Inteligentne okna

Inteligentne okna

[caption id="attachment_3007" align="alignleft" width="142" caption="(1)"](1)[/caption]

Okno - jakie jest - każdy widzi. Jednakże od czasów pierwszych okien przeszklonych (początkowo tzw. gomółkami), do dziś w budowie i wyposażeniu okien nastąpił ogromny postęp. O zestawach ogniochronnych już pisałem (MT 11/2009). Okna i w ogóle szkło stanowią dziś coraz ważniejszy komponent współczesnego budownictwa. Szkło występuje w bardzo wielu postaciach: począwszy od dawno już znanych tzw. luksferów, poprzez maty termoizolacyjne z włókna szklanego, pręty zbrojeniowe z włókien ER (alkaline resistance) do coraz bardziej złożonych struktur typu okiennego.

Ludzie jednak zawsze realizują postęp techniczny w myśl dwóch zasad: ?lenistwo rękojmią postępu" i ?lepsze jest wrogiem dobrego".

Oznacza to, że wynalazcy i konstruktorzy wespół z chemikami i fizykami będą zawsze coś w tych oknach ulepszać.

Każdy, kto pracował kiedykolwiek w biurowcu z dużymi powierzchniami okien, doskonale wie, jak potrafią one dokuczyć w słoneczny dzień. W pewnym biurowcu zdarzył się SKANDAL! Pracownicy - inżynierowie - zakleili szyby swoich okien gazetami! Otrzymali w końcu zasłony tropikalne, ale i one nie dawały w pełni zadowalającego efektu.

Do problemu regulacji oświetlenia pomieszczeń światłem słonecznym musiała się wziąć NAUKA. Pojawił się więc stosunkowo niedawno tzw. efekt elektrochromatyczny.

Co to jest? Trochę to zjawisko znamy. Ogólnie znane są okulary przeciwsłoneczne, popularne fotochromy, które mają zdolność zmiany przejrzystości w funkcji oświetlenia. Przy mocnym oświetleniu ciemnieją i jaśnieją przy słabym. Szybkość tych zmian nie jest wielka i z reguły wymaga od kilkunastu minut do nawet pół godziny na zmianę gęstości optycznej. Nie jest to więc rewelacja, a do tego są to szkła dość drogie. Nikt by nie pomyślał nawet o szkleniu okien fotochromami. Zdarzają się one jednak w luksusowych wersjach samochodów w formie szklanych dachów i lusterek wstecznych o zmiennej przejrzystości.

Na szczęście pojawiły się zestawy elektrofotochromatyczne, w których zmianę gęstości optycznej uzyskuje się w sposób wymuszony zmianą napięcia przyłożonego do przewodzących folii. Oczywiście przede wszystkim trafiły do przemysłu motoryzacyjnego.

Takie szyby, a właściwie zestawy szyb i folii, niekiedy z żelem, uważane są dziś za najbardziej zaawansowane technologie, ciągle jednak jeszcze pozostające w sferze badań i realizacji prototypowych.

Działanie takich zestawów oparte jest na wykorzystaniu materiałów elektrochromatycznych, które tworzą warstwę aktywną. Materiały te zmieniają swoje optyczne właściwości na skutek działania pola elektrycznego. Mają zdolność do pozyskiwania i oddawania jonów, co decyduje o ich przepuszczalności. Oznacza to, że zestaw szklany zmienia stopień swojej przejrzystości dzięki oddziaływaniu pola elektrycznego.

[caption id="attachment_3008" align="alignleft" width="276" caption="(2)"](2)[/caption]

Aktywne uruchamianie systemów elektrochromatycznych może następować ręcznie lub automatycznie, w zależności od nasłonecznienia fasady budynku lub temperatury w pomieszczeniach.

Z tego powodu system elektrochromatyczny, który w sposób kontrolowany zmienia swój wygląd od transparentnego po nieprzejrzysty, uważany jest za świetne narzędzie do ochrony przed słońcem.

Budowa szkła elektrochromatycznego wygląda następująco. Powłoka magazynująca jony (elektroda bierna), materiał zapewniający przepływ jonów (elektrolit) i materiał elektrochromatyczny (elektroda aktywna) umieszczone są pomiędzy dwiema zewnętrznymi taflami szkła z przeźroczystymi przewodnikami (2). Reakcja chemiczna zachodzi w wyniku przepływu jonów na skutek przyłożonego napięcia. Odpływ jonów z powłoki elektrochromatycznej (aktywnej) do powłoki magazynującej jony powoduje ściemnienie zestawu. Poprzez odwrócenie kierunku pola elektrycznego następuje powrót jonów do powłoki aktywnej, dzięki czemu staje się ona ponownie przejrzysta. Jako że powłoki zostają przez pewien czas naładowane, przyłożenie napięcia jest wymagane jedynie w czasie przepływu jonów.

