شیشه های هوشمند مات شونده
شیشه های هوشمند
پنجره ها به عنوان یکی از ناکارآمدترین اجزا در حوزه انرژی در ساختمان ها شناخته می شوند. حدود یک سوم انرژی ساختمان از طریق پنجره ها هدر می رود. به همین دلیل در سالهای اخیر تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها بر روی پنجره ها متمرکز شده است. با فراگیر شدن تکنولوژی نانو، مکانیزم ساخت شیشه به مرحله ای از کمال رسیده که طراحی و تولید انواع شیشه را با لحاظ نمودن همزمان خواص پخشی، انعکاسی، جذبی و شفافیت جهت دستیابی به شرایط ایده ال و پاسخگویی به خواسته های مختلفی همچون کنترل نور روز و درجه حرارت مناسب، امکان پذیر کرده است.
شیشه های هوشمند
نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از پنجره‌های شیشه‌ای در ساختمانها به کار برده شود. این تکنـــولوژی کاربردهای فراوانی دارد، به عنوان مثال شیشه ای را تصور کنید که قابلیت تغییــــر از حـالت شفـاف به حالـت مات، توسـط یک کلید را داشته باشـــد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه ها هنوز در ایران متداول نشده است اما نمونه های زیادی در تمام دنیـــا وجود دارد و در کشور های پیشرفته جهت صرفه جویی در مصرف انرژی از این تکنولوژی استفاده میشود. پنجره های هوشمند جدید درمواجهه با خورشید تیره می شوند و این قابلیت را دارند که همزمان برق نیز تولید کنند.
شیشه های هوشمند
۲۲ درصد افت گرما و سرمای داخل ساختمان ها، در فصول مختلف سال، از طریق پنجره ها صورت می گیرد. در صورت استفاده از مواد مناسب در ساخت پنجره، این افت گرمایی و سرمایی کاهش یافته و در نتیجه صرفه جویی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش داخلی انجام می شود. امروزه یکی از جدیدترین آنها پنجره های هوشمند هستند که در این نوع پنجره ها می توان به راحتی میزان عبوردهی یا جذب نور توسط شیشه را به مقدار دلخواهی رساند. الکتروکرومیک، گازوکرومیک، ترموکرومیک، فتوکرومیک، کریستال های مایع و سیستم ذرات معلق، انواع مختلف پنجره های هوشمند اند که اجرا کردن و انتخاب صحیح آنها در هر مکان با توجه شرایط موجود اهمیت دارد. تصور کنید که در یکی از گرم ترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیماً به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هایی با شیشه های دودی برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق در ساعات اوج تابش نور ندارید اما این پنجره ها باعث کاهش میزان انتقال نور و کاهش میدان دید در دیگر ساعات روز میشوند که برای جبران این کمبود نور میبایــست از سیستم روشنایی استفاده نمود، همچنین شیشه های دودی با توجه به مکانیزم تیره کردن شیشه باعث جذب میزان بیشتـــری از حرارت در روز میشوند که خود دلیلــی بر افزایش نیاز به سیستــم سرمایشی میباشد. در در این مواقع است که استفاده از شیشه های هوشمند اهمیت می یابد.
شیشه های هوشمند
شرکت کینسترال از سیستم شیشه هوشمندی پرده برداری کرده که خود به خود تیره می شود. این سیستم که هالیو نام دارد را می توان به طور دستی یا اتوماتیک کنترل کرد. کینسترال ادعا می کند «هالیو» در حالت عادی تفاوتی با شیشه های معمول ندارد اما هنگامی‌که نور خورشید به تلویزیون می‌تابد یا زمانیکه فرد می‌خواهد اتاق تاریک‌تر شود، میتوان آن را به دلخواه تیره‌تر کرد. رنگ شیشه را میتوان به طور دستی و به وسیله یک پنل دیواری، برنامه موبایل، یا دستور صوتی تغییر داد، یا میتوان آن را به طور اتوماتیک تنظیم کرد تا در واکنش نسبت به عواملی مانند آب و هوا، ساعت خاصی از روز یا حتی موقعیت خورشید رنگ خود را تغییر دهد. این سیستم طیف رنگ خاکستری متنوعی دارد. بنابراین می توان رنگ های مختلفی را انتخاب کرد، مثلا می توان پنجره آشپزخانه را که رو به یک همسایه است کاملا تیره کرد و پنجره های آفتابگیر خانه را روشن نگه داشت تا داخل خانه به طور طبیعی پر نور باشد.
