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

Смарт-стекло на оконном рынке тема не новая. Использование стекла с переключаемой прозрачностью становится популярным в архитектурной среде и отражает современные тенденции развития интерактивных устройств. Такой ультрасовременный элемент дизайна ориентирован на высокие достижения в области техники, и то, что казалось невероятным еще несколько лет назад, теперь становится реальностью. На выставке Glasstec 2016 (Дюссельдорф, Германия) компании-производители представили инновации в области изготовления и применения Smart-стекла, рассказывает портал ОКНА МЕДИА.

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.

Решения NAYADA с технологией Smart Glass

Наша компания производит и реализует «умные» стекла не просто как отдельный продукт. Мы интегрируем их в конструкции для планировки пространства. В ассортименте есть цельностеклянные и комбинированные перегородки, а также двери различных типов. Можем выполнить оригинальный проект, например, моллированное (гнутое) стекло с электрохромной пленкой.

Реализация проектов со Smart-стеклом в готовой основе занимает минимум времени — стандартные размеры подходят для большинства офисов. Выбирайте стационарные системы под любые задачи:

• Standart — надежные алюминиевые рамы с отделкой из шпона или долговечной порошковой окраской в любой оттенок палитры RAL;
• Intero 400 и Intero 700 — изящные, визуально легкие панели без видимого крепежа со звукоизоляцией до 47 дБ;
• Twin — отдельные полотна соединяются едва заметным поликарбонатным профилем, получается как будто сплошная стена с шумоизоляцией в 46 дБ;
• Quadro — тонкие декоративные планки создают на поверхности сложный рисунок рассечки, формируются стены с неординарным дизайном.

В любую систему можем встроить подходящие двери — распашные или раздвижные Slim, цельностеклянные двойные Intero или звуконепроницаемые Magic.

Со смарт-перегородками и дверями NAYADA офисный интерьер станет эстетичным и функциональным.

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.

Структура смарт-пленки

Защитные внешние слои (толщина ~175мкм):

• ITO — пленка оксидов индия и олова
• PET – полиэтилентерефталатовая пленка
• С прозрачным электропроводящим покрытием (на внутренней стороне)

Внутренний слой – жидкокристаллические капли в полимерном заполнении (толщина ~20мкм).

Толщина пленки: около 400мкм

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:

1. Лист прозрачного стекла.
2. Двуслойная пленка. Между ее слоями помещены жидкие кристаллы.
3. 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.

Как работает технология Smart Glass

Smart Glass — стекла, изменяющие прозрачность под действием электричества. Стеклянное заполнение в двери или перегородке мгновенно реагирует на команды. После нажатия кнопки на пульте кабинет превращается в приватную зону или, наоборот, становится видимым. На преображение уходит меньше секунды.

Менять прозрачность позволяет электрохромная ЖК-пленка, которая закреплена на поверхности остекления или между двух стекол. Без электричества микрокристаллы располагаются в хаотичном порядке, поэтому по умолчанию «умная» тонировка стекла матовая. При подаче напряжения кристаллы выстраиваются друг за другом и делают пленку прозрачной.

По сути, стекла с регулируемым затемнением — это электроприборы. Причем полностью безопасные. Остекление вокруг пленки ток не проводит, так как является диэлектриком. Напряжение минимальное — всего лишь 15 В. Никаких проводов не видно. Они скрыты в зажимах и профильных рамах перегородок или в петлях дверей, так что все эстетично и аккуратно.

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.

Характеристики стекла Saint Gobain

Характеристика*	Однослойная конструкция, 11мм		Стандартная композиция, 12мм		Экстра-матовая конструкция, 28мм
	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ	ВКЛ	ВЫКЛ
Композиция	11мм, однослойный		Стеклопакет: 6мм смарт-стекло, 12мм воздух		аргон 15мм, смарт-стекло
Пропускание света, LT	77%	76%	53%	54%	62%	63%
Отражение света, LR	19%	18%	20%	20%	21%	21%
Коэффициент теплопроводности, SF**	63%	64%	41%	41%	46%	46%
Коэффициент теплопотерь, U***	5,6÷5,8 Вт/м2C°		1,6 Вт/м2C°		1,1 Вт/м2C°
Матовость, H	<7,5%	>90%	<8.5%	>90%	<8.4%	>90%

*Погрешность приведенных значений не превышает +/- 2%

**Коэффициент теплопроводности показывает количество солнечной энергии (в процентах), проходящее через конструкцию. Чем меньше коэффициент, тем больше защита от солнечного света.

