Электрохромное умное смарт-стекло, его особенности и применение

Виды смарт-стекол

В зависимости от того, какую пленку используют при изготовлении, смарт-стекла бывают: 

1. На основе жидкокристаллических полимерных частиц (PDLC или LCD)

Регулировка прозрачности в стеклах PDLC осуществляется за счет жидкой смеси полимерных кристаллов, которые «умеют» из жидкого состояния превращаться в твердое.  

Прозрачность может регулироваться, причем поверхность становится матовой буквально за пару секунд. Потребляют такие стекла минимум электричества: около 4-5 Вт. на м2.

✓ Стекла PDLC получили широкое распространение в качестве офисных перегородок. Одно нажатие кнопки — и переговорная превращается в приватную зону без затемнения. 

✓ Пленку используют также как полотно для проекции изображений. Его транслируют на стекло изнутри с помощью кинопроектора. При этом картинку видно снаружи. Так делают, к примеру, в магазинах, проецируя рекламу на витрины вечером, а днем оставляя их прозрачными. 

✓ Реже используются в качестве электротонировки автомобилей. Технология была разработана, запатентована и внедрена корейской компанией DM DISPLAY, но не получила широкой популярности, поскольку в выключенном состоянии ничего не видно ни снаружи, ни изнутри. 

Стекло на основе жидкокристаллических полимерных частиц выпускают Pilkington (Private Window), Dream Glass Group (DreamGlass Privacy Glass) и другие концерны. 

1. На основе «взвешенных частиц» (SPD)

Стекло на основе SPD также состоит из нескольких слоев. Но в пленке, «отвечающей» за матовость, используют «взвешенные частицы». Их особенность — в слоистой стержнеобразной структуре.

В выключенном состоянии кристаллы имеют черный или темно-синий цвет и хаотичное расположение. Чем выше подача электроэнергии, тем ровнее выпрямляются частицы и тем больше между ними расстояние, а значит и света проходит сквозь пленку больше. 

Так можно не просто включать и выключать режим прозрачности, но и регулировать ее степень. Такие смарт-стекла устанавливают в автомобили премиум-сегмента в качестве дополнительной опции. 

1. На основе электрохромных частиц (ECD) 

Эта технология считается самой перспективной, поскольку имеет большее число циклов переключений, чем  PDLC и SPD. Если в предыдущих двух видах смарт-стекол, при подаче электричества активируется прозрачность, то в в стеклах на основе ECD наоборот включается режим затемнения. 

Изменяемый слой состоит не из кристаллов, а из напыления ионов лития. Они пропускают свет и оставляют стекло прозрачным. Но при подаче напряжения (менее 5В) ионы вступают в обратимую химическую реакцию, начинают перемещаться и образовывать твердые соединения. Стекло при этом становится не просто матовым, а темным. 

Минус технологии в медленной скорости переключения между состояниями: затемнение достигается за 2-3 минуты, а для возвращения к прозрачности нужно до 15 минут. При этом процесс происходит на поверхности стекла неравномерно: сначала с краев, а затем — в центре. 

Несмотря на эти особенности, в последние годы технология получила широкое практическое применение, благодаря ряду преимуществ:

1. Позволяет регулировать не только прозрачность, но и инфракрасный спектр, а значит и управлять пропусканием тепла. 

2. Если жидкокристаллические технологи PDLC и SPD деградируют от солнечного света, то электрохромные — служат на порядок дольше. 

3. У стекла с электрохромной пленкой на 30% выше звукоизолирующие свойства.

4. У технологии — широкие варианты применения. Стекла с регулируемым затемнением используют в автомобилях (например, Ferrari и Maybach), окнах жилых и коммерческих зданий, а также для защиты ценных объектов, например, музейных экспонатов. Смарт-стекло с ECD защищает не только от воздействия световых волн, но и от ультрафиолета. 

Электрохромные продукты выпускают такие производители, как Saint Goben (SageGlass), (добавить еще производителей!). 

Стекло, создающее комфорт

Прозрачный материал, изменяющий светопропускную способность под воздействием электрических импульсов – это уже не простое всем знакомое стекло, это – сложный композитный материал, наделённый определёнными функциями.

