенность материала в том, что он в любом состоянии оптически проницаем.
Электрохромные устройства (ECD)
В электрохромных (электрохимических) устройствах изменяемый слой представляет собой напыление ионов лития. Подача напряжения регулирует прозрачность. Количество пропускаемого света можно контролировать. Состояние материала меняется между прозрачным, полупрозрачным и цветным. В тонированном состоянии оттенки варьируются от самого насыщенного до едва заметного.
Подача напряжения нужна лишь для изменения прозрачности. Чтобы поддерживать состояние, электропитание не требуется. Затемнение начинается с периферии и заканчивается в центре. Для полной тонировки стекла большой площади требуется до нескольких минут.
Технические особенности
Технические характеристики смарт-стекла зависят от его вида:
Дополнительные возможности smart стекла
Умное стекло обладает рядом дополнительных свойств:
Сфера применения
Первоначально смарт-стекло использовалось лишь в офисах для зонирования пространства. Со временем технология стала более доступной, а стоимость изделий ниже. Умное стекло начали широко использовать в жилых помещениях.
В зданиях можно выделить 2 основных направления использования:
Перегородки позволяют зонировать обширное пространство, создавая отдельные, относительно изолированные места. Эту возможность используют в офисах для разграничения мест для сотрудников.
Изменяемая прозрачность позволяет достигнуть эффекта приватной зоны. Способность смарт-стекла поглощать звуки делает переговорные комнаты не только недоступными визуально, но и защищенными от случайных слушателей. Когда необходимость в конфиденциальности отпадает, стекло можно сделать вновь прозрачным.
Преимущество умных перегородок в том, что они внешне не загромождают площадь, пропуская достаточное количество света.
Способность создавать отдельные зоны нашла применение в самых разных отраслях:
Стоимость
Цена смарт-стекла зависит от производителя, вида материала, толщины, конструктивных особенностей.
Заключение
Применение умного стекла с изменяющейся прозрачностью в разных областях говорит о современных тенденциях технического развития. Технологии производства смарт-стекла неизменно совершенствуются, что делает материал более доступным и еще больше расширяет возможности его использования.