Смарт-стекло - принцип работы, особенности технологии и сферы применения

Постепенно входящее в моду дорогое умное стекло меняющее прозрачность было разработано достаточно давно. Саму технологию ученые открыли еще в 1980 годах. В основе ее лежит жидкокристаллическая матрица: под воздействием электрического тока кристаллы меняют свое положение, и затемнение окна меняется. Благодаря тому можно добиться как полностью прозрачных, так и полностью затемненных стекол.

Что такое смарт-стекло?

Смарт-стекло – инновационный материал, обладающий функцией переменной прозрачности. Между двумя листами прозрачного стекла расположена жидкокристаллическая пленка. К ней подведен электрический ток низкого напряжения.
В выключенном состоянии, без воздействия тока, жидкие кристаллы расположены хаотично, рассеивают свет. Стекло в этом случае – матовое, непрозрачное.

Во включенном режиме расположение жидких кристаллов упорядочивается, стекло (например для перегородок) становится прозрачным. В обоих случаях количество пропускаемого света не изменяется. В отличие от жалюзи или теневых штор матовое стекло не затемняет помещение.

Создатель умного стекла – инженер Стив Абади. Он загорелся идеей еще в 70-х годах прошлого века. Однако технологии тех лет не позволяли воплотить замысел Абади. Первое смарт-стекло LC Glass было представлено покупателям в 1984 г. Позже С. Абади основал компанию Innovative Glass Corporation. В 2003 г. ею было выпущено умное стекло под торговой маркой E-Glass.

В России смарт-стекло появилось в 2010 году. С тех пор оно стремительно завоевывает рынок и все чаще используется не только в офисах, медицинских учреждениях и административных помещениях, но и для остекления окон домов, в дизайне интерьеров.

Преимущества и недостатки

Материал имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства:

многофункциональность. Материал выполняет функции простого стекла, визуального препятствия и проекционного экрана;
прочность;
современная альтернатива шторам и жалюзи;
широкий спектр цветов смарт-пленки, что позволяет использовать для уникального дизайна;
управляется низковольтным питанием;
энергосберегающая функция;
звукоизоляция;
защита от УФ-излучения;
широкая область применения.

Современные виды материала на взвешенных частицах обладают высокой степенью прозрачности, без замутнения. Если раньше смарт-пленку требовалось ламинировать в триплекс, то современную пленку можно просто приклеить.

Недостатки:

цена;
необходимость в электрическом напряжении;
достаточно высокое энергопотребление.

Однако стоимость конструкций компенсируется энергосберегающей и защитной функцией материала. Смарт-стекло защищает от солнечной радиации. А экономия на кондиционировании покрывает расходы на остекление. Это особенно актуально для южных, солнечных регионов.

Разработчики стараются снизить энергопотребление. Так, студент из Нидерландов запатентовал технологию – стекло само производит энергию из солнечного света и используя ее, изменяет прозрачность. Русские и французские ученые усовершенствовали технологию – стекло, кроме обеспечения себя самого энергией, создает дополнительную внешнюю мощность и может снабдить энергией другие устройства.

Отдельные виды смарт-стекла обладают своими минусами. К примеру, материал со взвешенными частицами требует специальных покрытий, чтобы блокировать ультрафиолет.

Недостаток электрохромного материала – низкая скорость перехода от одного состояния в другое. Время затемнения составляет до нескольких минут.

Основные принципы работы

Уникальные свойства смарт-стекла зависят от его особенной конструкции. Между двумя прозрачными листами расположена пленка с жидкими кристаллами. Именно они придают полезные свойства материалу. Когда поступает электричество, возникает электромагнитное поле. Под его воздействием расположение кристаллов меняется, из хаотичного становится упорядоченным. Это влияет на светопропускные свойства стекла, оно становится прозрачным. Свет проходит сквозь пленку, не встречая препятствий в виде нагромождений кристаллов. В обычном состоянии материал – матовый.

Силу тока можно регулировать с помощью специального устройства. Если напряжение невысокое, то упорядочиваются не все жидкие кристаллы. Изделие становится лишь частично прозрачным. Чем напряжение выше, тем уровень прозрачности больше.

Универсальность

Можно использовать смарт-перегородки для бизнеса или отграничения пространства в квартире: вам не придется строить стену или устанавливать громоздкие конструкции. Достаточно поставить стекло, которое сможет делаться темным, когда необходимо что-то убрать с глаз, или, напротив, становиться прозрачным, если необходимо визуально увеличить пространство.

