شیشه های هوشمند و کاهش مصرف انرژی؟ از آنجایی که حفاظت از محیط زیست یک موضوع اجتناب ناپذیر است، رعایت آن برای تمامی افراد به یک اولویت برای کاهش مصرف انرژی تبدیل شده است. ساختمان هایی که بیش از یک سوم کل انرژی در سراسر جهان را مصرف می کنند، پتانسیل بسیاری برای کاهش مصرف انرژی ارائه می دهند.

در طول سال های گذشته، طراحی و معماری ساختمان به سمت بهینه سازی مصرف انرژی، حفاظت از محیط زیست و راحتی بیشتر ساکنان پیش رفته است.

از سوی دیگر، توسعه شهری فعلی بر پایه احداث ساختمان های بزرگ اداری و تجاری بنا شده است. این روند طراحی و معماری، شامل چالش های مهمی در ارتباط با کاهش مصرف انرژی ساختمان می شود.

 

راندمان انرژی:

راندمان انرژی ضعیف شیشه های معمول در مقایسه با سایر اجزای ساختمان، فرصت های عالی برای توسعه فن آوری های شیشه های جدید است که راندمان انرژی بالاتری دارند. در حال حاضر فن آوری های در حال ظهور با هدف بهبود عملکرد شیشه ها در ارتباط با محیط زیست، مصرف انرژی و راحتی بیشتر ساکنان توسعه پیدا کرده است.

از جمله این فناوری ها، پنجره های هوشمند است که جریان شار حرارتی خورشیدی را با کنترل شفافیت شیشه ها، شیشه ای ارائه می دهد. پنجره های هوشمند به عنوان فن آوری های شیشه ای تعریف می شوند که خواص نوری آنها هنگام استفاده از ولتاژ تغییر می کنند. شیشه های الکترو کرومیک  و کریستال های مایع دو نمونه اصلی از فن آوری های هوشمند پنجره هستند.

پنجره های هوشمند و تابش آفتاب:

از جمله فناوری هایی که بیشترین پتانسیل سازگاری را در رابطه با تابش نور خورشید دارند، پنجره های هوشمند هستند. از آنجایی که تابش نور خورشید نمایانگر سهم بزرگی در ایجاد تعادل انرژی است، مطالعات بیشتر در مورد پنجره های هوشمند ممکن است به دستیابی پیشرفت های بسیار مهم در بهبود بهره وری انرژی منتج شود.

این مقاله مدل سازی یک ساختمان ساده را با شیشه یکپارچه پنجره هوشمند و نتایج بهینه سازی کدورت را برای دستیابی به حداقل مصرف انرژی ارائه می دهد.

همانطور که ذکر شد، انواع مختلفی از فن آوری های شیشه هوشمند وجود دارد.هر یک از این فناوری ها خواص نوری خود را دارند که می توانند از یکدیگر متفاوت باشند. در میان این خواص نوری، راه کنترل میزان تابش خورشید به درون ساختمان، احتمالا بیشترین تأثیر را بر مصرف انرژی ساختمان دارد.

فن آوری های هوشمند پنجره، کنترل تابش نور خورشید را با جذب، انعکاس یا با پراکندگی نور خورشید انجام می دهند. به عنوان مثال، پنجره های هوشمند با تکنولوژی کریستال مایع پراکنده شده پلیمر (PDLC)، نور خورشید را از طریق تفاوت بین ویژگی پراکندگی نور ماتریس پلیمری و بلورهای کریستال مایع عبور می دهند.

لایه کریستال مایع توسط دو لایه رسانای شفاف ITO ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ بین لایه های ITO اعمال می شود، کریستال های مایع تمایل به هماهنگی و جهت دهی با میدان الکتریکی دارند.. این ویژگی ذاتی این ترکیبات اجازه می دهد که نور بدون پراکندگی عبور کند.

فیلتر شفافیت:

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، فیلتر شفافیت (طلق هوشمند) بر روی سطح داخلی شیشه بیرونی پنجره (سطح 2) قرار گرفته است.

این تصمیم عمدتا به دو دلیل است. اول، این لایه باید بر روی یک سطح داخلی (2 یا 3) برای محافظت در برابر عوامل مضر (به عنوان مثال، در برابر UV مستقیم، خراشیدگی و غیره) نصب شود. دوم، در زمان تابش  نور خورشید به خصوص در فصل تابستان، لایه هوشمند مقدار بسیار زیادی انرژی را جذب می کند که منجر به افزایش قابل توجه دمای این لایه می شود.

با توجه به ضریب حرارتی بیرونی بالاتر، پراکنده کردن گرما در خارج از ساختمان با سطح گرم 2 نسبت به سطح گرم 3 آسانتر خواهد کرد. به این ترتیب طیف معقول تر از عملیات دمایی برای این نوع طلق های هوشمند ارایه خواهد شد.

همچنین طلق شفاف که بر روی سطح 3 نصب شده و دارای درجه حرارت بالا است، ممکن است که باعث ناراحتی اشخاص نزدیک پنجره ها شود.

 

 

تغییر شفافیت شیشه ها:

در نهایت، برای تغییر شفافیت شیشه ها، پنجره های هوشمند نیاز به یک پتانسیل الکتریکی دارند. به عبارت دیگر، باید انرژی الکتریکی را به پنجره های هوشمند برای کاهش مصرف انرژی کلی اختصاص دهیم. خوشبختانه مقدار انرژی الکتریکی مورد نیاز برای استفاده در طلق های هوشمند رایج می تواند بسیار ناچیز باشد.

همچنین از منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر مانند پانلهای فتوولتائیک قاب پنجره می توان برای تامین انرژی مورد نیاز استفاده نمود. به همین علت مصرف انرژی شیشه های هوشمند در حالت کلی بسیار کم در نظر گرفته خواهد شد.

مزیت های پنجره های هوشمند:

از جمله مزیت های پنجره های هوشمند، توانایی آنها در سازگاری با شرایط بیرونی و داخلی به منظور کاهش مصرف انرژی ساختمان است. کنترل یک پنجره ی هوشمند برای کاهش مصرف کلی انرژی شامل تقارن بین انرژی های مورد نیاز برای گرمایش و نور ورودی است.

زیرا جلوگیری از نفوذ تابش نور خورشید به داخل ساختمان نیاز به سیستم های سرمایشی را کاهش می دهد (سودمند)، اما ممکن است باعث افزایش مصرف لامپ ها به منظور جبران تاریکی محیط شود (مضر). بنابراین، طراحی پنجره های مناسب برای تامین الزامات هر دو پارامتر مورد نیاز امری ضروری است.