Данный материал может находиться в трёх рабочих состояниях:

• в прозрачном – когда отключена подача электропитания;
• в затемнённом – при работе в режиме подачи электропитания;
• в переходном – от нерабочего прозрачного к рабочему затемнённому.

Изменяемость цвета и светопропускной способности стекла может произойти под воздействием трёх внешних факторов:

• изменения температуры;
• ультрафиолетового излучения;
• электрического напряжения.

Первые два параметра действуют на подготовленную стеклянную поверхность при любых обстоятельствах. Например, хотим мы того или нет, но при выходе на улицу, где светит солнце, наши фотохромные очки затемняются в любом случае. И наоборот, даже если нам будет нужно, в помещении стёкла фотохромных очков не потемнеют, потому что там нет ультрафиолетового излучения.

Затемнение электрохромного прозрачного материала в этом отношении носит совсем другой характер, оно зависит от двух условий: нашего желания и наличия электрического напряжения. Благодаря этой зависимости сфера применения электрохромных стеклянных изделий имеет широкое распространение там, где необходимо управляемое изменение отражающих свойств стекла.

Схожесть фотохромных и электрохромных стёкол в том, что они не могут дать полную непрозрачность, то есть их нельзя использовать как экран для проецирования изображения. Оно всё равно будет поглощаться стеклянной структурой материала. Но для человеческого взгляда эта поверхность может служить определённой преградой и использоваться как занавески или шторы на окнах.

Следует обратить внимание на то, что эта преграда носит односторонний характер. Когда электрохромные стёкла устанавливаются в автомобиле, то сидящему в нём водителю прекрасно видно, что происходит за стеклом, тогда как автоинспектору затруднительно определить, что делается внутри авто

Когда электрохромные стёкла устанавливаются в автомобиле, то сидящему в нём водителю прекрасно видно, что происходит за стеклом, тогда как автоинспектору затруднительно определить, что делается внутри авто.

Та же история и с фотохромными стёклами: глаза человека в таких очках видят всё, но вот куда они смотрят – для окружающих это тайна.

К основным преимуществам электрохромного стекла можно отнести:

• возможность при возникновении необходимости управлять изменением светопропускной способности;
• экономическую целесообразность. В жару можно уменьшать тепловую нагрузку на помещение управляемым затемнением, перекрыв доступ солнечным лучам, а, следовательно, понадобится меньше средств на кондиционирование. Зимой в солнечный день, сделав стекло максимально прозрачным, можно сэкономить на отоплении помещения;
• способность не терять свои качества при нанесении антивандального покрытия;
• возвращение в исходное прозрачное состояние при аварийном отключении электроэнергии.

Принцип работы электрохромного стекла в видео:

Электрохромные пленки

Совет от “Арт-Гаража”: рекомендуем использовать электрохромные пленки только для зданий, так как в выключенном состоянии они матовые и непрозрачные

Смарт пленка – это электрохромная пленка, которая изменяет такие оптические свойства, как матовость, коэффициенты поглощения тепла, пропускания и т.д. Все эти свойства изменяются в результате изменения внешних условий, или освещенности, или температуры, или мощности электрического напряжения.

Smart пленки  могут быть использованы во всех инсталляциях. Они имеют жидкокристаллическое вещество в своей основе. В пленке кристаллы хаотически ориентированы, и, попадая на стекло, отклоняют световые лучи, что препятствует видимости в обе стороны. Такая пленка пропускает около 80% световых лучей.

Смарт пленка с электрохимическим слоем имеет следующие особенности:

· Можно управлять степенью тонировки стекла.

· Конфиденциальность и приватность.

· Экономия электроэнергии на кондиционировании и освещении.

· Термосберегающие свойства.

Технология, предназначенная для рекламного экрана в помещении. Она имеет название Projection, которая воспроизводит изображения с высоким разрешением. Она даже превосходит по своим качественным характеристикам даже плазменную панель. Технология Sun Screen позволяет устранять размытости и блики от источников света. Данные конструкции имели широкое применение в витринах супермаркетов и торговых центров, на офисных перегородках, в бутиках, а также наружных конструкций.

Smart пленка может превратить в сенсорный экран любую акриловую поверхность или стекло. Она прозрачная и имеет клеевую основу, что способствует ее легкому нанесению на такое остекление, как LCD, проекционный и плазменный экран.