***Коэффициент характеризует насколько хорошо конструкция предотвращает потери тепла. Единица измерения: Вт/м2C°

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:

1. Создание внутренних перегородок и элементов дизайна.
2. 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.

Перспективы развития

Умное стекло постепенно завоевывает популярность, и аналитики утверждают, что так будет продолжаться в ближайшем будущем. Уже появились оценки специалистов, утверждающие, что стекло с изменяемой прозрачностью снижает потребление электричества. Оно позволяет снизить затраты на освещение и кондиционирование помещения, сэкономить на рекламных экранах.

Сейчас smart glass устанавливают в крупных офисных зданиях, элитных автомобилях, дорогих загородных коттеджах. В будущем его производство станет массовым, цена снизится, и окна с регулируемой прозрачностью станут доступны всем.

Дополнительные возможности

Кроме регулируемой прозрачности стекло может выполнять такие функции:

• Монохромное белое можно использовать в качестве экрана для презентаций;
• Цветное смарт стекло станет украшением интерьера;
• Использование светодиодов превратит стену здания в рекламный экран;
• Литиевые пленки поглощают ультрафиолет.

Smart glass – это многофункциональные изделия, область применения которых будет только расширяться.

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.

Где технология Smart Glass наиболее эффективна

Электрохромное стекло — отличный вариант для зонирования любого современного офиса. В обычное время его пространство свободное и светлое. Если необходимо провести конфиденциальные переговоры, стены делаются глухими, превращая открытое помещение в уединенную зону.

В банках и хранилищах-сейфах стеклопакетам можно придать пулестойкие свойства.

Перегородки с остеклением переменной прозрачности можно использовать как оригинальные рекламные стенды. В тандеме с проектором матовая поверхность будет играть роль экрана во время презентаций.

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.

Управление прозрачностью стекла

Схема управления окном или перегородкой переменной матовостью может быть самой разнообразной. Можно реализовать переключение прозрачности всей конструкции целиком и одновременно или же управлять отдельными ее частями.

Для подачи электропитания на пленку используется блок питания, создающий рабочее напряжение 110В переменного тока. Он скрывается, как правило, в запотолочном пространстве, в технических люках или в электрощитовой.

Матовость может включаться и выключаться переключателем в раме, на стене (рядом с окном или совершенно в другом месте), по датчику освещенности или движения, с пульта удаленного управления – или сразу несколькими из этих устройств.

Предыдущая: Цельностеклянные смарт-перегородки

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

Производство светопрозрачных конструкций на заказ

Современные технологии, высокоточное европейское оборудование позволяет изготавливать ударопрочные материалы, устойчивые к атмосферным воздействиям, механическим повреждениям.

На базе внедряемых нами технологий мы разрабатываем и создаем следующие продукты из стекла:

• элементы фасадного остекления;
• окна и витражи;
• перегородки офисные и межкомнатные;
• переговорные и VIP-комнаты;
• внутренние двери, фурнитуру;
• стеновое остекление;
• подвесные потолки из стекла;
• эксклюзивные изделия из стекла с интеграцией других материалов по индивидуальным эскизам;
• ванны и раковины, душевые, элементы интерьера СПА-зон и бассейнов;
• столы и фартуки для кухни (скинали);
• дизайнерские полотенцесушители;
• полы, лестницы, лестничные ограждения;
• козырьки;

Мы готовы работать по вашим эскизам или помочь в разработке проекта «с нуля», основываясь на ваших требованиях к изделию.

По любым возникшим вопросам звоните нам или приезжайте в офис в Москве. Данные для связи указаны в разделе «Контакты».