ТЕХНИЧЕСКАЯ И СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ «ШТИВЕР»:  
 

    ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ СТЕКЛО (смарт стекло)
    ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМАРТ СТЕКЛА
    СТЕКЛО С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ

     
  ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ СТЕКЛО (Smart Glass, смарт стекло)  
 

Понятие «смарт стекло» или «умное» стекло (Smart Glass, Smartglass), также называемое «переключаемым» стеклом, относится к группе светопрозрачных изделий, способных изменять свои свойства под воздействием электрического тока.

     Различают три принципиальные технологии смарт стекла:

   • Полимерные рассеянные жидкокристаллические частицы (PDLC, Polymer Dispersed Liquid Crystals, LC Glass)
   • Взвешенные частицы (SPD, Suspended Particle Devices)
   • Электрохромные частицы (ECD, ElectroChromatic Devices, EC Glass)

     Полимерные рассеянные жидкокристаллические частицы
   Суть технологии PDLC заключается в формировании между двумя слоями электропроводного полимерного покрытия специальной жидкокристаллической структуры (слоя).

PDLC

   При отсутствии напряжения жидкие кристаллы располагаются в хаотическом порядке, формируя непрозрачную матово-белую структуру. В этом состоянии смарт стекло PDLC оптически непроницаемо, что позволяет использовать его в качестве проекционного экрана прямой и обратной проекции, разного рода перегородок, а также использовать в составе защитного остекления всех классов защиты. При подаче напряжения жидкокристаллические частицы принимают положение, перпендикулярное плоскости электропроводного слоя и смарт стекло становится оптически прозрачным, с незначительной опалесценцией.

принцип работы смарт стекла

 

   Новейшие материалы для производства смарт стекла Polyvision позволяют изготавливать широкоформатные (более, чем 1,5 х 3 метра) панели, отличающиеся низковольтным (от 12-ти Вольт) питанием и сверхнизким энергопотреблением.

     Взвешенные частицы

   Технология SPD или «взвешенные частицы» представляет собой нечто среднее между смарт стеклом типа PDLC и ECD.
   Структура пленки SPD практически идентична структуре PDLC, отличие заключается в том, что частицы имеют стержнеобразную форму, поэтому смарт стекло SPD оптически проницаемо в любом состоянии.
   При отсутствии напряжения взвешенные частицы располагаются хаотично и стекло имеет темно синий или, реже, черный либо серый цвет. В течение 2-3-х секунд после подачи напряжения, частицы упорядочивают ориентацию и смарт стекло просветляется до светло синего или серого оттенка.

     Электрохромные частицы

   Принципиальное отличие ECD технологии заключается в том, что в отличие от смарт стекла PDLC и SPD, рабочий слой формируется многослойным напылением на пленку или стекло и в выключенном состоянии прозрачен.
   Изменение состояния происходит за счет миграции ионов лития под действием тока постоянного напряжения.
   Контроль затемнения/просветления осуществляется путем изменения полярности и величины подаваемого напряжения (в пределах 3-5 Вольт).
   Также, как и в случае применения смарт стекла SPD, оттенки электрохромного стекла варьируются от темно синего до светло голубого.

     Независимо от принципов работы, все типы материалов, применяемых для производства смарт стекла, чувствительны к влаге, агрессивным средам и механическим воздействиям, поэтому проходят обязательную процедуру ламинирования (триплексования).
   Изготовление триплекса производится по одной из современных технологий, позволяющих использовать готовые панели смарт стекла в различных типах применения.

 
  ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОХРОМНОГО СТЕКЛА (Smart Glass, смарт стекла)  
 

Смарт стекло производится путем триплексования 2-х или более листов стекла или поликарбоната.
     Наиболее распространены следующие технологии изготовления панелей смарт стекла по типу используемых ламинирующих пленок:

   • EVA — этиленвинилацетатная пленка, обладает хорошей адгезией (липкостью) к пластикам и стеклу.
     Основные преимущества — низкая стоимость как пленки, так и оборудования. Для изготовления триплекса достаточно иметь примитивную печь с вакуумными мешками.
     Недостатки — высокая опалесценция (мутность), особенно при многослойном ламинировании, со временем появляется желтизна.
     EVA имеет низкую прочность на сдвиг, особенно при минусовых температурах, что приводит к деламинации (расслоению), чувствительна к влажности.
     Одна из особенностей смарт стекла, изготовленного по технологии EVA — непредсказуемое по времени появление отлипов (расслоений).