Такое решение отлично подойдет и для мансардных окон. Вам не придется думать, как затемнить их, утеплить или изолировать звук, так как пленка отлично справляется со всеми этими задачами.

Технологии производства

Smart glass – представляет собой сложную конструкцию, состоящую из трех основных слоев:

Лист прозрачного стекла.
Двуслойная пленка. Между ее слоями помещены жидкие кристаллы.
Второй лист прозрачного стекла.

Распространенные технологии изготовления в зависимости от вида пленки:

EVA — пленка из этиленвинилацетата;
TPU — термопластичный полиуретан;
PVB — поливинилбутиральная пленка.

Полимерные жидкокристаллические устройства (LCD)

Жидкие кристаллы в этих устройствах разлагаются на составляющие, а затем затвердевают. В момент перехода из жидкого состояния в твердое кристаллы становятся несовместимыми с полимером и создают в нем вкрапления (капли). Условия, при которых происходит фиксация, влияют на размер вкраплений, что влияет на свойства смарт-стекла.

Смесь полимера и жидких кристаллов помещена между двумя листами пластика или стекла. Тонким слоем нанесен прозрачный электропроводящий материал. Он отвечает за поступление напряжения. Из медной фольги изготовлены электроды, находящиеся в контакте с проводящим слоем. При поступлении напряжения электромагнитное поле заставляет кристаллы упорядоченно выстраиваться. Свет поступает через капли-вкрапления, и материал становится прозрачным.

С помощью дополнительных слоев или использования красителя можно регулировать проходящее через стекло количество тепла и света. Возможны противопожарные и противорадиационные варианты, применяемые в специальных устройствах.

Устройства со взвешенными частицами (SPD)

Между двумя листами прозрачного стекла расположена пленка взвешенных в жидкости стержнеобразных частиц. Без электрического напряжения частицы находятся в хаотичном состоянии и поглощают свет. При этом стекло имеет серый, черный или темно-синий оттенок. При поступлении тока взвешенные частицы выстраиваются упорядоченно, стекло приобретает прозрачность.

Переход происходит мгновенно. Для поддержания прозрачного состояния необходим маленький, но постоянный ток. Особенность материала в том, что он в любом состоянии оптически проницаем.

Электрохромные устройства (ECD)

В электрохромных (электрохимических) устройствах изменяемый слой представляет собой напыление ионов лития. Подача напряжения регулирует прозрачность. Количество пропускаемого света можно контролировать. Состояние материала меняется между прозрачным, полупрозрачным и цветным. В тонированном состоянии оттенки варьируются от самого насыщенного до едва заметного.

Подача напряжения нужна лишь для изменения прозрачности. Чтобы поддерживать состояние, электропитание не требуется. Затемнение начинается с периферии и заканчивается в центре. Для полной тонировки стекла большой площади требуется до нескольких минут.

Дополнительные возможности smart стекла

Умное стекло обладает рядом дополнительных свойств:

Материал может быть не только умным, но и прочным. Для этого используется технология бронирования. Поверх конструкции наклеивают специальную пленку, которая предотвращает растрескивание и рассыпание стекла. Это позволяет использовать его в местах большого скопления людей.
Изделие можно сделать цветным, наклеив дополнительную пленку.
Пескоструйная обработка позволяет декорировать стекло. Такие варианты применяются в комнатных перегородках, в кафе, ресторанах, где они выглядят очень эффектно.
В изделиях можно вырезать любые отверстия, придавать стеклу любую форму.

Рама

Кроме обычных предназначений (удержания стекла, теплоизоляции и герметичности) рама окна переменной матовости служит местом, в котором прячутся провода, подводящие электричество к стеклам. Кроме того, рама также скрывает некрасивые шины (места подведения проводов непосредственно к стеклу и пленки в нем).

Материалы рам могут быть любыми: алюминиеые профили, натуральное дерево, пластик, сталь и так далее.

Если в окне есть открывающиеся створки (к дверям это относится всегда), то для прохода провода от неподвижной части к открывающейся используются кабельные каналы. Как правило, они скрытые – то есть не видны при закрытой части («уложены» в неподвижной или подвижной раме). Кабельные каналы нужны для того, чтобы защитить провод от перетирания при регулярных открываниях и его перемещениях.

Сфера применения

Первоначально смарт-стекло использовалось лишь в офисах для зонирования пространства. Со временем технология стала более доступной, а стоимость изделий ниже. Умное стекло начали широко использовать в жилых помещениях.

В зданиях можно выделить 2 основных направления использования:

Создание внутренних перегородок и элементов дизайна.
Внешнее остекление.

