پنجره ها به عنوان یکی از ناکارآمدترین اجزا در حوزه انرژی در ساختمان ها شناخته می شوند. حدود یک سوم انرژی ساختمان از طریق پنجره ها هدر می رود. به همین دلیل در سالهای اخیر تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها بر روی پنجره ها متمرکز شده است. با فراگیر شدن تکنولوژی نانو، مکانیزم ساخت شیشه به مرحله ای از کمال رسیده که طراحی و تولید انواع شیشه را با لحاظ نمودن همزمان خواص پخشی، انعکاسی، جذبی و شفافیت جهت دستیابی به شرایط ایده ال و پاسخگویی به خواسته های مختلفی همچون کنترل نور روز و درجه حرارت مناسب، امکان پذیر کرده است. نیاز به ذخیره انرژی باعث شده تا انواع جدیدی از پنجرههای شیشهای در طراحی داخلی منزل مدرن استفاده میشود. این تکنـــولوژی کاربردهای فراوانی دارد، به عنوان مثال شیشه ای را تصور کنید که قابلیت تغییــــر از حـالت شفـاف به حالـت مات، توسـط یک کلید را داشته باشـــد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه ها هنوز در ایران متداول نشده است اما نمونه های زیادی در تمام دنیـــا وجود دارد و در کشور های پیشرفته جهت صرفه جویی در مصرف انرژی از این تکنولوژی استفاده میشود. پنجره های هوشمند جدید درمواجهه با خورشید تیره می شوند و این قابلیت را دارند که همزمان برق نیز تولید کنند.
انواع شیشه های هوشمند در طراحی داخلی منزل
- شیشههای الکتروکروماتیک: شیشههای الکتروکروماتیک دستهای از شیشهها هوشمند از الکتروکروماتیکها بهره میبرند. الکتروکروماتیکها موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر میکنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییر خصوصیات مواد میشود و کاری میکند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشههای پنجره استفاده میشود. نور خورشید به شیشهها میتابد، اما از طرفی جریان الکتریکی برقرار شده، سبب میشود تا یونها 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 فرایند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره میشود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که میتوان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد. در این روش به محض لمس یک دکمه بر تیرگی شیشه افزوده خواهد شد. در این سیستم (EC)، واحد شیشه با استفاده از فیلمهای شفاف با ضخامت ۲۰۰ یا ۳۰۰ نانومتر با شدتهای رنگی متفاوتی از شفاف تا آبی تیره تغییر میکند. واحد شیشه برای تغییر میزان شفافیت مطلوب با توجه به مقادیر مختلف انتقال حرارتی به جریان برق متصل میشود. پس از قطع جریان، تغییر حالت نوری حفظ میشود و نیازی به جریان مداوم برق نیست. وقتی که رنگ شیشه تیره میشود تابش حرارتی کاهش یافته و بیشتر اشعه عبوری در طیف مادون قرمز فیلتر میشود. عملکرد نماهاي دو پوسته با شیشه هاي الکتروکرومیک به لحاظ میزان مصرف انرژي ماهانه و سالانه در شرایط اقلیمی تهران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده که استفاده از نماهاي دو پوسته داراي شیشه هاي الکتروکرومیک از مزیت چشمگیري نسبت به نماهاي معمولی و نیز نماهاي دو پوسته متداول برخوردار است. به طوري که استفاده از نماي دو پوسته داراي شیشه هاي الکتروکرومیک میتواند مصرف انرژي ساختمان را 25 درصد در ماههاي سرد و 26 درصد در ماههاي گرم سال کاهش دهد و از این طریق موجب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژي ساختمان گردد.
- شیشههای ترموکرومیک: شیشههای ترموکرومیک مبتنی بر فناوری گرمافامی (ترموکرومیک) است که به وسیله آن، شیشه به گرما واکنش نشان داده و نوعی سازوکار عایقبندی حرارتی را بر سر راه نور خورشید میسر میکند، در حالی که ساختمان از کسب نور کافی محروم نخواهد شد. در حالت کلی، این سازوکار، مبتنی بر کسب نور کافی بدون کسب انرژی گرمایی است. توانایی پوشش برای تغییر وضعیت بین جذب و انعکاس نور به معنی استفاده از مزایای گرمایش خورشید در شرایط زمستانی و انعکاس در دماهای بالاتر و جلوگیری از گداختگی فضاهاست. ضمن آنکه در هر دو حالت نور مریی مطلوب جهت روشنایی فضا وجود دارد.
شیشه های فوتوکرومیک: شیشه فتوکرومیک شیشهای است که با قرار گرفتن در معرض تابش امواج الکترومغناطیس، میزان عبور نور از آن افت میکند و در صورت قطع تابش، به حالت اولیه برمیگردد.