شیشه های هوشمند
شیشه های هوشمند
شیشه های هوشمند
انواع شیشه های هوشمند:
شیشه‌های الکتروکروماتیک
شیشه‌های الکتروکروماتیک دسته‌ای از شیشه‌ها هوشمند از الکتروکروماتیک‌ها بهره می‌برند. الکتروکروماتیک‌ها موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می‌کنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییر خصوصیات مواد میشود و کاری می‌کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه‌های پنجره استفاده میشود. نور خورشید به شیشه‌ها می‌تابد، اما از طرفی جریان الکتریکی برقرار شده، سبب میشود تا یون‌ها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را شفاف نمایند. با قطع الکتریسته فرایند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره میشود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که میتوان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. در این روش به محض لمس یک دکمه بر تیرگی شیشه افزوده خواهد شد.
در این سیستم (EC)، واحد شیشه با استفاده از فیلم‌های شفاف با ضخامت ۲۰۰ یا ۳۰۰ نانومتر با شدت‌های رنگی متفاوتی از شفاف تا آبی تیره تغییر می‌کند. واحد شیشه برای تغییر میزان شفافیت مطلوب با توجه به مقادیر مختلف انتقال حرارتی به جریان برق متصل میشود. پس از قطع جریان، تغییر حالت نوری حفظ میشود و نیازی به جریان مداوم برق نیست. وقتی که رنگ شیشه تیره میشود تابش حرارتی کاهش یافته و بیشتر اشعه عبوری در طیف مادون قرمز فیلتر میشود.
عملکرد نماهای دو پوسته با شیشه های الکتروکرومیک به لحاظ میزان مصرف انرژی ماهانه و سالانه در شرایط اقلیمی تهران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده که استفاده از نماهای دو پوسته دارای شیشه های الکتروکرومیک از مزیت چشمگیری نسبت به نماهای معمولی و نیز نماهای دو پوسته متداول برخوردار است. به طوری که استفاده از نمای دو پوسته دارای شیشه های الکتروکرومیک میتواند مصرف انرژی ساختمان را ۲۵ درصد در ماههای سرد و ۲۶ درصد در ماههای گرم سال کاهش دهد و از این طریق موجب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی ساختمان گردد.
تصویر شبیه سازی شده از شیشه های الکتروکرومیک ( انواع ذخیره سازهای یونی )
از شیشه های الکتروکرومیک می توان برای داشتن محیط های مجزا استفاده کرد
نمایش نحوه عملکرد شیشه های الکتروکرومیک ( انواع فیلم کریستال مایع )
حالت کدر و شفاف برای شیشه الکتروکرومیک که با زدن یک کلید تغییر می کند
شیشه‌های ترموکرومیک
شیشه‌های ترموکرومیک مبتنی بر فناوری گرمافامی (ترموکرومیک) است که به وسیله آن، شیشه به گرما واکنش نشان داده و نوعی سازوکار عایق‌بندی حرارتی را بر سر راه نور خورشید میسر می‌کند، در حالی که ساختمان از کسب نور کافی محروم نخواهد شد. در حالت کلی، این سازوکار، مبتنی بر کسب نور کافی بدون کسب انرژی گرمایی است. توانایی پوشش برای تغییر وضعیت بین جذب و انعکاس نور به معنی استفاده از مزایای گرمایش خورشید در شرایط زمستانی و انعکاس در دماهای بالاتر و جلوگیری از گداختگی فضاهاست. ضمن آنکه در هر دو حالت نور مریی مطلوب جهت روشنایی فضا وجود دارد.
