«Умное» стекло: электрохромная оконная система регулируемой прозрачности

«Умное» стекло: электрохромная оконная система регулируемой прозрачности

Современные конструкции жилых домов, а также офисных сооружений, отличаются применением системы так называемого обширного остекления. Этот новый архитектурный подход современного строительства даёт явные преимущества. В частности, значительный приток внутрь помещения дневного света, солнечного тепла и практически неограниченные ландшафтные виды. Между тем обширное остекление неизбежно сопровождается увеличением расходов на отопление и вентиляцию здания. Поэтому для решения этой проблемы создано «умное» стекло – электрохромный (динамический) регулятор прозрачности. Какие характеристики такой системы следует учитывать при выборе под оснащение жилья? Рассмотрим этот момент ниже.

Структурная основа «умного» электрохромного окна

Изделия, именуемые электрохромным окном, как правило, представляют многослойный изолирующий стеклопакет (IGU — Insulated Glass Unit), реагирующий на внешнее освещение. Например, стеклопакет IGU производства американской компании  «SageGlass», состоит из шести отдельных слоёв, пять из которых, по сути, представляют электрохромный механизм:

  • проводник прозрачности,
  • электрод-счётчик,
  • ионный проводник,
  • электрохромный электрод,
  • проводник прозрачности.

Будучи в состоянии «чистого» стекла, «умная»  панель «SageGlass» пропускает около 60% видимого света. Эта величина, конечно, меньше, чем демонстрируют привычные окна, но вполне достаточная, чтобы обеспечить ярким светом в солнечный день. При полностью тонированном состоянии «умное» стекло пропускает не более 1% световых лучей.

«Умное» секло - структура возможной конфигурации по схеме «SageGlass»
Структура «умного» секла оконного пакета: А – внутренняя часть; B – наружная часть; 1 – запатентованное покрытие «SageGlass»; 2 – облицовка облегчённая; 3 – промежуточный слой SGP; 4 – промежуточное теплоотражающее покрытие; 5 – затеняющая свет полоса

Дополнительно эффектом тонировки «умного»  стекла блокируется проникновение внутрь здания значительной части солнечного тепла. Полный переход «умного» стекла от одного состояния к другому занимает около 10-15 минут по времени.

Однако такие окна могут настраиваться на пропускание определённого количества света в диапазоне 1-60%. Поэтому на практике переходы состояний являются инкрементными, следовательно, более быстрыми.

Как осуществляется управление «умным» стеклом в доме?

«Умные» стёкла по типу конструкции «SageGlass» допускают управление вручную с помощью настенного выключателя или же автоматически — через ставшие уже привычными системы «умного» дома:

  • обработка освещения,
  • сигналы тревоги,
  • прочая инфраструктура.

Для последнего пункта списка наследуются любые варианты ручного управления и беспроводной связи, которыми оснащается здание. Компания «SageGlass», следует отметить, предлагает модуль «Unplugged» — добавление солнечных панелей и беспроводного интерфейса.

Так что, «умные» стёкла от «SageGlass» или подобные, способны кроме всего прочего генерировать электрическую мощность, оставаясь под контролем пользователя с помощью мобильного приложения.

Комбинации с датчиками и облачным сервисом

Несмотря на то, что «умные» стёкла подключены к собственной системе, этот инструмент допустимо комбинировать с датчиками и облачными платформами, создавая сложные виды автоматизации. Например, существует вариант создавать предварительные настройки, которыми:

  • поддерживается постоянное количество света в течение дня,
  • осуществляется динамическая реакция на присутствие людей,
  • вносятся прямые изменения в соответствии с требованиями пользователей.

Зоны независимых уровней световых оттенков могут быть установлены между группами окон или даже между различными участками одной стеклянной панели.

«Умное» стекло или электрохромная система с регулируемой прозрачностью
Электрохромная конструкция – «умное» стекло, непосредственно в работе. Благодаря наличию такой системы легко и быстро достигается нужный уровень комфорта внутри помещения

Конструкции, изготовленные по образу и подобию «умного» стекла «SageGlass» предоставляют ряд преимуществ:

  • расширенный комфорт,
  • снижение потребностей в отоплении,
  • рациональность использования систем охлаждения.

Однако идеальная конфиденциальность такими конструкциями всё-таки не гарантируется. Даже в состоянии прохождения 1% света остаётся видимость сквозь «умное» стекло.

Поэтому чтобы полностью блокировать солнечный свет и создать надёжный экран конфиденциальности, рекомендуется рассмотреть более продвинутые технологии, например, «Sonte Film».

Как «умное» стекло работает технически?

Когда рабочее напряжение подаётся на слои проводника прозрачности, ионы лития перемещаются от счётчика-электрода через ионный проводник и приводят в действие электрохромный электрод. Чем больше уровень прикладываемого напряжения, тем больше эффект тонировки.