شیشههای گازوکرومیک: سیستم گازوکرومیک GC از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: یک واحد شیشه عایق شده گازوکرومیک IGU یک فیلم ازWO3است. با قرارگرفتن فیلم GC در معرض فشار ضعیف هیدروژن به رنگ آبی درمی آید و انتقال مرئی را از۶۷ تا ۱۶و به طورمشابه انتقال انرژی خورشیدی ۶۰ تا ۱۲ کاهش میدهد.
- شیشه های هوشمند ( نوع کریستال مایع ): ساختمان درونی این شیشه تشکیل شده از دو لایه شفاف قلع به عنوان الکترود که لایه ای از کریستال مایع بین آنها ساندویچ شده است. در این هنگام زمانی که جریان الکتریکی وجود ندارد مولکولهای کریستال مایع دارای وضعیتی رندوم وار میباشد که به دلیل پراکنده بودن شیشه حالت مات دارد و با برقراری جریان الکتریکی مولکولها به حالت هم جهت و هم راستا قرار میگیرد و شیشه به صورت شفاف نمایان میشود. سابقه شیشههای هوشمند کریستال مایع در نوع تجاری و امروزی آن به سال ۲۰۰۱ بر میگردد؛ و تنها تفاوت این شیشهها در تقابل با شیشههای قدیمی وجود یک کلید ایجاد کننده جریان الکتریکی است؛ به صورتی که تا زمان دلخواه میتوانید از حالت مات و یا شفاف بودن شیشه بهره ببرید. در این نوع شیشه هوشمند، شیشـه نور مستقیم خورشید را پراکنده نموده و تا ۹۸ درصد اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز را حذف می نماید.
- شیشههای خود شو( خود تمیز شونده یا Self Cleaning ): شیشههای خود شستشو در سطوح پایین هوشمندی قرار میگیرند. در فرایند ساخت این شیشه بر روی سطوح آن پوششی شفاف از نوع سخت اعمال میشود که با انجام یک فرایند شیمیایی باعث عدم اتصال مواد آلی و ذرات آلودگی چسبنده به شیشه میشود. شیشههای خود شو با استفاده از دو فرایند همزمان باعث تمیز نگه داشتن سطح شیشه میشوند:
- به علت اینکه لایه روی سطح شیشه، خاصیت فوتوکاتالیک (استفاده از نور برای انجام واکنش دارد، باعث از بین بردن اتصال آلودگیهای موجود روی سطح شیشه با شیشه میشود.)
- خاصیت دوم این روکش که همزمان با خاصیت فتوکاتالیک به وسیله نورUV فعال میشود. خاصیت هیدروفیلیک (آب دوستی) است. این ویژگی باعث میشود که آب روی سطح شیشه به صورت ورق پخش شود بنابراین به راحتی روی سطح شیشه جاری و پخش میشود و سطح شیشه را تمیز میکند.
معایب و مزایای پنجرههای هوشمند
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 در طراحی داخلی منزل 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.
- همچنین این شیشه میتواند طراحی داخلی منزل و معماری ساختمان را دچار تحولی عظیم کرده و در عرصه بهینه سازی مصرف انرژی و ایجاد حریم خصوصی روندی تازه ایجاد نماید.
راه حل کنترل اتلاف انرژی در طراحی داخلی منزل
یکی از بهترین راههای کنترل اتلاف انرژی استفاده از پنجره های هوشمند است. پنجرههای هوشمند طوری طراحی شده اند که می توانند با محیط تعامل و سازگاری داشته باشند، مثلاً در طراحی داخلی منزل گرمای بیش از حد را دفع خواهندکرد. چنین شیشه هایی در ماههای گرم که هزینه مصرف انرژی به خاطر تهویه هوا بالا است مناسب هستند. پنجرههای رنگی حساس به نور (فوتوکرومیک) که پرتوهای خورشید را دفع میکنند سالهاست ساخته شده اند. هم اکنون پوششهای نازک نانومتری دیاکسید وانادیوم مخلوط شده با فقط 9/1% فلز تنگستن در پنجرهها استفاده می شود و به عنوان انعکاس دهندههای گرما عمل کنند، در حالیکه همچنان تمام نور مرئی را از خود عبور میدهند. ضخامت نانومتری و مخلوط پوشش میتوانند دقیقاً تعیین می کنند که در چه دمایی، حرارت منعکس شود. این به این معنا است که ادارات و منازل میتوانند بدون استفاده بیش از حد از سیستم های تهویه گران قیمت، خنک باقی بمانند و هزینهها را هم به طور چشمگیری کاهش دهند.