مقایسه پنجره های الکتروکرومیک و پنجره های ترموکرومیک
پنجره های الکتروکرومیک در قیاس با سایرین آینده ای امیدوارکننده تر پیش رو دارند چرا که در جهت تامین روشنایی میزان عبور نور و بهره برداری از انرژی خورشید کارآمدتر از سایرین نشان داده اند. پنجره های ترموکرومیک به دلیل نواقصی از قبیل عبور اندک نور ، بازده انرژی پایین و هزینه بالای ساخت، هنوز تجاری سازی نشده اند. البته به سبب عدم نیاز به مصرف انرژی، نصب راحت و… برتری هایی دارند و انتخاب مناسب ترین ناخالصی برای کاهش دمای گذار و بهبود و ارتقای میزان عبور طیف مرئی، اختصاص مناسب ترین فناوری روکش دهی به منظور رسیدن به ضخامت بهینه، افزودن پوشش ضد انعکاس با کارایی بالا، جهت افزایش میزان عبور طیف مرئی به رفع این نواقص کمک شایانی خواهد کرد.
شیشه های فوتوکرومیک
شیشه فتوکرومیک شیشه‌ای است که با قرار گرفتن در معرض تابش امواج الکترومغناطیس، میزان عبور نور از آن افت می‌کند و در صورت قطع تابش، به حالت اولیه برمی‌گردد.
شیشه‌های گازوکرومیک
سیستم گازوکرومیک GC از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: یک واحد شیشه عایق شده گازوکرومیک IGU یک فیلم ازWO3است. با قرارگرفتن فیلم GC در معرض فشار ضعیف هیدروژن به رنگ آبی درمی آید و انتقال مرئی را از۶۷ تا ۱۶و به طورمشابه انتقال انرژی خورشیدی ۶۰ تا ۱۲ کاهش می‌دهد.
شیشه های هوشمند ( نوع کریستال مایع )
ساختمان درونی این شیشه تشکیل شده از دو لایه شفاف قلع به عنوان الکترود که لایه ای از کریستال مایع بین آنها ساندویچ شده است. در این هنگام زمانی که جریان الکتریکی وجود ندارد مولکول‌های کریستال مایع دارای وضعیتی رندوم وار میباشد که به دلیل پراکنده بودن شیشه حالت مات دارد و با برقراری جریان الکتریکی مولکول‌ها به حالت هم جهت و هم راستا قرار می‌گیرد و شیشه به صورت شفاف نمایان میشود. سابقه شیشه‌های هوشمند کریستال مایع در نوع تجاری و امروزی آن به سال ۲۰۰۱ بر می‌گردد؛ و تنها تفاوت این شیشه‌ها در تقابل با شیشه‌های قدیمی وجود یک کلید ایجاد کننده جریان الکتریکی است؛ به صورتی که تا زمان دلخواه می‌توانید از حالت مات و یا شفاف بودن شیشه بهره ببرید. در این نوع شیشه هوشمند، شیشـه نور مستقیم خورشید را پراکنده نموده و تا ۹۸ درصد اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز را حذف می نماید.
شیشه های هوشمند
شیشه های هوشمند
شیشه های هوشمند
شیشه های هوشمند
شیشه‌های خود شو( خود تمیز شونده یا Self Cleaning )
شیشه‌های خود شستشو در سطوح پایین هوشمندی قرار می‌گیرند. در فرایند ساخت این شیشه بر روی سطوح آن پوششی شفاف از نوع سخت اعمال میشود که با انجام یک فرایند شیمیایی باعث عدم اتصال مواد آلی و ذرات آلودگی چسبنده به شیشه میشود. شیشه‌های خود شو با استفاده از دو فرایند همزمان باعث تمیز نگه داشتن سطح شیشه میشوند:
الف- به علت اینکه لایه روی سطح شیشه، خاصیت فوتوکاتالیک (استفاده از نور برای انجام واکنش دارد، باعث از بین بردن اتصال آلودگی‌های موجود روی سطح شیشه با شیشه میشود.)
