Самоочищающиеся окна: архитектура, принцип работы, преимущества и недостатки

Самоочищающиеся окна: архитектура, принцип работы, преимущества и недостатки

Изобретение оконной конструкции, способной самоочищаться – это реальность современного мира. Большая часть домохозяек вынуждены мыть окна вручную. Нужно отметить – некоторым «чистильщикам» даже нравится это достаточно опасное занятие. Между тем появилась новая технологическая разработка – самоочищающиеся окна, готовая избавить от лишних хлопот (или заставить отказаться от любимого дела – мойки окон). Автоматически всплывает вопрос — как простой кусок стекла можно заставить самоочищаться? Рассмотрим эту технологическую задачу для знакомства с новыми возможностями, с целью принятия решения – купить или не купить.

Что такое самоочищающееся окно?

Первое, на что следует обратить внимание, рассматривая  самоочищающиеся окна, это на конструкцию стеклянного листа, которая представлена далеко не «обыкновенными стеклянными» листами. Инновационный лист стекла содержит на внешней стороне тонкое покрытие диоксида титана. Порошкообразное, белого цвета вещество — соединение титана, часто применяется в производстве белых красок, зубной пасты и прочих веществ с характерным белым цветом структуры.

Однако диоксид титана, придающий белизну структуре краски, не подходит в таком виде под нанесение на поверхность стекла. Самоочищающиеся окна требуют определённой степени прозрачности. Поэтому технология предполагает нанесение на стекло толщиной 4 мм тончайшего слоя диоксида титана не более 10–25 нм (нанометров). Ультратонкий слой покрытия снижает эффективность прохождения света сквозь стекло, но вполне приемлемо — на 4-5%.

Структура покрытия самоочищающихся окон

Покрытие диоксида титана приобретает свойства самоочищения благодаря двум технологическим процессам:

  1. Фотокаталитическому (активируется светом).
  2. Гидрофильному (активируется действием воды).

Рассмотрим подробнее эти два процесса для лучшего понимания функционала.

Самоочищающиеся окна: схема работы конструкции
Самоочищающееся окно: А – грязь (1), покрытие (2), содержащее микрокристаллический диоксид титана, стекло (3); В — ультрафиолетовые лучи (4), вызывающие химическую реакцию покрытия; С – вода (5) способствует смыванию грязи

Фотокаталитический процесс (активируемый светом)

Диоксид титана, по сути, фотокатализатор — материал, вызывающий химические реакции под воздействием определённым (правильным) спектром света. Так называемый «правильный» вид света — это ультрафиолетовое излучение (верхний синий солнечного излучения, не воспринимаемого человеческим глазом).

Когда ультрафиолетовое излучение воздействует на поверхность самоочищающегося окна (покрытого диоксидом титана), активируется процесс генерации электронов. Активные электроны превращают молекулы воды, присутствующие в воздухе, в гидроксильные радикалы, вызывающие химическое окисление и реакции восстановления покрытия.

Проще говоря, гидроксильные радикалы «атакуют» органические загрязнения, измельчают до такой степени, когда образовавшиеся на стекле наросты легко смываются дождевой водой. Поскольку реакции подвергается титановое покрытие поверхности самоочищающегося окна, действие реакции направлено на самые нижние слои грязи. Эксперименты показывают эффективный отрыв инкрустированных загрязнений с поверхности стекла, благодаря такому способу.

Гидрофильный процесс (активируемый действием воды)

Стекло традиционно выступает гидрофобным материалом (не впитывает воду). Попадающая на самоочищающееся (или обычное) окно вода, демонстрирует тенденцию капельной «атаки». Дождевые капли стекают по стеклу, оставляя грязные полосы по ходу движения.

Покрытием диоксида титана такая тенденция меняется. Гидроксильные радикалы, образующиеся в результате фотокатализа, фактически доводят стекло до состояния гидрофильной материи. Поэтому попадающие на стекло каплями молекулы воды, равномерно распределяются на поверхности.

Самоочищающиеся окна и гидрофильный эффект
Разница действия воды на новом (А) и обычном (В) стёклах: А — гидрофильный эффект, когда вода быстро растекается, смачивая всю плоскость стекла; В – обычные условия, когда вода распространяется капельным покрытием, сопротивляется течению

Падающие дождевые капли на грязное самоочищающееся окно быстро распространяются по всей поверхности стекла, подобно тому, как впитывает воду ткань. Традиционно окна (простые и самоочищающиеся) устанавливаются вертикально или под углом.

Образующийся на самоочищающемся окне «лист воды» вытирает равномерно стеклянную поверхность подобно резиновой швабре, которую хозяйки применяют для ручной очистки. После высыхания на поверхности полностью отсутствуют разводы и пятна.