Перегородки позволяют зонировать обширное пространство, создавая отдельные, относительно изолированные места. Эту возможность используют в офисах для разграничения мест для сотрудников.

Изменяемая прозрачность позволяет достигнуть эффекта приватной зоны. Способность смарт-стекла поглощать звуки делает переговорные комнаты не только недоступными визуально, но и защищенными от случайных слушателей. Когда необходимость в конфиденциальности отпадает, стекло можно сделать вновь прозрачным.

Преимущество умных перегородок в том, что они внешне не загромождают площадь, пропуская достаточное количество света.

Способность создавать отдельные зоны нашла применение в самых разных отраслях:

Кафе и рестораны. С помощью перегородок достигается комфортная атмосфера, где посетители могут спокойно поужинать, отдохнуть без посторонних глаз.
Банки. При обслуживании отдельных категорий клиентов или производстве банковских операций стекло затемняют или делают матовым. Кроме того, повышенная прочность материала делает его безопасным для зала ожидания.
Музеи, картинные галереи, выставочные залы. Свойство материала поглощать вредное излучение нашло применение в подобных учреждениях. Правильно выбранная степень тонировки позволяет посетителям беспрепятственно любоваться шедеврами живописи или ценными экспонатами.
Медицинске учреждения – массажных кабинетах, перевязочных комнатах и других помещениях. Регулируемая прозрачность материала позволяет создать для пациентов комфортные условия, при которых их никто не увидит во время медицинских процедур.
Торгово-развлекательные центры. Некоторые возводимые торговые центры отдают предпочтение остеклению из smart glass. Несмотря на высокую цену, владельцы видят выгоду в последующей экономии на энергосбережении, кондиционировании. Повышается эстетическая привлекательность здания. Кроме того, материал более прочный, чем обычное стекло, поэтому менять его придется реже.
Салоны красоты, оказывающие косметологические, массажные и иные услуги, также зонируют пространство с помощью умного стекла.
Жилые помещения — здесь смарт-стекло используется для изготовления загородок для ванной комнаты и душевых кабин.
Витрины. Солидные торговые организации используют свойства смарт-стекла для создания умных витрин, выходящих на улицу. Потенциальные покупатели могут просмотреть рекламный ролик или презентацию товара. Если необходимо продемонстрировать выставленные в витрине образцы, стекло делают прозрачным.
Автомобильная индустрия. Оно применяется для люков, зеркал заднего вида. В дорогих автомобилях премиум-класса изготавливают уникальные крыши из материала с изменяемой прозрачностью. Управлять такой крышей можно из салона. Стекло с элетрозатемнением может быть использовано для боковых стекол. Регулируемый из салона уровень тонировки позволяет во время движения делать стекла прозрачными, но на стоянке создавать из салона приватную зону. Также из умного стекла изготавливают перегородки между водительским и пассажирскими сиденьями.
Балконы и лоджии. Использованное для остекления окон, балконов и лоджий умное стекло выступает альтернативой устаревшим шторам и жалюзи. Большие размеры и возможность создания различных форм позволяют применять материал для французских и панорамных окон. Одним из преимуществ является способность защищать помещение от ультрафиолета, сохранять тепло зимой и прохладу летом. Кроме того, в непрозрачном состоянии защищают внутреннее пространство комнаты от посторонних взглядов.
Зимние сады и теплицы. Энергосберегающая способность защитит растения от переохлаждения, а затемнение не позволит слишком интенсивному солнцу сжечь листья и цветы.
Авиастроение. Некоторые модели самолетов оснащены иллюминаторами с умным стеклом, которое не пропускает УФ-излучение и позволяет уменьшить затраты на тех. обслуживание.
Входные группы, фасады. При строительстве домов смарт-стекло применяется для остекления входных групп, подъездов, фасадных окон.
Зенитные фонари. Использование умного стекла для верхнего остекления — отличное решение для больших помещений.
Ограждения в бассейнах. Из smart glass делают перегородки, благодаря которым создаются приватные зоны.
Декор. Дизайнеры интерьеров все чаще обращаются к этому материалу, декорируя межкомнатные двери, создавая оригинальные дизайнерские решения.
Экраны обратной проекции. Изображение, спроецированное на панель, с обратной стороны будет выглядеть как высококачественная картинка.

Особенности эксплуатации умного стекла и уход за ним

Нюансы использования обычного стеклянного полотна известны каждому. Про умное стекло с регулируемой прозрачностью нельзя сказать то же самое – для большинства людей в нашей стране это «терра инкогнита» — продукция с малоизученными свойствами. Остановимся на этом подробнее.