قابلیت های ویژه شیشه هوشمند
از جمله قابلیت های ویژه شیشه های هوشمند مات شونده(smart switchable glass)، امکان پخش تصویر از پشت (Back Projection) است. بدین معنا که میتوان از یک ویدئو پروژکتور برای پخش تصویر استفاده نمود با این تفاوت که دیگر نیازی به پخش تصویر از روبرو نبوده و می توان تصویر را از پشت روی شیشه (چه در حالت مات و چه در حالت شفاف) ایجاد کرد که این موضوع می تواند قابلیتهای تبلیغاتی یک نما را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد.
فناوری شیشه هوشمند می تواند در روزهای گرم تابستان که نور آفتاب به داخل ساختمان وارد میشود و نیاز به استفاده از دستگاه های خنک کننده و تهویه کننده هوا را افزایش می دهد به صورت هوشمند تاریک شود و از انعکاس نور جلوگیری کند و در عوض در فصول سرد سال دوباره به حالت اول بازگردد و شفاف شود.این فناوری،تاثیر خیر کننده ای بر مدیریت مصرف انرژی، در جهت کاهش مصرف سوخت های فسیلی در ساختمان دارد. پنجره ها نقش اصلی را در کنترل نور ورودی به داخل ساختمان و میزان انرژی مورد نیاز ایفا می کنند. ضرورت کنترل انرژی هنگامی مشهودترمیشود که سطح وسیعی از ساختمان با شیشه پوشیده شود که اغلب در این شرایط، امکان حفظ گرمای محیطی مناسب و ذخیره سازی معقول انرژی به طور همزمان با مشکلاتی همراه میشود.
شیشه های هوشمند علاوه بر تامین روشنایی روز دارای کیفیات دیگری همچون کنترل خورشیدی، آسایش حرارتی و راحتی از لحاظ دما (محافظ از گرمای تابستان و سرمای زمستان با مشخصه هایی همچون قابلیت بازیافت، دوام پذیری، عدم نیاز به پاکیزه نمایی، محافظت از رنگ پریدگی تدریجی اشیای داخل منازل در مقابل نور خورشیدو…) هستند.
مهمترین وجه تمایز میان فراوردههای جدید و نمونههای قدیمی تر، در این است که در فراوردههای جدید، تنها فشار دادن یک دکمه برای ایجاد تغییر در میزان انتقال نور از شیشه و تغییر از وضعیتی به وضعیت دیگر کافی است و مانند نمونههای قدیمی، نیازی به برقراری دایم جریان الکتریکی (تا هنگامی که بخواهیم شیشه تیره بماند) نیست. به این معنا با فشار دادن یک کلید شیشه از حالت شفاف خارج شده و با فشار دکمه دیگر به وضعیت قبلی بازمیگردد
کاربرد شیشه های هوشمند
مشخصات فيزيكي، عايق صوتي و قابليت محيطي مناسب شیشه های هوشمند مات شونده (ضخامتهاي 25-4 دهم ميلميتر) سبب كاربرد زياد در صنايع ساختماني و سالنهاي اجتماعات و اماکن عمومی گرديده است. امروزه شاهد استفاده از اين شيشه ها در خودروهاي سواري و اتوبوس هاي بين شهري نیز هستيم، پنجره ی نمای ساختمان، بیمارستان ها، سرویس های بهداشتی، پنجره های فروشگاه ها و آسانسور، خانه ها (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید) جلوی فروشگاه ها در شب و… استفاده کرد. یکی از موارد مصرف این پنجره ها در موزهها است،جایی که ورود بـیش از حد نور خورشید میتواند موجب آسیب دیدن اشیاء قیمتی شود.
شیشه های هوشمند مات شونده، فناوری نوینی هستند که در سال های اخیر به سرعت در حال توسعه و گسترش هستند. این شیشه ها با استفاده از فناوری های مختلف، می توانند در عرض چند ثانیه از حالت شفاف به حالت مات و برعکس تغییر حالت دهند. این فناوری مزایای متعددی دارد که می تواند کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف داشته باشد. یکی از مزایای اصلی شیشه های هوشمند مات شونده، قابلیت کنترل میزان نور عبوری از آنها است. این شیشه ها می توانند در حالت مات، میزان نور عبوری را تا حد زیادی کاهش دهند. این امر می تواند برای کاربردهایی مانند حفظ حریم خصوصی، کاهش تابش نور خورشید، و کاهش مصرف انرژی مفید باشد. شما میتوانید از تیم پادنا آمود برای طراحی منزل خود کمک بگیرید.
جهت مشاوره رایگان و دریافت خدمات طراحی داخلی یا طراحی نمای ساختمان خود خود از طریق راههای ارتباطی زیر با ما در ارتباط باشید.
تلفن تماس :
ایمیل :
موبایل :
تلفن تماس :
جهت مشاوره رایگان و دریافت خدمات طراحی داخلی یا طراحی نمای ساختمان خود از طریق راههای ارتباطی زیر با ما در ارتباط باشید.