Его называют по-разному: умное, интеллектуальное стекло, смарт-стекло – все это LCG® (стекло для контроля света) или переключаемое стекло, которое является прорывной технологией в архитектуре, автомобилестроении, интерьере и дизайне.
Новые технологии позволяют прозрачному материалу изменять свойства и становиться многофункциональным, контролируя прохождение различного светового потока, включая видимый свет, ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК) излучение, переключаясь по сигналу управления с прозрачного на затемненное или полностью непрозрачное.
Существует два основных типа смарт-стекла: активные и пассивные. Они различаются тем, требуется ли для изменения их прозрачности электрический заряд. Если да, то они классифицируются как активные. В противном случае - пассивные.
Наиболее распространенные технологии пассивного – это фотохромное стекло (например, очки с покрытием, которое автоматически затемняется на солнце) и термохромное стекло (окна с покрытием, прозрачность которых изменяется в зависимости от температуры).
Термин «умное стекло» в основном относится к активным технологиям, в которых защитные пленки и покрытия активируются электрическим зарядом, изменяя функциональность стекла.
Обычно в активных технологиях используется стекло с полимерными диспергированными жидкими кристаллами (PDLC) – для оригинальных перегородок, либо стекло с взвешенными частицами (SPD) - для окон в автомобилестроении и строительстве. Кроме того, применяется электрохромное (EC) стекло с покрытием, которое медленно изменяет прозрачность, которое обычно используется для затемнения помещений.
Технологии, которые позволяют мгновенно переключаться с прозрачных на непрозрачные, называются Privacy Glass. Они особенно популярны для конференц-залов со стеклянными стенами или перегородок в гибких рабочих местах с открытой планировкой этажей или в номерах отелей, где пространство ограничено, а традиционные шторы портят эстетику дизайна.
Как работает умное стекло
Технология активного интеллектуального стекла позволяет регулировать прохождение света с помощью электричества, вследствие чего, стекло переключается с непрозрачного на прозрачное, что позволяет управлять освещенностью помещений.
В технологиях, лежащих в основе пленок PDLC и взвешенных частиц (SPD), используемых для создания интеллектуального стекла, применяются жидкие кристаллы, материал, которых имеет общие характеристики как жидких, так и твердых соединений, диспергированных в полимере.
При этом обычно применяется прослойка пленки, которая либо ламинируется, либо устанавливается на стекло. Этот пленочный промежуточный слой состоит из состава PDLC или эмульсии SPD, который нанесен между двумя листами прозрачных материалов, каждый из которых имеет проводящее покрытие.
Одной из ключевых черт, присущих таким технологиям, является способность изменять прозрачность стекла за счет поляризации (равномерного выстраивания) их молекул или частиц внутри состава (PDLC) или эмульсии (SPD). В выключенном состоянии (отсутствие напряжения) молекулы рассеиваются случайным образом, и поэтому свет не может проходить через пленку. При подаче электрического сигнала состав жидких кристаллов или эмульсии поляризуется, и молекулы выравниваются, позволяя свету проходить через них, соответственно, обеспечивая прозрачность. По мере того, как напряжение уменьшается, и пленка начинает отключаться от питания, достигаются различные уровни непрозрачности для динамического затемнения, приватности или управления солнечным инфракрасным светом. Таким образом, эффект затемнения может быть достигнут путем управления величиной приложенного напряжения. Напротив, электрохромное интеллектуальное стекло никогда не становится полностью непрозрачным, а прозрачным становится, когда напряжение отсутствует, и оно деполяризуется.
Наиболее часто используемая технология - умное стекло с PDLC, которое способно регулировать степень непрозрачности за миллионные доли секунды.
Особенностью стекла SPD является возможность исключения нагрева помещения, блокируя до 99% поступающего естественного или искусственного света, но переключение производится в течении нескольких секунд после изменения напряжения управления.
Универсальным является электрохромное защитное стекло (ECD), которое также может регулировать освещенность и нагрев от солнечных лучей. В этой технологии используется два электрода для перемещения ионизированных частиц из «внутренней части» стекла (прозрачного) во «внешнюю» (непрозрачную). После того, как частицы переместились, ток больше не требуется, поскольку они остаются в заданном состоянии. Это влияет на скорость перехода, вследствие чего полное переключение может занять несколько минут или больше, в зависимости от размера стекла.
Электрохромное переключаемое стекло идеально подходит для наружных применений, таких как энергосберегающие окна, но не для защитного стекла, поскольку оно не может стать полностью непрозрачным.
(b) Когда летом датчики обнаруживают человека, верхние зеркала открываются и пропускают дневной свет в зону посетителя, при этом помещение, где нет посетителей остается прохладным.
(c) Если зимой нет пользователя, все зеркала открываются, вследствие чего солнечное излучение действует как радиационный обогреватель.
(d) Как только интеллектуальная система управления обнаруживает человека, зеркала перенаправляют все солнечное излучение на потолок, чтобы минимизировать блики.
Предоставлено: Hillmer et al.
Новый прорыв - интеллектуальная технология светораспределения
Следующим шагом развития умных окон является разработка интеллектуальной технологии светораспределения, которая сможет реагировать на время суток и время года. Она позволит автоматически максимально эффективно использовать солнечный свет, регулируя освещенность и температуру, что позволит в целом экономить значительное количество энергии.
Хармут Хиллмер и другие ученые Кассельского университета в Германии предлагает интеллектуальные окна, в которых имеются миллион микрозеркал, невидимых невооруженным глазом, но способных отражать солнечный свет в соответствии с необходимостью освещения и поддержания оптимального теплового баланса в помещении в зависимости от яркости света солнца, времени суток и времени года. Такая система обеспечивает оптимальное управление светом и теплом внутри здания с помощью интеллектуальной системы управления.
Система регулирования имеет датчики, которые определяют количество, положение и перемещение пользователей в данной комнате и подают сигнал на систему управления. Положение микрозеркал изменяется регулированием напряжения между соответствующими электродами, в соответствии с информацией от датчиков. При этом обеспечивается необходимое затемнение либо перераспределение света и тепла от солнечного излучения.
Предоставлено: Hillmer et al.
Матрица микрозеркал неуязвима для ветра, мытья окон и любых других сложных погодных условий, поскольку она расположена в пространстве между оконными стеклами, заполненном благородным газом, таким как аргон или криптон. Остекление обеспечивает бесплатное солнечное тепло зимой и предотвращает перегрев летом, а также обеспечивает здоровый естественный дневной свет, значительную экономию энергии (до 35 %), а соответственно, сокращение выбросов CO2 (до 30 %).