ب- خاصیت دوم این روکش که همزمان با خاصیت فتوکاتالیک به وسیله نورUV فعال میشود. خاصیت هیدروفیلیک (آب دوستی) است. این ویژگی باعث میشود که آب روی سطح شیشه به صورت ورق پخش شود بنابراین به راحتی روی سطح شیشه جاری و پخش میشود و سطح شیشه را تمیز می‌کند.
پنجره‌های هوشمند (آرایه‌های نانوسیمی پلی‌آنیلین )
دانشمندان، موفق به ساخت پنجره‌هایی شدند که در آن از ابرخازن‌ها استفاده شده بود. این ابرخازن‌ها درون پنجره‌های الکترونیکی قرار داده شده‌اند؛ پنجره‌هایی که قادر به تغییر رنگ هستند. زمانی که تابش نور خورشید شدید است، این پنجره‌ها نور را جذب کرده و در خود ذخیره می‌کنند، زمانی که ظرفیت این پنجره‌ها تکمیل شد، شیشه‌ها تاریک شده و عبور نور را محدود می‌کند. با این کار مقدار نور ورودی به خانه و دمای آن تحت کنترل در می‌آید و از سوی دیگر انرژی ذخیره شده در آن را میتوان برای استفاده در ادوات الکترونیکی دیگر نظیر نمایشگرهای تلویزیونی به کار گرفت. با مصرف انرژی ذخیره شده در پنجره هوشمند توسط دیگر ادوات، خازن‌ها تخلیه شده و دوباره با جذب نور خورشید شارژ میشوند. این پنجره‌های هوشمند از آرایه‌های نانوسیمی پلی‌آنیلین ساخته میشوند. پلی‌آنیلین دارای ظرفیت بالایی است و هزینه تولید آن اندک است، از دیگر مزایای این ماده شفاف بودن و انعطاف‌پذیر بودن آن است. پارامتر انعطاف پذیر بودن بسیار مهم است؛ زیرا به راحتی میتوان آن را به صورت رول درآورد و در ادواتی با اشکال مختلف استفاده کرد، برای مثال میتوان پرده‌هایی هوشمند تولید کرد.
شیشه هایی که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل کرده و در ابر خازن ذخیره می کنند
شیشه های تشکیل شده از پلی کریستال که با لایه ضدانعکاس پوشیده شده اند
نماهای شیشه ای
نماهای شیشه ای یکی از موضوعات مهم برای طراحان و معماران هستند و طراحی آنها براساس ایفای نقششان در ساختمان صورت می گیرد، مثل کنترل روشنایی زننده، کنترل دید به بیرون و کاهش انتقال اشعه ماوراءبنفش. پنجره ها انرژی را در یک زمان در دو جهت انتقال می دهند. از یک طرف تابش و نور و از طرفی دیگر گرما و انرژی را به داخل فضا هدایت می کنند.
اخیرا محصولات خورشیدی علاوه بر جذب انرژی خورشیدی، دارای کاربرد تزئینی نیز شده اند. شیشه های رنگی تشکیل شده از سلول خورشیدی، در مصارف خانگی و صنعتی کاربرد پیدا کرده است که نه تنها تولید کننده انرژی هستند، بلکه در رنگ های مختلف، کاربردهای تزیینی نیز در نمای ساختمان دارد.