 

  • PVB — поливинилбутиральная пленка, обладает высокой адгезией к стеклу и низкой — к пластикам.
     Основные преимущества — низкая стоимость массового производства триплекса, ничтожная опалесценция, высокое качество готового продукта.
     Недостатки — высокая стартовая стоимость оборудования, требуется автоклав, пресс предварительной горячей опрессовки (колландер), «чистая» комната, квалифицированный персонал. Кроме того, триплекс, изготовленный по технологии PVB, не может использоваться в условиях повышенной влажности.
     Применительно к производству смарт стекла, данная технология даёт гораздо лучшие, чем EVA, результаты.

   • TPU — пленка из термопластичного полиуретана, обладает чрезвычайно высокой адгезией к стеклу и пластикам.
     Основные преимущества — ничтожная опалесценция, невосприимчивость к влажности, механическим нагрузкам и действиям агрессивных сред, очень высокое качество готового продукта.
     Недостатки — высокая стоимость пленки и оборудования, требуется автоклав, «чистая» комната, квалифицированный персонал.
     Применительно к производству смарт стекла, данная технология даёт превосходные результаты.
     О качестве триплекса, изготовленного с применением TPU, говорит тот факт, что именно этот материал используется для производства изделий остекления для аэрокосмической отрасли.

 
  СТЕКЛО С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ (Электрообогреваемое стекло)  
 

Электрообогреваемое стекло

   Электрообогреваемое стекло и окна — это сравнительно новые продукты, позволяющие разрешить многие проблемы, возникающие в процессе проектирования зданий и транспортных средств.
   Идея стекла с электрообогревом базируется на использовании энергосберегающего низкоэмиссионного стекла, представляющего собой обычное силикатное стекло со специальным покрытием из оксидов металлов. Низкоэмиссионное покрытие сокращает потери тепла приблизительно на 30 %. Стекло с электрообогревом может использоваться во всех стандартных системах остекления, изготовленных из дерева, пластика, алюминия или стали.
   Впервые электрообогреваемое стекло на основе низкоэмиссионных покрытий было массово применено в начале 80-х годов. К настоящему времени электрически обогреваемое стекло используется во множестве зданий и на серийно производимых транспортных средствах.
   Стекло с электрообогревом устраняет неудобства и недостатки, вызванные низкими теплоизоляционными свойствами силикатного стекла. При нагреве поверхности стекла исчезает эффект «холодного окна», предотвращается конденсация влаги, снимается наледь и снежный покров, компенсируются теплопотери окна, тем самым создавая атмосферу комфорта в помещении.
   Электрообогреваемое стекло может использоваться в качестве основной системы отопления и сочетаться с системами обогрева пола и потолка. Подобная комбинация способствует снижению суммарных теплопотерь сооружения, тем самым уменьшая затраты на отопление. Кроме того, применение обогреваемых окон позволяет использовать полезную площадь помещения более рационально, поскольку исключает необходимость установки массивных подоконных радиаторов.
   Первоначально стекло для электрообогрева производилось путем последующего напыления покрытия на обычное стекло, что не могло гарантировать стабильность качества продукции. Технологический порыв произошел в 1989 году с началом промышленного производства низкоэмиссионного стекла. Покрытие стало наноситься в процесс производства, что позволило резко повысить качество инновационного продукта и сделать его идеальным компонентом производства электрообогреваемого стекла.

     Стандартные окна

     Конструкция окна

   Окна играют важную роль в создании комфортной атмосферы в помещении. Именно поэтому площадь остекления зданий постоянно увеличивается.
   Оконные технологии быстро прогрессируют и использование низкоэмиссионного стекла стало обычным делом. Несмотря на прогресс, низкая температура поверхности стекла по-прежнему остается проблемным местом структурного остекления. Электроподогреваемое стекло позволяет решить проблемы, связанные с низкой температурой поверхности и ощутимо повысить уровень комфорта в помещениях. Стекло с обогревом может использоваться практически во всех типах систем остекления, изготовленных из дерева, пластика или алюминия.
   Обогреваемое стекло и стеклопакеты могут использоваться как в глухих, так и в открываемых конструкциях. Обогреваемый стеклопакет может быть одно- или двухкамерным. Преимущества стеклопакета состоят в его герметичности и способности значительно снизить теплопередачу.

     Светопропускание и теплопотери оконных конструкций

   Если температура в здании выше, чем температура снаружи, тепло просачивается через элементы конструкции. Окна обычно являются наиболее уязвимой частью здания с точки зрения потерь тепловой энергии. Так, потери тепла через оконные конструкции в обычном особняке составляют порядка 20-25 % от общей потери тепла.
   Теплоизоляция светопрозрачных конструкций может быть улучшена путем увеличения количества стекол и камер стеклопакета, но это приведет к удорожанию конструкции и снижению коэффициента светопропускания. Разумной альтернативой является использование низкоэмиссионного стекла, которое по светопропусканию практически аналогично обычному, но при этом отражает тепловое излучение обратно в помещение.
   Основным показателем, характеризующим способность стекла отражать тепловое излучение, является его излучающая способность (Е) или – «коэффициент эмиссии». У обычных стекол коэффициент эмиссии составляет 0.83, а у низкоэмиссионных может доходить до 0.03, при этом свыше 90% накопленного тепла будет отражаться обратно в помещение. Чем меньше коэффициент эмиссии, тем эффективнее материал отражает тепло, тем выше его теплосберегающие свойства. Для сравнения, коэффициент эмиссии двухкамерного стеклопакета, собранного из обычного стекла, равен аналогичному показателю однокамерного стеклопакета, изготовленного с применением низкоэмиссионного стекла.
   Помимо энергосберегающей функции в холодное время года, низкоэмиссионное стекло обладает способностью отражать избыток внешней тепловой энергии в летний период, при этом совсем незначительно влияя на коэффициент светопропускания остекления.
   Дополнительным фактором снижения теплопередачи стеклопакетов является использование для заполнения камер газов низкой теплопроводности — аргона (Ar) или криптона (Kr). В современных стеклопакетах чаще всего применяют аргон, который, при незначительном удорожании стеклопакета, позволяет снизить потери тепла на 10-20%.

     Влияние температуры поверхности окна на комфорт

   Существуют две причины, по которым человек испытывает дискомфорт, находясь рядом с холодной поверхностью окна. Во-первых, холодное стекло является причиной оттока тепла, поступающего от кожного покрова человека. Во-вторых, холодное окно вызывает циркуляцию воздуха, что ощущается как сквозняк.
   Именно для снижения влияния этих факторов, радиаторы отопления размещают в подоконных нишах. Поскольку человек способен ощущать тепло и холод, фактическая температура окружающей среды не является единственным фактором, определяющим общее ощущение комфорта. В реальности термическое излучение окружающих поверхностей имеют большее влияние, нежели температура воздуха. Если поверхность стекла холодная, то для поддержания комфортной атмосферы необходимо увеличить температуру отопления, что увеличивает расход энергии.
   Проблема холодного окна может быть эффективно решена при помощи электрообогреваемого стекла. Окна с подогревом позволят поддержать оптимальный уровень комфорта и температуры помещения. Температура воздуха может быть снижена по крайней мере на 1°С, если температура окружающих поверхностей имеет тоже значение. При этом нет необходимости в установке отопительных радиаторов, и высвобождается дополнительная площадь. Кроме того, в выключенном состоянии электрообогреваемые стеклопакеты работают как обычные низкоэмиссионные изделия остекления.

 

     Электрообогреваемое стекло и стеклопакеты

     Структура электрообогреваемого стекла

   Идея стекла с электрообогревом базируется на использовании энергосберегающего низкоэмиссионного стекла, где покрытие играет роль нагревательного элемента. Электрически нагреваемое стекло может использоваться как в стеклопакетах, так и в составе триплекса, в том числе выполняющего функцию защитного остекления.
   Технологический процесс производства стеклопакетов с электрообогревом почти не отличается от производства обычных стеклопакетов. Главное различие между ними – это наличие проводов электропитания и, при необходимости, проводов датчика температуры.
   Температурный датчик позволяет с высокой точностью отслеживать температуру обогреваемого стекла и исключить возможность перегрева изделия.
   Во избежание поражения электротоком, проводящее покрытие всегда находится изнутри стеклопакета или триплекса.
   Для производства стекла с электрообогревом используется только безопасное закаленное стекло, прочность которого в несколько раз выше, чем у обычного стекла. Разрушение закаленного стекла приводит к образованию безопасных осколков. При этом токопроводный слой теряет целостность, что приводит к срабатыванию автоматического предохранителя, отключающего электропитание стекла. Контактные шины (электроды) находятся внутри триплекса и доступ у ним невозможен без разрушения изделия.

