کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها چگونه است؟حدود یک سوم انرژی یک ساختمان از طریق پنجره ها هدر می رود. به همین دلیل تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها بر روی پنجره ها متمرکز شده است.

مطالعات زیادی برای یافتن روش‌های ذخیره انرژی صورت گرفته و نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از پنجره‌های شیشه‌ای در ساختمان‌ها و همچنین در دیوارهای سالن کنفرانس در اداره‌ها به‌کار برده شود. این تکنولوژی کاربردهای فراوانی دارد. به عنوان مثال شیشه ای را تصور کنید که قابلیت تغییر از حالت شفاف به حالت کدر، توسط یک کلید را داشته باشد.

موارد استفاده شیشه های هوشمند:

می توان از این شیشه برای پنجره خانه (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید)، برای جلوی فروشگاه ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه خصوصی، هنوز متداول نشده است اما نمونه های زیادی در تمام دنیا وجود دارد. اما پنجره‌های هوشمند موجود، از پنجره های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره های با ذرات معلق، همگی به کمک ما شتافته تا به طریق هوشمند به کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها و اماکن عمومی کمک کند.

شیشه های الکتروکروماتیک دسته ای از شیشه ها هوشمند از الکتروکروماتیک ها بهره می برند. الکتروکروماتیک ها موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می شود و کاری می کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه های پنجره استفاده می شود.

 

عملکرد شیشه های هوشمند:

نور خورشید به شیشه ها می تابد، اما از طرفی جریان الکتریکی برقرار شده، سبب می شود تا یون ها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را شفاف نمایند. با قطع الکتریسته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره می شود.

یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که می توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. شکل زیر مکانیسم عملکرد این نوع شیشه ها را نشان می دهد:

 

نوع دیگر شیشه های هوشمند :

نوع دیگری از این شیشه های هوشمند شیشه های نوع کریستال مایع می باشند. در اين نوع شيشه هوشمند، شيشـه نور مستقيم خورشيد را پراكنده نموده و تا 98 درصد اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز را حذف مي نمايد. اين تكنـولوژي بر اساس پخش كنتــــرل شده نور از طريق نيروي الكتريــكي عمل مي نمايد.

تکنولوژی تولید شیشــه های هوشمنـد همچون تکنولوژی تولید تلویزیون های LED و مانیتـور های کامپیوتر های شخصــــی بوده و این شیشه های هوشمنــــد متشكل از كريستال مايع احاطه شده توسط يك زمينه پليمري، ساندويچ شده بين دو عدد لایه هادي مي باشـــــد. ساختمان درونی این شیشه تشکیل شده از دو لایه شفاف قلع به عنوان الکترود می باشد که لایه ای از کریستال مایع بین آنها ساندویچ شده است.

با گذراندن جریان الکتریسیته از فیلم کریستال مایع شیشه شفاف می شود. با قطع جریان کریستال ها با جهت گیری تصادفی خود در فضا موجب پخش کردن نور ، و در نتیجه مات شدن شیشه می شوند.

 

کاربرد شیشه های هوشمند:

این تکنولوژی کاربردهای فراوانی دارد. به عنوان مثال شیشه ای را تصور کنید که قابلیت تغییر از حالت شفاف به حالت کدر، توسط یک کلید را داشته باشد.

می توان از این شیشه برای پنجره خانه (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید)، برای جلوی فروشگاه ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه خصوصی هنوز متداول نشده است اما نمونه های زیادی از آن در تمام دنیا وجود دارد. امروزه در فروشگاه عرضه لباس، در اتاق های تعویض لباس از این نوع شیشه استفاده شده است.

با این سیستم می توان میلیون ها دلار در گرمایش و سرمایش و نور پردازی فضاها صرفه جویی کرد. در حال حاضر پنجره‌های هوشمند در برخی ساختمان‌ها به‌ کار گرفته می‌شوند.

این پنجره‌ها مصرف انرژی را کاهش می‌دهند؛ برای این کار، پنجره‌ها سرمای درون خانه را حفظ کرده و مقدار نور ورودی به داخل را کنترل می‌کنند.

 

کاربرد تزئینی محصولات خورشیدی:

اخیرا محصولات خورشیدی علاوه بر جذب انرژی خورشیدی، دارای کاربرد تزئینی نیز شده اند.
شیشه های رنگی تشکیل شده از سلول خورشیدی، در مصارف خانگی و صنعتی کاربرد پیدا کرده است که نه تنها تولید کننده انرژی هستند، بلکه در رنگ های مختلف، کاربردهای تزیینی نیز در نمای ساختمان دارد.