Основными характеристиками служат:

· Одиночные касания.

· Реакция как на руку в перчатке, так и указатели.

· Имеются как стандартные размеры, так и нестандартные, изготовленные по индивидуальному заказу.

· Необходима операционная система, либо Windows XP, либо Windows Vista.

· Оптимальная температура работы от  – 5оС до + 65оС.

· Максимальный срок эксплуатации 10 лет.

Ширина 0,98 м

Оставить заявку

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:

• элитная загородная недвижимость, многоуровневые квартиры;
• офисы банковских учреждений;
• помещения бизнес-центров.

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:

• Приватность

  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.

• Экономия

  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.

• Надежная защита

  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.

• Безопасность

  В чём секрет?

  Для производства стекол применяется специальная умная пленка. Высокотехнологичный материал является экологически безопасным. Такие стекла состоят из трех слоев: стекольный лист + пленка + стекольный лист. Перед изготовлением листы проходят закалку. Материал нагревают до +700 градусов и резко охлаждают водой. Закаленная стекольная продукция в шесть раз прочнее обычного стекла. Также стекло не боится механических воздействий: царапины, трещины, сколы. При сильном ударе, резких перепадах напряжения материал не трескается, не лопается. Многослойное стекло (триплекс) не распадается на осколки. Электронное стекло работает от электричества, но не проводит ток. Поэтому вы не получите электрический удар от такой стеклянной поверхности.

• Простое управление

  Для регулировки прозрачности используют удобные переключатели (кнопочные, сенсорные), пульты дистанционного управления. Регулировать свойства стекла можно и через систему Smart-home, датчики движения и освещения. Технология производства 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.

Преимущества мультифункционального стекла

• Защита помещения летом от перегрева.
• Сохранение тепла зимой внутри помещения.
• Поддержание максимального уровня естественного освещения.
• Прочность и устойчивость к механическим повреждениям.
• Лёгкий зеркальный эффект снижает уровень просматриваемости помещения снаружи.
• Сокращение затрат на оплату энергии, потребляемой отопительным и кондиционным оборудованием.
• Возможность ламинации, резки, закаливания, термической обработки стекла.
• Стекло рекомендуется использовать в помещениях, где особо важными факторами являются энергосбережение, защита от солнца и естественное освещение помещений.

Энергосберегающим называется стекло, на поверхность которого напыляется прозрачный слой оксидов металлов. Металл хуже проводит тепло чем стекло, поэтому тепло, проходящее через стекло задерживается напыленным слоем и отражается назад в помещение.

Самыми распространенными энергосберегающими стеклами, которые используются в производстве пластиковых окон, являются И-стекло и К-стекло. Эти стекла отличаются друг от друга способом напыления оксида металлов, разной теплопроводностью и ценой.

К-стекло является одной из самых ранних разработок в области энергосбережения и уступает И-стеклу по потребительским свойствам. Использование К-стекла в Западной Европе за последние годы сократилось до 7-10% от общего количества энергосберегающих стекол.

Твердое покрытие позволяет сохранить в помещении примерно 70% теплового потока, падающего на окно, то мягкое — все 90% и даже больше. За счет более высоких энергосберегающих свойств i-стекла можно отказаться от двухкамерного стеклопакета, ограничившись однокамерным, что в значительной мере облегчает конструкцию.

I-стекло по техническим характеристикам превосходит своего собрата «на букву k». Использование стеклопакетов с i-стеклом позволяет не только существенно повысить комфорт в помещении, но и добиться снижения энергозатрат.

В течение отопительного сезона тепло, сохраняемое окном средних размеров с i-стеклом, эквивалентно эффекту от сжигания 120 кг жидкого топлива.

Стеклопакет стоит выбирать в зависимости от климатических условий местности, в которой вы проживаете. Четырех- или трехкамерные стеклопакеты лучше сохраняют тепло, но чем больше стекол, тем хуже через окна проникают солнечные лучи.

Если окна выходят на север или запад, потери в освещенности могут превратить вашу, пусть и теплую, комнату в неуютную и неудобную для жилья.

Электрохромная пленка

Умные полимеры обладают способностью изменять коэффициент пропуска света и уровень прозрачности под влиянием тока, обычно требуется от 7 Вт на 1 м2. Полимерная плёнка, она же «умная» – это набор прозрачной плёнки и дополнительных вкраплений химических веществ, которые производители держат в тайне. Под действием катализаторов оптические характеристики изменяются.