     Применение электрообогреваемого стекла

   Стекло с электрообогревом в большинстве случаев применяется для обогрева окон. Обогреваемые окна особенно полезны для использования в помещениях, где люди проводят много времени у окон, дома или на работе. Наиболее распространенное применение обогреваемого стекла — окна коттеджей, офисных зданий, а также большие площади остекления — витражи, светопрозрачная кровля, зенитные фонари, козырьки и т.п.
   Электрообогреваемое стекло используется также во избежание запотевания и обмерзания остекления бассейнов, саун и других подобных строений.
   Поскольку электрообогреваемое стекло имеет токопроводное покрытие, оно может быть применено и в качестве датчика охранной сигнализации. При разрушении стекла происходит срабатывание системы защиты, что влечет активацию сигнализации.
   Подобные изделия широко применяются на объектах с повышенными требованиями к обеспечению безопасности: АЭС, пункты аэронавигационного контроля, музеи, специальные хранилища и т.п.
   Стекло с обогревом также применяется в остеклении различных транспортных средств: тепло- и электровозов, судов и катеров, различных летательных аппаратов и автомобилей.
   Одним из распространенных примеров применения электрообогреваемого стекла является бронеостекление, поскольку защитное остекление имеет значительные толщины и склонно к обмерзанию. Применение стекла с обогревом особенно актуально при применении в составе бронепакета жидкокристаллического стекла (смарт стекла, Smart Glass или «умного стекла») переменной прозрачности, поскольку подогрев существенно сокращает время реакции жидкокристаллической структуры.
   Мощность, потребляемая изделиями, зависит от характера применения. Для поддержания комфортной температуры помещения и поддержания температуры поверхности стекла в пределах от +20°С до +30°С в большинстве случаев достаточно мощности порядка 50-100 Ватт на 1 квадратный метр остекления.
   В случае использования электрообогреваемого стекла в качестве основной системы отопления необходимо поддерживать температуру поверхности стекла в пределах от +30°С до +45°С и обеспечивать мощность от 100 до 300 Ватт на 1 квадратный метр остекления.
   Мощность, потребляемая изделиями транспортного остекления достигает до 1,5 кВт на 1 квадратный метр и более, поэтому к качеству нанесения токопроводных шин предъявляются особые требования.
   Для снятия снеговой нагрузки и обледенения на внешних ограждающих светопрозрачных конструкциях в условиях низких температур и ветровых нагрузок необходима мощность обогрева порядка 500 - 700 Ватт на 1 квадратный метр остекления.

     Технология производства

   Электрообогреваемое стекло производится путем триплексования 2-х или более листов силикатного стекла. Наиболее распространены следующие технологии изготовления панелей смарт стекла по типу используемых материлов:

  • EVA — этиленвинилацетатная пленка, обладает хорошей адгезией (липкостью) к стеклу.
   Основные преимущества — низкая стоимость как пленки, так и оборудования. Для изготовления триплекса достаточно иметь примитивную печь с вакуумными мешками.
   Недостатки — высокая опалесценция (мутность), особенно при многослойном ламинировании, со временем появляется желтизна.
   EVA имеет низкую прочность на сдвиг, особенно при минусовых температурах, что приводит к деламинации (расслоению), чувствительна к влажности.

  • PVB — поливинилбутиральная пленка, обладает высокой адгезией к стеклу.
   Основные преимущества — низкая стоимость массового производства триплекса, ничтожная опалесценция, высокое качество готового продукта.
   Недостатки — высокая стартовая стоимость оборудования, требуется автоклав, пресс предварительной горячей опрессовки (колландер), «чистая» комната, квалифицированный персонал.
   Кроме того, триплекс, изготовленный по технологии PVB, не может использоваться в условиях повышенной влажности.

  • TPU — пленка из термопластичного полиуретана, обладает чрезвычайно высокой адгезией к стеклу.
   Основные преимущества — ничтожная опалесценция, невосприимчивость к влажности, механическим нагрузкам и действиям агрессивных сред, очень высокое качество готового продукта.
   Недостатки — высокая стоимость пленки и оборудования, требуется автоклав, «чистая» комната, квалифицированный персонал.

  • Фотоотверждаемые полимеры — так называемая "заливочная технология".
   Основные преимущества — низкая стоимость как полимера, так и оборудования. Для изготовления триплекса достаточно иметь ультрафиолетовую печь и минимум дополнительного оборудования.
   Недостатки — необходимость иметь квалифицированный обученный персонал.
   Обогреваемый триплекс, изготовленный по данной технологии, нечувствителен к влажности и температурным воздействиям, имеет высокую прочность на сдвиг.

Статья в википедии

 
 
  Дизайн и верстка Архитектурное бюро "БАЗИС" art@archbazis.ru
Тел. +7 (495) 694 3632
  Все права на сайт принадлежат ШТИВЕР®
любое цитирование или копирование информации с сайта
должно сопровождаться ссылкой на первоисточник.