Самоочищающиеся окна: преимущества и недостатки конструкций

При всей уникальности этой технологии, явно способной привлечь внимание огромного числа владельцев недвижимости, процессы самоочищения стекла демонстрируют не только преимущества. Определённого рода недостатки также присущи новым конструкциям стекольной промышленности.

Преимущественные стороны продукта

Самоочищающиеся окна внешне выглядят привлекательно, полностью соответствуют современным требованиям дизайна жилой и прочей недвижимости. Активное покрытие самоочищающихся окон продуктивно функционирует в течение всего срока службы стекла.

Преимущества и недостатки самоочищающегося окна
Преимущественные показатели очевидны, если судить по картинкам эффекта смыва дождём: А – картинка для обычного стекла; В – картинка для самоочищающегося стекла

Учитывая функциональность конструкции, владелец таких сооружений явно экономит время и деньги – ресурсы, необходимые для производства мойки в ручном режиме. Конечно же, самоочищающиеся окна способствуют снижению несчастных случаев, нередко имеющих место в случае ручной мойки объектов на высотных зданиях.

Существуют рыночные предложения на получение самоочищающихся окон различной толщины (4 – 10 мм), оснащённых стёклами небесных оттенков, эффективно фильтрующих солнечные блики.

Также доступно купить самоочищающиеся окна, наделённые внутренними покрытиями, отражающими тепло. Такие изделия способствуют повышению энергетической эффективности зданий.

Недостатки самоочищающихся окон

Наряду с преимуществами, самоочищающимся окнам присущ ряд недостатков. Первое, на что придётся обратить внимание, это цена. Рыночные ценники примерно на 15–20% выше обычного остекления. Процесс самоочищения проходит непрерывно и медленно. Конечный результат не сравнить с работой мойщика.

Для самоочищающегося окна характерна незавершенная работа — поверхность никогда не будет такой же чистой и сверкающей, как показывает стекло, вымытое домохозяйкой или сервисным служащим. Однако вид далеко не тот, что показывает обычное грязное стекло. Еще один недостаток — процесс очистки напрямую зависит от природных явлений — солнечного света и дождя.

Несмотря малые потребности покрытия в ультрафиолетовом излучении для достижения  фотокаталитического эффекта, процесс реакции на самоочищение занимает 12–48 часов. Покрытие также требует времени для активации очищения непосредственно после установки окон (от недели летом до двух месяцев зимой, в зависимости от климатической зоны).

Самоочищающимся окнам для работы требуется вода и солнце. Поэтому, если в течение длительного времени природа в этом смысле «молчит», придётся мыть окна вручную.

Тестовое стекло в руках лаборатнта
Тестовое стекло в руках лаборатнта наглядно показывает эффективность очистки на обычной и новой структурах. Между тем в реальных условиях процесс напрямую связан с природными явлениями, что приходится учитывать

Мойка допускается мягкой тканью, тёплой мыльной водой, осторожными действиями.  Фотокатализ работает только с органической грязью, поэтому самоочищающиеся окна не эффективны против отложений соли и песка (характерные моменты для недвижимости на побережье).

Несмотря на то, что покрытие с эффектом очистки рассчитано на полный срок службы окон, не исключены риски повреждения активного слоя абразивными материалами или агрессивными химикатами. Внутренняя область самоочищающихся окон в любом случае требует ручного труда.

Другие области применения технологии

Вполне успешно функционирующая с окнами технология теоретически допускает применение к любой плоской поверхности. Поэтому аналогичная фотокаталитическая система рассматривается для использования в других областях. Например, солнечные панели и фасады зданий также были запущены в разработку с учётом внедрения самоочищающейся функции.

Даже если учитывать, что очистка панелей солнечных батарей не всегда приводит к значительному повышению эффективности малых установок, технология видится полезной в случае эксплуатации больших установок. но если вы когда-либо видели солнечную ферму (с множеством гектаров солнечных панелей).

Технологии самоочищения поверхностей разработаны, как для солнечных тепловых панелей (производят горячую воду), так и для фотоэлектрических панелей солнечных батарей (генерируют электричество).

Обычно технология применима для больших поверхностей на открытом воздухе, однако не исключено использование внутри помещений. Правда, внутри помещений отсутствует солнечный свет. Тем не менее, допустимо применять излучение ультрафиолетовой лампы, чтобы активировать процесс очистки внутренних поверхностей.

Существуют самоочищающиеся окна, где на внутренней поверхности размещены светодиоды, скрытые под внешним рабочим слоем. Светодиоды периодически включаются с целью активации фотокатализатора. Не удивительно, если в скором времени появятся:

  • очки и контактные линзы,
  • самоочищающиеся зеркала,
  • сантехническая плитка,
  • кухонные панели,

Самоочищающиеся антимикробные поверхности, пригодные для использования в учреждениях здравоохранения, также уже на подходе.


При помощи информации: ExplaintHatStuff


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *