Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okładka SS-11-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner konferencja 12 2017

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

  

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 budma750x200

 

 

 

lisec SS FastLAne

 

baner-2-krzywe

 

 

 

Szkło o zmiennej przezierności
Data dodania: 06.06.13

     „Inteligentne”, aktywne lub zmienne szkło (tzw. switchable lub smart glass) – są to określenia odnoszące się do typów szkła, stosowanych w oknach lub świetlikach, w których pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego następuje zmiana właściwości odnoszących się do transmisji światła.

 

     Dzięki temu, sterując napięciem elektrycznym, można kontrolować stopień transmisji światła (a tym samym i ciepła) przez to szkło. Po aktywacji, większość rodzjów szkieł ze stanu nieprzejrzystego stają się całkowicie przezroczyste.

 

 

2013-04-39-1a

 

2013-04-39-1b

Fot. 1. Jedno z zastosowań szkła o regulowanej przezierności: optyczne łączenie/izolowanie przestrzeni użytkowej

 

 

     Do technologii pozwalających uzyskać szkło „inteligentne”, sterowane przy zastosowaniu napięcia elektrycznego, zaliczamy: technikę zawiesiny cząsteczek (suspended particle devices SPD), technikę dyspersji ciekłych kryształów (polimer dispersed liquid crystal devices PDLCD lub zapis PD-LCD), a także szkło elektrochromatyczne (electrochromic devices) oraz mikro-żaluzje (micro-blinds).

 

     Zastosowanie inteligentnego szkła pozwala na oszczędności dzięki zmniejszeniu kosztów ogrzewania, klimatyzacji i oświetlenia, a także uniknąć kosztów instalacji i utrzymania automatyki i napędów do tradycyjnych osłon przeciwsłonecznych, jak żaluzje, rolety czy markizy. Szkło, które jest nieprzejrzyste w stanie nieaktywnym, blokuje prawie całą transmisję promieni UV przez szybę, a tym samym zmniejsza blaknięcie tkanin, farb i innych wyrobów wrażliwych na działanie promieniowania UV.

     Niektóre firmy podkreślają też ekologiczność szkieł „inteligentnych”, które w stanie nieaktywnym nie zużywają energii, a do utrzymania stanu aktywnego potrzebują jej bardzo mało.

 

     Negatywnym aspektem stosowania szkła „inteligentnego” jest konieczność doprowadzenia instalacji zapewniającej dostarczanie napięcia elektrycznego, koniecznego do przejścia w stan aktywny (czyli koszty ułożenia i obsługi takiej instalacji elektrycznej). Ważnymi aspektami, które należy brać pod uwagę, są trwałość instalacji i urządzeń sterujących oraz stabilność cech użytkowych, takich jak: szybkość reakcji na sygnał zmiany stanu aktywności (z nieaktywnego w aktywny i odwrotnie), jednorodności szkła ściemnionego i stopnia transparentności szkła przejrzystego.

 

     W niniejszym artykule skupimy się na technikach SPD i PDLCD, które pozwalają uzyskać szkło o zmiennej przezierności w procesie laminowania szkła, a szkło elektrochromatyczne (też elektrochromowe) będzie tematem kolejnego.

 

 

2013-04-39-2a

2013-04-39-2b

Rys. 1. Schemat budowy szkła o zmiennej przezierności SPD (źródło: Hitachi Chemical Products)

 

 Technika zawiesiny cząsteczek (suspended particle devices SPD)

     W tej metodzie w skład laminatu wchodzi cienka folia, zawierająca zawiesinę podłużnych cząsteczek, umieszczona między dwiema taflami przezroczystego tworzywa sztucznego lub szkła, lub przyklejona z jednej strony takiej tafli. Schemat budowy takiego szkła pokazano na rys. 1. Gdy nie przykładamy napięcia elektrycznego, zawieszone cząsteczki są ułożone w przypadkowych kierunkach i mają tendencję do absorbowania światła tak, że płyta szklana jest ciemna (lub mleczna), najczęściej z odcieniem niebieskim, a ostatnio udało się uzyskać odcień szary i czarny.

 

     Po przyłożeniu napięcia, zawieszone cząstki wyrównują swoją pozycję i pozwalają na przenikanie (transmisję) światła. Potencjał przyłożonego napięcia może być sterowany ręcznym przełącznikiem lub w sposób automatyczny (po sygnale z odpowiednich czujników, np. mierzących natężenie światła lub wysokość temperatury) aby precyzyjnie kontrolować ilość (i jaskrawość) przechodzącego światła i ciepła przez taką szybę, zmniejszając w ten sposób potrzebę stosowania klimatyzacji w lecie i ogrzewania w zimie.

 

     Inne zalety to zmniejszenie „wkładu” takiego budynku w emisyjność dwutlenku węgla CO2 (na co ostatnio kładzie się nacisk w UE) oraz wyeliminowanie potrzeby korzystania z drogich i niekiedy kłopotliwych w stosowaniu zewnętrznych osłon przeciwsłonecznych.

 

 

2013-04-40-1

Fot. 2. Zasada działania szkła SPD (fot. Hitachi Chemical Products)

 

 

Technika dyspersji ciekłych kryształów (polimer dispersed liquid crystal devices PDLCD)

     W tej metodzie w skład laminatu wchodzi cienka folia, zawierająca dyspersję ciekłych kryształów w odpowiednio zestalonym lub utwardzonym polimerze. Podczas zmiany stanu polimeru z cieczy w postać substancji stałej, ciekłe kryształy wydzielają się z polimeru i w postaci kropel pozostają zawieszone w masie polimeru. Warunki utwardzania wpływają na wielkość kropel i cząsteczek kryształów, co z kolei ma wpływ na ostateczne właściwości funkcjonalne „inteligentnego” szkła. Zwykle folia z ciekłymi kryształami jest umieszczona pomiędzy dwiema warstwami z tworzywa sztucznego lub szkła. W skład pakietu wchodzą jeszcze folie z naniesioną cienką warstwę przezroczystego materiału przewodzącego, spajające całość w procesie laminowania. Schemat budowy takiego szkła pokazano na rys. 2.

 

 

2013-04-40-2

Rys. 2. Szkło switchable jest szkłem warstwowym z przekładką zawierającą ciekłe kryształy. W stanie „off” ciekłe kryształy układają się w sposób chaotyczny, co powoduje, że szkło staje się matowe. W stanie „on” kryształy układają się w sposób uporządkowany, a szkło staje się przezierne. Przejście z efektu szkła matowego na przezierne i odwrotnie jest niemal natychmiastowe.
Stan ON - gdy włączone zasilanie, ciekłe kryształy układają się w sposób uporządkowany, a szkło staje się przezierne
Stan OFF - gdy wyłączone, kryształy układają się w sposób chaotyczny, co powoduje, że szkło staje się matowe

 

 

     Struktura ta jest w istocie kondensatorem. Przewody zasilające za pomocą tzw. szyn są połączone z przezroczystymi warstwami przewodzącymi pełniącymi rolę elektrod. Przy braku napięcia ciekłe kryształy są losowo ułożone w zawiesinie kropel, w wyniku czego następuje rozpraszanie światła, które przechodzi przez strukturę inteligentnego szkła. Wygląd takiego szkła jest nieprzezroczysty, „biały”, „mleczny”. Po przyłożeniu napięcia do elektrod, powstaje pole elektryczne pomiędzy dwiema przeźroczystymi warstwami przewodzącymi, co powoduje, że ciekłe kryształy wyrównują swoje ustawienie. Dzięki temu światło, które przechodzi przez kropelki w bardzo małym stopniu ulega rozproszeniu i szyba staje się przejrzysta.

 

     Szyby PDLCD są zwykle użytkowane w dwóch stanach: aktywnym – z pełną przejrzystością lub nieaktywnym z całkowitą nieprzejrzystością.

 

     Ale i w tej technice przejrzystość może być kontrolowana przez wysokość zastosowanego napięcia elektrycznego. To jest możliwe, ponieważ przy niższych napięciach, tylko niektóre z ciekłych kryształów mogą wyrównać całkowicie swoje ustawienie w polu elektrycznym, a więc tylko niewielka część światła przechodzi bez zakłóceń przez strukturę, a większość światła zostaje rozproszona. Jak napięcie wzrasta, mniejsza ilość ciekłych kryształów pozostaje bez wyrównania ustawienia, w wyniku czego jest mniej światła rozproszonego – czyli struktura jest bardziej przejrzysta.

 

     Możliwe jest również rozszerzenie gamy rozwiązań przez zastosowanie dodatkowych, kolorowych folii, farb dekoracyjnych oraz obróbki szkła (piaskowanie, trawienie), dzięki czemu uzyskuje się nowe efekty estetyczne, jak też wpływa na ilość światła i ciepła przenikającego przez szybę.

 

 

2013-04-40-3

Rys. 3. Schemat budowy szkła PD-LCD (źródło: Nippon Scheet Glass)

 

 

     Typy stosowanego szkła: odprężone float (kolorowe, przezroczyste, superprzezroczyste – odżelazione tzw low iron), wzmacniane termicznie i hartowane (termicznie i chemicznie).

 

     Typy stosowanych folii laminujących: EVA, PVB, TPU.

 

     Rozmiary: maksymalny wymiar pojedynczej formatki to 1800x3500 mm, formatki mogą być łączone w zestawy.

 

     Grubość: od 7,5 mm (3+3 mm) do 39,5 mm (19+19 mm)

 

     Kształty: najbardziej popularne są płaskie prostokąty, ale dostępne jest też szkło gięte i praktycznie dowolny kształt, włączając w to otwory, wcięcia i wycięcia.

     Dostępne są również wersje mające zastosowanie w ochronie przeciwpożarowej czy też chroniące przed promieniowaniem rentgenowskim – do stosowania w specjalnych aplikacjach.

 

     Większość produktów oferowanych obecnie działa tylko w dwóch stanach: aktywny lub nieaktywny (on/off ) mimo tego, że technologia zapewniająca zmienne poziomy przejrzystości może być łatwo zaimplementowana.

 

     Technologia PLCD może być stosowana wewnątrz i na zewnątrz budynków do zapewniania prywatności (np. do sal konferencyjnych, oddziałów intensywnej opieki medycznej, w rezydencjach czy hotelach jako drzwi do łazienek czy kabin prysznicowych) oraz jako element ekranu projekcyjnego.

 

 

 

2013-04-42-1

Fot. 3. Zdjęcie mikro-żaluzji wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM)

 

 

Mikro-żaluzje (mikro-rolety)

     Mikro-żaluzje również kontrolują ilość światła przechodzącego przez szybę po przyłożeniu odpowiedniego napięcia elektrycznego. Mikro-żaluzje składają się z wielu małych i cienkich żaluzji metalowych zainstalowanych na tafli szkła. Są bardzo małe, a więc praktycznie niewidoczne dla oka. Warstwa metalu jest osadzona w procesie napylania magnetronowego a podział na poszczególne listewki żaluzji dokonuje się w procesie techniki laserowej lub litografii. Podłoże szklane zawiera cienką warstwę przewodzącą (transparent conducting oxide TCO), najczęściej jest to tlenek indowo-cynowy (indium tin oxide ITO), tlenek cyny z domieszką fluoru (fluorine doped tin oxide FTO) lub domieszkowany tlenek cynku (doped zinc oxide). Cienką warstwę izolatora osadza między warstwą cienkich metalowych żaluzji i warstwą TCO. Przy braku napięcia mikro-żaluzje mają listewki zrolowane i światło może przejść przez strukturę. Gdy jest przyłożona różnica potencjałów pomiędzy warstwą metalowych zrolowanych listewek i przezroczystą warstwą przewodzącą, powstaje pole elektryczne pomiędzy dwiema elektrodami co powoduje rozwinięcie zrolowanych listewek, a tym samym blokowany jest przepływ światła. Mikro-żaluzje mają wiele zalet, w tym szybkość przełączania (milisekundy), trwałość, odporność na promienie UV, możliwość dopasowywania wyglądu i transmisji światła do aktualnych potrzeb inwestora.

 

 

PDLCD na czele

     Obecnie największą popularność wśród technik szkła switchable zdobyła sobie technika folii z ciekłymi kryształami (PDLCD), która jest dostępna w całej rodzinie produktów:

 

  • jako folia do laminowania (fot. Media-Vision)

 

2013-04-42-2

 

     Folia o grubości 0,4 mm, dostarczana zakładom produkującym szkło laminowane, które przy zastosowaniu przekładek laminujących (EVA, PVB, TPU) i przy użyciu metody podciśnieniowej (piece komorowe z wytwarzaniem próżni) lub nadciśnieniowej (autoklawy) wytwarzają szkło switchable.

Maksymalne wymiary jednej formatki folii: 3500x1800 mm

 

  • jako folia samoprzylepna (fot. Media-Vision)

 

2013-04-42-3

 

     Samoprzylepna folia grubości 0,5 mm zachowująca cechy regulowanej nieprzejrzystości (on/off ) pod wpływem włączania i wyłączania napięcia elektrycznego. Łatwo nakładana na istniejące powierzchnie szklane lub z przezroczystego tworzywa sztucznego np. akrylu PMMA (tzw. plexi)

     Maksymalne wymiary jednej formatki folii: 3000x1500 mm

 

  • jako szkło laminowane (fot. Media-Vision)

 

2013-04-42-4

 

 

 

 

     Gotowa formatka ze szkła switchable przygotowana do montażu w konstrukcji szklanej, może mieć różne kształty (prostokąty, trójkąty, łuki), wywiercone otwory. Stosuje się różne rodzaje szkła bazowego: float, hartowane, wzmacniane termiczne tzw. półhart, szkło gięte.