شیشه های هوشمند
این محصول، پانل های چند لایه ی کدر تا نیمه شفاف، که به رنگ های نقره ای، برنزی، طلایی، تا رنگ های اصلی، قرمز، سبز، و سرخابی می باشد را شامل می شوند که از پلی کریستال ها تشکیل شده اند. تفاوت رنگی آنان به دلیل تفاوت ضخامت در پوشش ضد انعکاس آنها می باشد. به عنوان مثال در شیشه های تولید شده با این تکنولوژی، رنگ آبی دارای ضخیم ترین پوشش ضدانعکاس است که مصرف انرژی آن بسیار کم است. نقره ای هم دارای نازک ترین پوشش است که از نظر مصرف انرژی بهینه نیست. این نوع می تواند در مواردی که نیاز به گرفتن کمتری از انرژی خورشید می باشد به کار رود.
عدم اجازه ورود به نور ماورا بنفش و مادون قرمز به درون ساختمان در یک روز گرم
تصویری از شیشه های منعکس کننده گرما
شیشه های هوشمند
معایب و مزایای پنجره‌های هوشمند
پنجره‌های هوشمند موجود، از پنجره های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره های با ذرات معلق، با وجود مزایای زیادی که دارند، دارای معایبی نیز هستند که قیمت بالا، کاهش سریع بازدهی، به‌کارگیری مواد سمی و زیان‌آور در فرآیند ساخت از آن جمله است.
محققان در تلاش برای ساخت پنجره‌های هوشمندی که معایب مذکور را نداشته باشد، سیستم جدیدی را ابداع کرده‌اند که در آن از یک پلیمر و از یک حلال، مانند متانول استفاده شده است. این نوع از پنجره‌های هوشمند، ارزان قیمت بوده و در فرایند ساخت آنها از آلاینده‌های کمتری استفاده شده است؛ همچنین از استحکام بالایی نیز برخوردار هستند. از فواید دیگر پنجره‌های هوشمند جدید میتوان به قابلیت تبدیل سریع و آسان از حالت کاملاً مات به حالت شفاف در چند ثانیه اشاره کرد. این رفتار در میان پنجره‌های هوشمند، بی‌نظیر است و روش جدیدی برای ذخیره‌سازی گرما، سرما و نور با هزینه کم و از طریق مدیریت نورهای عبور داده شده به داخل ساختمان است.
شیشه های هوشمند
یکی از بهترین راههای کنترل اتلاف انرژی استفاده از پنجره های هوشمند است. پنجره‌های هوشمند طوری طراحی شده اند که می توانند با محیط تعامل و سازگاری داشته باشند، مثلاً گرمای بیش از حد را دفع خواهند‌کرد. چنین شیشه هایی در ماههای گرم که هزینه مصرف انرژی به خاطر تهویه هوا بالا است مناسب هستند. پنجره‌های رنگی حساس به نور (فوتوکرومیک) که پرتوهای خورشید را دفع می‌کنند سالهاست ساخته شده اند. هم اکنون پوشش‌های نازک نانومتری دی‌اکسید وانادیوم مخلوط شده با فقط ۹/۱% فلز تنگستن در پنجره‌ها استفاده می شود و به عنوان انعکاس دهنده‌های گرما عمل کنند، در حالی‌که هم‌چنان تمام نور مرئی را از خود عبور می‌دهند. ضخامت نانومتری و مخلوط پوشش می‌توانند دقیقاً تعیین می کنند که در چه دمایی، حرارت منعکس شود. این به این معنا است که ادارات و منازل می‌توانند بدون استفاده بیش از حد از سیستم های تهویه گران قیمت، خنک باقی بمانند و هزینه‌ها را هم به طور چشمگیری کاهش دهند.
همچنین این شیشه میتواند طراحی و معماری ساختمان را دچار تحولی عظیم کرده و در عرصه بهینه سازی مصرف انرژی و ایجاد حریم خصوصی روندی تازه ایجاد نماید.
از جمله قابلیت های ویژه شیشه های هوشمند مات شونده(smart switchable glass)، امکان پخش تصویر از پشت (Back Projection) است. بدین معنا که میتوان از یک ویدئو پروژکتور برای پخش تصویر استفاده نمود با این تفاوت که دیگر نیازی به پخش تصویر از روبرو نبوده و می توان تصویر را از پشت روی شیشه (چه در حالت مات و چه در حالت شفاف) ایجاد کرد که این موضوع می تواند قابلیت‌های تبلیغاتی یک نما را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد.
