پنجره های هوشمند و صرفه جویی در انرژی
تصور كنید كه در یکی از گرمترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیما به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هایی با شیشه های دودی برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق ندارید. همچنین دوست دارید تا تنها زمانی که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی شوند.
پنجره های هوشمند همان شیشه هایی هستند که رنگ آنها و در نتیجه ورود و خروج نور و انرژی گرمایشی و سرمایشی از طریق آنها قابل تنظیم است. این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کند. جریان الکتریسیته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می شود و کاری می کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. سالهاست با فناوری تولید شیشههایی که در برابر نور خورشید تیره میشوند، آشنا هستیم. این دسته از فناوریهای نوین، تاثیرات شگرفی بر توسعه صنایع ساختمانسازی در سراسر جهان داشتهاند. فناوری این نوع شیشهها و به دنبال آن، کاربرد پنجرههای هوشمند در چند سال اخیر توسعه خیرهکنندهای داشته است. برجهای غولپیکری را تصور کنید که پنجرههای آنها مجهز به شیشههایی است که با توجه به شدت تابش نور خورشید، تیره و روشن میشوند.
همان طور که گفتیم امروزه این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کنند. جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد م یشود 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.
زمانی که نور خورشید به شیشه ها می تابد جریان الکتریکی برقرار و سبب می شود تا یونها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را کدر و تیره نمایند. با قطع الکتریسته فرایند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً شفاف میشود. یکی از ویژگی مواد الکتروکروماتیکی قابلیت تنظیم آنهاست به طوری که می توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد.
این فناوری، تاثیر خیرهکنندهای بر مدیریت مصرف انرژی دارد، اما هزینه قابل توجهی که برای ساخت هر یک از این شیشهها صرف میشود، مشکل قابل توجهی است. گروهی از محققان دانشگاه سونگسیل و انستیتو فناوری الکترونیک کره جنوبی ایده جالب توجه و البته ارزانقیمتتری برای ساخت این نوع پنجرهها ارائه کردهاند. آنها این راهحل را در حالی ارائه کردهاند که پنجرههای فعلی که در برابر تغییر شدت تابش نور خورشید، تیره و روشن میشوند نهتنها با هزینه سرسامآوری به تولید میرسند، بلکه در طولانیمدت بازده کاری مناسبی ندارند و بخوبی نیز کار نمیکنند. گذشته از آن در فرآیند ساخت این نوع پنجرهها از مواد سمی استفاده میشود که میتواند خطرات قابل توجهی برای طبیعت و حتی سلامت انسانها به همراه داشته باشند. محققان جوان مدعی شدهاند، در پنجرههای جدیدی که ساختهاند، اثری از این مشکلات نیست.
فرمول ساختاری که برای پنجرههای جدید به کار گرفته شده، چندان پیچیده نیست. با این حال نتیجه کار برای کارشناسان حیرتآور بوده است. آنها از نوعی پلیالکترولیت استفاده کردهاند که پیش از این نیز شناخته شده بوده و از سوی محققان به کار میرفته است. پلی الکترولیتها از نوع پلیمرهایی هستند که بر اثر حل شدن در آب، چندین گروه یونیزه به وجود میآورند و موجب رسانا شدن آب میشوند. واکنشهای یونی این ماده به همراه حلالی همچون متانول، نتیجه مورد نظر محققان کرهای را در پی داشته است. آنها با استفاده از این روش به شیشههایی دست یافتهاند که در برابر تغییر شدت تابش نور خورشید از خود واکنش نشان میدهند و تیره و روشن میشوند، اما با چند تفاوت چشمگیر نسبت به نمونههای قبلی؛ ازجمله این که نهتنها با هزینه بمراتب کمتری تولید میشوند بلکه دیگر خبری از مواد سمی و خطرناک نیست. همچنین این شیشهها در درازمدت عملکرد مناسبی دارند و همچون نمونههای فعلی با گذشت اندک زمانی کیفیت خود را از دست نمیدهند. به گفته محققان کرهای، یکی از مزایای اصلی شیشههایی که به این روش تولید میشوند، تغییر رنگ ظاهری آنها در زمانی بسیار اندک است. پنجره های هوشمند همان شیشه هایی هستند که رنگ آنها و در نتیجه ورود و خروج نور و انرژی گرمایشی و سرمایشی از طریق آنها قابل تنظیم است. این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کند
آزمایشهای مختلفی روی این شیشهها، آن هم در محیطهای مختلف انجام گرفته است که همگی نشان میدهد، شیشههای جدید تنها در عرض چند ثانیه و با توجه به تغییر شدت تابش نور خورشید، از وضعیت تیره و کدر به حالت کاملا شفاف تغییر پیدا میکنند. این در حالی است که در شیشههای فعلی که از این فناوری سود میبرند، تغییر رنگ ظاهری در بازه زمانی بیشتری روی میدهد. ساخت شیشههای جدید براساس برنامههای بلندمدت محققان در زمینه ساخت شیشههای مسدودکننده نور خورشید انجام گرفته است. آنها به دنبال شیشههایی هستند که در عین شفافیت نسبی، نور خورشید را در مواقعی که تابش به صورت عمودی است، مسدود کنند و به این ترتیب صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی سیستمهای سرمایشی و تهویه هوای مطبوع فضاهای بسته صورت گیرد.
نگرش جدید در مواقعی از سال، همچون تابستان که مصرف انرژی در سیستمهای سرمایشی به اوج میرسد، بیش از هر زمان دیگری به چشم میآید، اما در زمستانها نیز روی دیگر این فناوری به کار میآید، زمانی که تابش نور خورشید به واسطه زاویهای که این ستاره همیشه فروزان با زمین پیدا میکند، از شدت کمتری برخوردار میشود. شیشهها در فصول سرد سال همچون زمستان، ضمن عبور دادن نور خورشید از خود و راه یافتن حرارت نسبی پرتوهای ضعیف خورشیدی به داخل فضاهای بسته، نقش چشمگیری در کاهش مصرف انرژی در سیستمهای گرمایشی ایفا میکنند.
پیشبینی میشود در آیندهای نهچندان دور استفاده از این شیشهها در بسیاری از ساختمانها بویژه برجهای غولپیکر سراسر جهانگسترش یابد. به عقیده کارشناسان همزمان با افزایش دامنه بحران انرژی، هر ایدهای که به بهبود نسبی این وضعیت کمک کند، میتواند قابل توجه باشد. تنها مشکلی که کارشناسان، برطرف کردن آن را ضروری میدانند، هزینه تمامشده ساخت این شیشههاست که آن هم به نظر میرسد با پیشرفت دانش به تاریخ بپیوندد.