Elektrochromizm może zachodzić w materiałach organicznych (np. antrachironie), nieorganicznych (np. trójtlenku wolframu WO3, tlenku niklu NiO, trójtlenku molibdenu MoO3 lub tlenkach irydu IrOx) oraz polimerach (np. polianilinie, polipropylenie).

Popularnym materiałem wykorzystywanym obecnie do tworzenia powłok elektrochromatycznych jest trójtlenek wolframu (WO3). Cechuje go duża rozpiętość parametrów przepuszczalności światła. Szklenie w fazie zaciemnienia uzyskuje ciemnoniebieską barwę. Wykorzystanie innych materiałów umożliwia uzyskiwanie innych kolorów szklenia w fazie ściemnienia, np. brązu (NiO), czerni (IrO2) lub zmiennych barw, jak czerwony-niebieski (CoOx) lub żółty- zielony (Rh2O3).

Podstawowe zalety materiałów elektrochromatycznych to m.in.

- małe zapotrzebowanie napięciowe (1-5 V),

- konieczności zasilania elektrycznego jedynie w momencie zmiany przejrzystości,

- płynny proces zmiany przejrzystości,

- ochrona przed niszczącym promieniowaniem ultrafioletowym.

Szklenie elektrochromatyczne znajduje główne zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym: szyberdachy, lusterka wsteczne, tylne szyby. Do zastosowań w budynkach aktywniej rozwijaną gałęzią jest szkło laminowane z powłokami elektrochromatycznymi. Są to w większości rozwiązania prototypowe o ograniczonej wielkości powierzchni. Problemem jest, jak dotychczas, wysoki koszt takiego szklenia.

Innym poważnym problemem są ograniczenia natury technicznej, polegające na osłabieniu pola elektrycznego wraz ze wzrostem powierzchni zestawu szklanego, co z kolei powoduje znaczną redukcję prędkości przechodzenia elementów elektrochromatycznych ze stanu przejrzystości do stanu ściemnienia i z powrotem.

Obecnie najkrótszy czas przemiany wynosi, zależnie od materiału elektrochromatycznego, 8-10 min. na 1 m2 szklenia.

[caption id="attachment_3006" align="alignleft" width="237" caption="(3)"](3)[/caption]

W sumie - są to okna przyszłości. Czy będą kiedyś tak tanie, żeby mógł kupić je sobie statystyczny Kowalski? Może tak, a może nie.

Pewną niedogodnością tych przeszkleń jest to, że nie pozostawiają pola dla działań architektów wnętrz i designerów (projektantów przestrzeni i formy). Zwykłe żaluzje i rolety można zaprojektować jako niemal dzieła sztuki, zharmonizowane z wnętrzem, jego przeznaczeniem i wymaganiami użytkowników.

Tu jednak pojawiła się nowość na rynku role tek. Te zwykłe mają jedną powłokę tekstylną w jednym kolorze, o jednakowej gęstości optycznej na całej powierzchni. Można je więc zasłonić całkowicie lub częściowo i w ten sposób regulować intensywność oświetlenie słonecznego. Że nie jest to rozwiązanie doskonałe - o tym wiedzą wszyscy.

Te nowe roletki mają powłokę wykonaną z tworzywa sztucznego (folia), której gęstość optyczna zmienia się od pełnej przejrzystości do niemal pełnej czerni - w zależności od wymagań klienta. Przewijanie tej roletki pomiędzy dwoma kasetami daje niemal płynną zmianę przejrzystości zasłony (1). Ponieważ nic nie jest doskonałe, roletki te po częściowym zasłonięciu dają efekt np. ciemniejszej góry i jaśniejszego dołu. Jednakże nie jest to efekt całkowicie odsłoniętego dołu! Za to można je malować, jak kto chce: np. motyw gęstniejącego listowia leśnych drzew, chmury na wieczornym niebie, ciemniejące po zachodniej stronie itp. Designerzy i architekci są zadowoleni!

Swoją drogą ciekawe, co nas jeszcze czeka w dziedzinie szkła. To jednak ciekawy materiał, który jeszcze nie do końca odkrył swoje karty.