Электрохромная пленка на автомобиле

«Умная» плёнка способна реагировать на колебания температуры внутри салона и интенсивности наружного света, изменяя:

• уровень прозрачности. Материал сдерживает определённый уровень видимого спектра солнечного света;
• процент пропускания света;
• коэффициент теплопроводности.

Тонировать электрохромным материалом выгодно благодаря снижению потери тепла и уменьшению расхода топлива на работу кондиционера. В неактивном состоянии покрытие удерживает до 90% УФ-излучения.

Полимерные жидко-кристаллические устройства LCD

В полимерных жидкокристаллических устройствах (англ. Polymer dispersed liquid crystal devices, PDLCs или LCD), жидкие кристаллы разлагаются на составляющие или диспергируются в жидкий полимер; затем затвердевают или фиксируют полимер.

При переходе полимера из жидкого в твердое состояние, жидкие кристаллы становятся несовместимы с твердым полимером и формируют капли (вкрапления) в полимере. Условия фиксации влияют на размер капель, что в свою очередь приводит к изменению свойств смарт-стекла.

Обычно, жидкая смесь полимера и жидких кристаллов расположена между двумя слоями стекла или пластика, с нанесённым тонким слоем прозрачного проводящего материала, который обеспечивает подвод напряжения и затвердевание полимера. Эта принципиальная «сэндвичная» структура смарт-стекла является эффективным рассеивателем. Электропитание от источника подключается к электродам, изготовленным из медной фольги со слоем электропроводного клея, контактирующим с проводящим слоем пленки.

Без напряжения, жидкие кристаллы случайно упорядочены в капли, что приводит к рассеянию параллельных лучей света. Стекло имеет молочно-белый цвет.

При подаче электропитания, электрическое поле между двумя прозрачными электродами на стекле заставляет жидкие кристаллы выравниваться, позволяя свету проходить через капли с очень маленьким рассеянием. Стекло переходит в прозрачное состояние. Степень прозрачности может контролироваться приложенным напряжением. Это возможно благодаря тому, что при маленьких напряжениях только часть жидких кристаллов может выровняться полностью в электрическом поле, и только маленькая порция света проходит сквозь стекло без искажения, в то время как большая часть рассеивается. По мере возрастания напряжения, меньше кристаллов остается не выровненными, что приводит к меньшему рассеянию света.

Также можно контролировать количество света и тепла, проходящего через стекло, при использовании красителей и специальных добавочных внутренних слоев. Также возможно создать противопожарные и противорадиационные версии для использования в специальных устройствах.

Фирма Al Сoat Ltd. (один из исследовательских центров США) продемонстрировала, что изображение может быть сформировано в прозрачных электродах или в полимере, позволяя производство экранных устройств и декоративных окон. Большая часть устройств, предлагаемых сегодня работает в только ВКЛ или ВЫКЛ состояниях, хотя технология обеспечения различных уровней прозрачности легко осуществима.

Эта технология используется для внутренних и внешних установок для контроля приватности (например, переговорных комнат, медицинских комнат интенсивной терапии, ванных комнат, душа) и для временного экрана для проектора.

Принцип действия умного электрохромного смарт-стекла

В основе управления уровнем прозрачности лежат способности поляризуемых частиц под воздействием электричества упорядочивать свои ряды. Упорядочивание рядов открывает проникающим лучам света возможности для беспрепятственного прохождения сквозь поляризуемые частицы.

Способность частиц «выстраиваться» не могла бы возникнуть без наличия в стекле двух важных составляющих:

• токопроводящего слоя (точнее — одного или двух);
• жидких кристаллов или напыления металла.

Первый – токопроводящий слой Smart Glass – предназначен для создания электрического слоя, влияющего на активизацию сложных процессов в кристаллах, либо в ионах напыления металла.

Второй – сами составляющие, на которые оказывается воздействие.

Важно! С обеих сторон на умное стекло наносится защитная пленка. Это делается для того, чтобы оградить его от попадания воды или моющих средств, имеющих агрессивную среду

Стекло с регулируемой прозрачностью отсеивает большую часть ультрафиолетового излучения, негативно влияющего на здоровье человека. На работу электрохромного стекла не требуется много электроэнергии – в спящем режиме оно потребляет лишь несколько ватт.