     Grubość: min 6 mm

     Maksymalne wymiary jednej formatki folii: 3000x1800 mm

 

  • jako panele z tworzywa przezroczystego (fot. Media-Vision)

 

2013-04-42-5

 

     Gotowe panele z poliwęglanu z naniesioną jednostronnie folią switchable, przygotowane do montażu w konstrukcji budowlanej.

     Grubość: ok. 5 mm

     Maksymalne wymiary jednej formatki folii: 3000x1500 mm

 

 

2013-04-43-1

Rys. 5. Schemat montażu szyby switchable 3+3 mm (źródło: Nippon Scheet Glass)

 

 

2013-04-43-2

Rys. 6. Schemat połączenia brzegów szyby switchable 3+3 mm za pomocą profili plastikowych; niektóre firmy proponują w miejscu łączenia stosować bezbarwny silikon neutralny – nie wolno stosować silikonów kwasowych (octanowych) (źródło: Nippon
Scheet Glass)

 

 

2013-04-43-3

Rys. 7. Schemat połączeń formatek switchable za pomocą silikonów (źródło: ElmontGlass)

 

 

2013-04-43-4m

 

 

2013-04-43-5m

 

 

2013-04-43-6m

Rys. 8. Schemat podłączenia instalacji elektrycznej do szyby switchable (źródło: Nippon Scheet Glass)

 

 

 2013-04-44-1m

Rys. 9. Kształty i otwory w szkle switchable (rys. ESG)

 

 

2013-04-44-2m

Rys. 10. Szkło switchable jako ekran tylnej projekcji Szkło switchable zapewnia funkcję estetycznego przekazu – w stanie OFF może służyć jako ekran projekcyjny. Umożliwia szybkie wyświetlenie trzech rodzajów przekazu:
- INFORMACJA: na dworcach, lotniskach i halach wystawowych szkło switchable jest skutecznym środkiem przekazu do wyświetlania rozkładów i ogłoszeń. Szyba nadaje się również do rozpowszechnienia informacji poprzez wykorzystanie ekranu typu OUTDOOR.
- REKLAMA: w witrynach sklepowych lub wolnostojące ekrany w sklepach lub salonach pokazowych – szyba pozwala wyświetlać komunikaty reklamowe
- AKCENT WIZUALNY: umieszczona na fasadzie budynków prywatnych lub publicznych szyba switchable zapewnia powierzchnię do wyświetlania akcentu wizualnego: stałe wyświetlanie filmu, obrazu lub tekstu lub też uderzenie wizualne przez szybkie przejście ze stanu przezroczystego w matowy – z widocznym akcentem wizualnym (czas przełączania ok. 100 milisekund) (źródło: DMDisplay)

 

 

2013-04-44-3d

Rys. 11. Schemat budowy struktury folii PDLC (źródło: T-photon Technology)

 

 

2013-04-44-4a

2013-04-44-4b

 Rys. 12 (źródło: ALUMINIUM S), fot. 5 (źródło: T-photon Technology). Szkło switchable jako element aktywnego ekranu dotykowego Jest to przełomowe rozwiązanie dla prezentacji produktu. W tym zastosowaniu szkło switchable działa jak interaktywny monitor komputera. Możliwe jest to dzięki wykorzystaniu dwóch sensorów śledzących „miejsce dotknięcia” oraz oprogramowania przetwarzającego informację. Naciskając guziki menu wyświetlanego na szkle poruszasz się samodzielnie w poszukiwaniu informacji o produkcie. Rozwiązanie to ma wiele zalet: użytkownik może aktywnie poszukiwać potrzebnych informacji, informacja przekształca się w prezentację multimedialną, wybierania informacji o poszczególnych produktach za jednym naciśnięciem.

  

 Tadeusz Michałowski

 

patrz też: 

- Powłoki funkcyjne na szkła przemysłowe, Elżbieta Żelazowska, Paweł Pichniarczyk, Świat Szkła 1/2015

- O nowych gatunkach szkła w Japonii Część 1, Ewa Maria Kido, Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 10/2014

- Szkło o zmiennej przezierności, Tadeusz Michałowski, Świat Szkła Wydanie 04/2013

- Szkło aktywne, Sylwia Melon-Szypulska , Świat Szkła 04/2013

 

 oraz

 

Szkło interaktywne , Brigitte Küppers, Świat Szkła 06/2016

Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne Część 4: Zastosowania , Elżbieta Żelazowska, Świat Szkła 01/2014

Interaktywne, adaptacyjne, multimedialne – elewacje przyszłości , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 4/2007

 

Możliwości technologiczne szkła a poszukiwanie rozwiązań proekologicznych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 2/2007

 

Wielowarstwowe elewacje przeszklone a koncepcja przegrody interaktywnej ,  Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 1/2007 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 4/2013

 

Czytaj także --

 

 

01 chik