При этом солнечный свет и солнечное тепло перенаправляются под углом внутрь здания. Переход от прозрачного состояния к состоянию полностью тонированному (или наоборот) занимает от трёх до 15 минут.

В целом, как показывает практика, использование электрохромных двойных панелей «умных» стекол приводит к экономии 15–20% энергии по сравнению с двухпанельной конструкцией с низким коэффициентом «E» в условиях разных климатических зон. Электрохромное окно потребляет менее 5 вольт электричества, что отмечается крайне малым процентом общего энергопотребления.

Какую результативность дают «умные» стёкла?

По мнению разработчиков, электрохромные окна обеспечивают существенную выгоду для климатически холодных регионов благодаря способности достигать высоких коэффициентов усиления солнечного тепла (SHGC — Solar Heat Gain Coefficient).

Типичные значения коэффициента «SHGC» для электрохромной системы находятся в диапазоне от 0,55 — 0,09. Меньшее значение диапазона указывает на блокирования порядка 90-92% поступающего солнечного тепла.

Работа «умного» стекла - закрытый и открытый варианты
Два варианта применения «умного» стекла – полностью закрытое на ближней панели и полностью открытое – на удалённой панели. Соответственно, между двумя конечными положениями допустимы промежуточные положения

Подбирая систему остекления подобного исполнения, для жаркого климата требуются «умные» стёкла с более низкими значениями «SHGC» (коэффициент  около 0,25), что поможет снизить нагрузку на охлаждающие устройства.

Для проектов холодного климата нужны продукты с более высокими значениями «SHGC»: 0,40 — 0,50. Такие коэффициенты позволят обеспечить больший приток солнечного тепла и снизить нагрузку на систему отопления.

Учитывая неотъемлемое преимущество «умного» стекла, когда коэффициентом «SHGC» допустимо манипулировать в зависимости от эффекта затенения, можно сделать вывод – этот продукт идеально подходит для регионов, где переменный климат.

Обобщённые U-факторы (скорость потерь несолнечного тепла) для электрохромных «умных» стёкол варьируются значениями от 0,07 до 0,40. Под жаркий климат рекомендуется коэффициент «U-фактора» в диапазоне 0,20 — 0,25 на стеклопакет.

Когда же предпочтительнее более низкое значение, например, под условия холодной климатической зоны, подходящим вариантом видится окно с тройным остеклением.

Открытое состояние или контроль оттенков и бликов

Коэффициент пропускания видимого света (VT — Visible Transmittance) «умного» стекла допустимо регулировать в зависимости от интенсивности дневного света и бликов. Чем шире диапазон «VT», тем больше «умное» стекло имитирует характеристики затенения.

Соответственно, «умное» стекло лучше подходит для условий смешанного климата. Независимо от местоположения, значение «VT» может составлять 60% или 1%. Точные цифры определяются контролем бликов или тепла.

«Умные» стёкла - технические параметры по классу (таблица)
Таблица технических параметров для некоторых классов конфигурации электрохромного остекления, по которым доступен подбор требуемого продукта в зависимости от условий применения

Продукт, способный обеспечить коэффициент «VT» от 28 до 60%, передаёт достаточно чёткое изображение, когда блики не являются проблемой. Коэффициент «VT» от 18% до 21% соответствует низкому уровню тонировки, считается оптимальным для подсветки без прямого блика.

Значения «VT» от 6% до 10% указывают на оттенок среднего уровня, которым контролируется часть прямых бликов. Наконец, значение «VT» не более 1% или менее, указывает на полный контроль оттенков и бликов.

Эффект зонирования на стекольной панели следует рассматривать элегантным решением для условий смешанного климата. Этот вариант хорошо работает с применением навесных стен, учитывая, что несколько зон оттенков могут формироваться одной панелью.

Размер такой панели может составлять 1,5х3 метра, а управление входящим солнечным светом показывает высокую эффективность. Это связано с тем, что лишь часть остекления может подвергаться бликам. Вместо зонирования возможны внедрения в панели различных многослойных изолирующих стеклопакетов, сложенных или соединенных вместе.

Завершающий штрих

Электрохромное «умное» стекло пока что прерогатива нового строительства. Тем не менее, существующие окна вполне допустимо заменять «умным» стеклом. Менее дорогостоящим вариантом является нанесение «переключаемой» плёнки на стандартное стекло. Конечно, «переключаемые» плёнки не предлагают широкого спектра возможностей интеллектуального остекления:

  • акустического смягчения (класса звукоизоляции от 35 до 42),
  • огнестойкости,
  • ламинирования и т.д.

Соответственно, не всегда подходят для применения, но отличаются быстрым исполнением и экономичностью. Электрохромное стекло стоит в три раза дороже, чем стандартный стеклопакет с низким «E». Однако сравнение, в данном случае, сродни сопоставлению преимуществ смартфона и флип-телефона. Если сравнивать с окнами с низким коэффициентом «E», оснащаемых автоматической механической системой затенения, затраты фактически одинаковы.