Мультифункциональное стекло ClimaGuard® Solar (Клима Гард Солар)

Новейшая разработка компании Guardian — стекло ClimaGuard Solar — позволяет значительно сократить расходы на охлаждение помещения летом и существенно повысить теплозащиту зимой.

По сравнению с другими материалами, стеклопакеты с ClimaGuard Solar обеспечивают отличные теплосберегающие и солнцезащитные характеристики в сочетании с высокими показателями светопропускания.

Отличительной особенностью ClimaGuard Solar является практически невидимое покрытие на основе серебра. При производстве ClimaGuard Solar на поверхность стекла в вакуумной камере наносится до десяти металлических слоев.

Именно это покрытие и превращает окна со стеклом ClimaGuard Solar в энергоэффективные. Успешная комбинация в окнах Климагард Солар высоких солнцезащитных характеристик и отличных теплосберегающих свойств позволяет называть его мультифункциональным продуктом.

Прохлада летом

ClimaGuard Solar выполняет функцию фильтра. Помещение медленнее нагревается в жаркий день. Летом самым естественным является желание найти прохладу. Защититься от палящего солнца можно разными способами.

Можно зашторить окна, закрыть жалюзи или затонировать стекла. Однако в этом случае мы лишаемся солнечного света. Для охлаждения помещения можно воспользоваться вентилятором или кондиционером.

При этом помимо дополнительных сквозняков мы существенно увеличиваем затраты на потребление электроэнергии. Установка стеклопакета со стеклом ClimaGuard Solar позволяет избежать недостатков традиционных способов защиты.

Специальное покрытие стекла ClimaGuard Solar отражает почти 60% солнечной энергии, что в 3 раза эффективнее обычного стекла и сравнимо с защитой от жары при полностью закрытых жалюзи.

Обладая исключительными солнцезащитными свойствами, окно со стеклом ClimaGuard Solar остается прозрачными и не нарушает естественного освещения помещения.

ClimaGuard Solar делает пребывание в помещении комфортным без дополнительного охлаждения, даже если окна выходят на солнечную сторону.

Экономический эффект при использовании Климагард Солар очевиден. Окна с этим стеклом позволяют в 3 раза реже кондиционировать помещение. Это не только сохраняет ресурс кондиционера, но и существенно снижает расходы на электроэнергию. Следует помнить, что для охлаждения помещения тратится в 2-2,5 раза больше энергии, чем для его обогрева.

Тепло зимой

Окно с ClimaGuard Solar практически не пропускает тепловую энергию зимой наружу. Желание жить в комфортных условиях в любую погоду заставляет многих горожан требовательнее относиться к теплосберегающим свойствам окна.

Так как в оконной системе именно стекло занимает более 80 % площади всей конструкции, то именно от его свойств и характеристик зависит комфорт во всем помещении.

От окна с ClimaGuard Solar не тянет холодом. Использование специального стекла устраняет образование сквозняков, возникающих из-за перепада температуры поверхности стеклопакета и в помещении.

У окна с ClimaGuard Solar можно почти вплотную расположить кровать, диван или кресло и при этом избежать дискомфорта. ClimaGuard Solar уменьшает вероятность образования конденсата и изморози в краевых зонах окна.

Установка стеклопакета с ClimaGuard Solar обеспечивает экономию средств на отоплении до 45%, что особенно актуально для частных и многоквартирных домов с индивидуальными счетчиками на отопление.

Smart glass с SPD

Структура плёнки с SPD почти не отличается от структуры плёнки с PDLC. Единственное различие таится в форме частиц. Она стержнеобразная, поэтому стекло остаётся оптически проницаемым при любых условиях. Под действием электрического тока, взвешенные частицы упорядочиваются, при этом умное стекло имеет светло-синий или светло-серый оттенок. Без подачи напряжения при хаотичном расположении частицы поглощают свет таким образом, что стекло становится тёмно-синим. Реже оно имеет чёрный или серый цвет.

Умное стекло (Smart-glass)

Скорость реакции стекла с SPD при нажатии кнопки составляет 2–3 секунды.