فناوری شیشه هوشمند می تواند در روزهای گرم تابستان که نور آفتاب به داخل ساختمان وارد میشود و نیاز به استفاده از دستگاه های خنک کننده و تهویه کننده هوا را افزایش می دهد به صورت هوشمند تاریک شود و از انعکاس نور جلوگیری کند و در عوض در فصول سرد سال دوباره به حالت اول بازگردد و شفاف شود.این فناوری،تاثیر خیر کننده ای بر مدیریت مصرف انرژی، در جهت کاهش مصرف سوخت های فسیلی در ساختمان دارد. پنجره ها نقش اصلی را در کنترل نور ورودی به داخل ساختمان و میزان انرژی مورد نیاز ایفا می کنند. ضرورت کنترل انرژی هنگامی مشهودترمیشود که سطح وسیعی از ساختمان با شیشه پوشیده شود که اغلب در این شرایط، امکان حفظ گرمای محیطی مناسب و ذخیره سازی معقول انرژی به طور همزمان با مشکلاتی همراه میشود. با پیشرفت تکنولوژی در عصرحاضر، تلاش محققان بر تولید شیشه هایی با خاصیت پخش نور بسیارکم، جهت استفاده در ساختمانهایی با کاربری تجاری متمرکز شده است، بطوریکه میتوان با فراهم سازی امکان ورود انرژی خورشید به داخل ساختمان و ممانعت از فرار گرمای داخل ساختمان ، مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.چنین شیشه هایی قابلیت ممتازی در ورود نور به داخل بنا داشته و محافظ خوبی در برابر شرایط جوی به شمار می روند.
شیشه های هوشمند علاوه بر تامین روشنایی روز دارای کیفیات دیگری همچون کنترل خورشیدی، آسایش حرارتی و راحتی از لحاظ دما (محافظ از گرمای تابستان و سرمای زمستان با مشخصه هایی همچون قابلیت بازیافت، دوام پذیری، عدم نیاز به پاکیزه نمایی، محافظت از رنگ پریدگی تدریجی اشیای داخل منازل در مقابل نور خورشیدو…) هستند.
مهمترین وجه تمایز میان فراورده‌های جدید و نمونه‌های قدیمی تر، در این است که در فراورده‌های جدید، تنها فشار دادن یک دکمه برای ایجاد تغییر در میزان انتقال نور از شیشه و تغییر از وضعیتی به وضعیت دیگر کافی است و مانند نمونه‌های قدیمی، نیازی به برقراری دایم جریان الکتریکی (تا هنگامی که بخواهیم شیشه تیره بماند) نیست. به این معنا با فشار دادن یک کلید شیشه از حالت شفاف خارج شده و با فشار دکمه دیگر به وضعیت قبلی بازمیگردد
شیشه های هوشمند
شیشه هایی که با اعمال پتانسیل شفافیت آنها تغییر می کند
موارد استفاده ی شیشه های هوشمند
مشخصات فیزیکی، عایق صوتی و قابلیت محیطی مناسب شیشه های هوشمند مات شونده (ضخامتهای ۲۵-۴ دهم میلمیتر) سبب کاربرد زیاد در صنایع ساختمانی و سالنهای اجتماعات و اماکن عمومی گردیده است. امروزه شاهد استفاده از این شیشه ها در خودروهای سواری و اتوبوس های بین شهری نیز هستیم، پنجره ی نمای ساختمان ها، بیمارستان ها، سرویس های بهداشتی، پنجره های فروشگاه ها و آسانسور، خانه ها (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید) جلوی فروشگاه ها در شب و… استفاده کرد. یکی از موارد مصرف این پنجره ها در موزه‌ها است،جایی که ورود بـیش از حد نور خورشید میتواند موجب آسیب دیدن اشیاء قیمتی شود.
شیشه های هوشمند
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.