این محصول، پانل هایی چند لایه ی کدر تا نیمه شفاف، که به رنگ های نقره ای، برنزی، طلایی، تا رنگ های اصلی، قرمز، سبز، و سرخابی می باشد را شامل می شود که از پلی کریستال ها تشکیل شده اند. تفاوت رنگی آنان به دلیل تفاوت ضخامت در پوشش ضدانعکاس آنها می باشد.

 

عملکرد محققان برای شیشه های هوشمند:

محققان آزمایشگاه برکلی در حال ساخت پنجره هوشمندی هستند که میزان حرارت وارد شده به اتاق و همچنین نور محیط را تنظیم می‌کند. ساخت نوعی پوشش که شامل لایه نازکی از نانوبلورها با قابلیت انتقال نور مرئی و رد نور نزدیک مادون قرمز است می تواند گام مهمی در این رابطه به حساب آید.

حالت انتقال دهنده نور نزدیک به مادون قرمز نانوبلورها را می‌توان با اعمال چند ولت پتانسیل فعال ساخت. در یک روز سرد، هر دو نور مرئی و نزدیک به مادون قرمز برای انتقال گرما می‌توانند وارد محیط شوند؛ اما در روزهای گرم چند ولت الکتریسیته بر این نانوبلورها اعمال شده تا پنجره تنها به نور مرئی اجازه ورود بدهد.

تلفیق اکسید قلع ایندیوم:

دانشمندان همچنان به تلفیق اکسید قلع ایندیوم در شکل نانو بلور می پردازند. این بلورها در مایعات و حلال‌ها از هم جدا شده و می‌توان از آنها برای پوشش دادن به شیشه استفاده کرد. قلع به این ماده یک بار الکتریکی اضافی داده و الکترونهای آن مسؤول جذب نور مادون قرمز هستند.

تغییر حالت جذب کنندگی مادون قرمز شیوه کاملا جدیدی محسوب می‌شود. این پنجره‌های هوشمند، نه تنها به زیبایی و راحتی محیطها کمک کرده، بلکه تاثیرات اقتصادی زیادی بر سرانه مصرف انرژی داشته است. این نوع از پنجره ها با حفظ شرایط آب و هوایی داخل،‌ در روزهای داغ و سوزان تابستان، مانع ورود نور خورشید به داخل شده و در زمستان با تبدیل به حالت شفاف، اجازه عبور به نور خورشید را داده و انرژی گرمایی را ذخیره می‌کند.

 

پنجره‌های هوشمند موجود، از پنجره های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره های با ذرات معلق، با وجود مزایای زیادی که دارند، دارای معایبی نیز هستند که قیمت بالا، کاهش سریع بازدهی، به‌کارگیری مواد سمی و زیان‌آور در فرآیند ساخت از آن جمله است.

محققان در تلاش برای ساخت پنجره‌های هوشمندی که معایب مذکور را نداشته باشد، سیستم جدیدی را ابداع کرده‌اند که در آن از یک پلیمر و از یک حلال، مانند متانول استفاده شده است. این نوع از پنجره‌های هوشمند، ارزان قیمت بوده و در فرایند ساخت آنها از آلاینده‌های کمتری استفاده شده است؛ همچنین از استحکام بالایی نیز برخوردار هستند.

از فواید دیگر پنجره‌های هوشمند جدید می‌توان به قابلیت تبدیل سریع و آسان از حالت کاملاً مات به حالت شفاف در چند ثانیه اشاره کرد. این رفتار در میان پنجره‌های هوشمند، بی‌نظیر است و روش جدیدی برای ذخیره‌سازی گرما، سرما و نور با هزینه کم و از طریق مدیریت نورهای عبور داده شده به داخل ساختمان است.

 

شیشه های هوشمند و تاثیر آنها بر صنعت ساختمان:

امروزه فناوري هاي مدرن توليد شيشه ، تاثير شگرفي بر توسعه ساختمان سازي در سراسر جهان داشته است. فناوري شيشه هاي هوشمند در سالهاي اخير توسعه خيره كننده اي داشته است و طبق گزارش سالانه صنايع ايالت متحد آمريكا ، تقاضا براي شيشه هاي هوشمند تا سال 2020 از مـــرز سه ميليـــون مترمربع در سال خواهـــد گذشت.

توليد شيشــه هاي هوشمند بر پايه چهار تكنولوژي كريستال مايع ،الكتروكروميك ، ذرات معلق و مواد ترموكروميك استوار است . ارزش بازار جهانــــي شيشـــه هاي هوشمنـــــد در سال 2012 در حدود 80 ميليــــون دلار است كه در سال 2020 به 700 ميليون دلار خواهد رسيد. جدول زیر مشخصات فنی شیشه های هوشمند می باشد.