Чек-лист по эксплуатации стекла, которое способно изменять светопроницаемость

1 м2 расходует 4-7 Вт электроэнергии.
Необходимое напряжение в сети – 220 Вольт на входе, 60 Вольт на выходе.
Большая часть стекол в нашей стране произведено по технологии PDLC: значит, энергия не тратится, пока стекло матовое. Если вам необходимо, чтобы большую часть времени оно сохраняло прозрачность, а в нужные моменты скрывало вас, рассчитывайте на определенный расход ресурса.
В «выключенном» положении матовый стеклянный лист пропускает до 80% лучей света. В комнате сохранится естественная инсоляция, но видимости не будет.
Монтировать умные стекла с изменяемой прозрачностью должны не обычные стекольщики, не электрики и не бригады, занимающиеся ремонтом – только производитель. В этом случае вы будете на 100% знать, что конструкция безопасна, контакты тщательно герметизированы и изолированы, а установка проведена правильно. К тому же вы всегда сможете обратиться за обслуживанием системы.

ЕСТЬ НЮАНС! Многие спрашивают, есть ли у смарт-перегородок и окон предельное число «включений-выключений»? Число таких циклов больше 30 млн, поэтому фактически его применение не имеет ограничений во времени. Изделия из этого материала быстрее устареют морально, чем исчерпают свой ресурс.

Как правильно ухаживать за смарт-стеклом

Решаясь купить изделие, у которого можно регулировать прозрачность, нужно заранее учесть особенности ухода за ним. Это поможет продлить срок его службы, и защитить от ситуаций, когда «умные» технологии теряют первоначальные свойства из-за небрежного использования.

Стеклянный лист, позволяющий регулировать оптические характеристики, чувствителен к ударам, царапинам, механическому воздействию.
Его поверхность следует держать в чистоте. Нельзя допускать попадания на нее масла, щелочей, кислот, реагентов.
При воздействии дыма и открытого огня возможно изменение изначальных свойств.
Изделия очищают только в выключенном положении, при этом избегают сильного надавливания на поверхность в процессе мытья.
Вода и моющее средство не должны попадать на провода и края триплекса. Перед его включением нужно проверить: все ли высохло.
Допустимо применение мягких моющих средств для стеклянных поверхностей без нашатыря, ацетона, спиртов и прочих веществ с агрессивным действием.

***

«Умные» технологии делают нашу жизнь удобнее и максимально гибко подстраиваются под наши запросы, но требуют взамен бережного отношения. Добросовестный производитель всегда расскажет об этих нюансах. Тем более что они не налагают каких-то особенных ограничений или неудобств для ежедневного использования.

Стоимость

Цена смарт-стекла зависит от производителя, вида материала, толщины, конструктивных особенностей.

Smart Optimal 4+smart+4 мм с переменной прозрачностью, шириной до 1800 мм без стыка пленок, обойдется от 23 000 рублей за 1 кв. м.
Стекло Smart Premium с теми же параметрами стоит от 29 000 рублей за 1 кв. м.
Цена увеличивается с добавлением полезных свойств и усложнением конструкции.
Smart Optimal 4+smart+4 мм, закаленное, обойдется от 25 000 рублей за 1 кв. м.
Smart Premium закаленное – от 31 000 рублей за 1 кв. м.
Средняя стоимость электрохромного стекла составляет от 32 000 рублей за 1 кв. м.;
Смарт-пленка на стекло (с функцией переключения между прозрачным и матовым режимом) в зависимости от степени прозрачности стоит от 29 000 руб. за 1 кв. м..
Блок управления для смарт-стекла (трансформатор), рассчитанный на площадь до 15 кв. м., в корпусе из пластика, стоит от 1900 рублей. В алюминиевом корпусе – от 4000 рублей.

Монтаж электрохромного окна с «умным стеклом» своими руками

Хорошего качества смарт-стекло своими руками получится только при строгом соблюдении этапов наклеивания электрохромной пленки. Они состоят из:

очистка поверхности стекла от таких загрязнений, как пыль, жирные пятна;
снятие защитного покрытия и приклеивание пленки;
удаление резиновым валиком образовавшихся воздушных пузырьков;
присоединение электропроводов к контактам;
снятие верхнего защитного слоя, применив скотч;
обработка контактов силиконом и тестирование;
скрытие контактов за планкой из металла или пластика.

Вернуться к содержанию