فناوری های نوین در صنعت پنجره

سرعت بخشیدن به فناوری، تحولات دیجیتالی گسترده ای را در صنعت ساختمان ایجاد کرده است، به طوری که امروزه نمونه های بی شماری از بروز انقلاب در این صنعت وجود دارد. فناوری های نوین در صنعت پنجره، راهکارهای کاربردی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و جلوگیری از اتلاف انرژی در ساختمان محسوب می شوند. در این مقاله به فناوری های نوین در صنعت پنجره می پردازیم.

بسیاری از فناوری ها و ابزارهایی که برای طراحی و ساخت پنجره برای ساختمان های مختلف به کار گرفته شده‌ است، موجب گشته امکانات و مزایای زیادی برای ساختمان ها فراهم شود. تمام این شیوه ها و فناوری ها بر اساس جلوگیری از اتلاف انرژی داخل ساختمان استوار هستند. در طراحی انواع پنجره برای ساختمان توجه به دوام و استحکام آن در کنار زیبایی ظاهری، اهمیت زیادی برای تولید کنندگان این مصالح ساختمانی دارد.

طراحی و ساخت انواع پنجره ساختمانی با مواد اولیه جدید و فناوری های نو، با استفاده از شیشه یا فریم های لعاب کاری و همچنین فناوری های پنجره های دوجداره، همگی موجب شده است نسل جدیدی از پنجره های ساختمانی طراحی و به بازار عرضه شود.

سیر تحولات فناوری های نوین در صنعت پنجره

در طی نیم قرن گذشته صنعت پنجره سازی دستخوش تحولات و تغییرات بنیادین و مهمی بوده است. شاید بتوان دو مورد از بزرگ ترین و مهم ترین دستاوردهای این حوزه را، استفاده از ورق های آلومینیوم در ساخت فریم های پنجره و ساخت شیشه هایی با قابلیت مقاومت در برابر ضربه، دانست. استفاده از ورق های آلومینیوم در ساخت پنجره در اوایل دهه 1960 میلادی آغاز شد.

این ورق های آلومینیوم ضمن اینکه موجب کاهش وزن پنجره می شدند، از مقاومت و استحکام بالایی نیز برخوردار بودند. در اوایل دهه 1990 میلادی بود که با ترکیب شیشه هایی چند لایه با فریم های آلومینیومی، پنجره هایی مقاوم در برابر طوفان ابداع شد که علاوه بر آن قادر بود تا در برابر ورود و خروج صدا نیز به مانند یک عایق صوتی عمل کند.

در اواسط دهه 1990 میلادی یک لایه پوشش سطحی به شیشه ها اضافه شد که اصطلاحا به آن Low-E گفته می شد. این لایه قادر بود تا از عبور انواع خاصی از اشعه خورشید و اینفرارد به داخل خانه جلوگیری کند.

بسیاری از این ویژگی ها هنوز در حال توسعه هستند و یا نیاز به بررسی دقیق دارند که راهکارهایی پیشرفته برای ساخت و سازهای جدید باشند.

در اینجا به چند تکنولوژی جدید در صنعت پنجره می پردازیم:

پنجره هوشمند

چیزی در حدود یک سوم انرژی ساختمان از طریق پنجره ها تلف می شود. همین نکته باعث شده پنجره ها نقش مهمی در برنامه های تعریف شده جهت کاهش انرژی داشته باشند. مطالعات صورت گرفته در این رابطه که همه در راستای ذخیره انرژی پیش رفته اند به تولید انواع جدیدی از پنجره ها انجامیده اند که مشکل هدر رفتن انرژی را در کنار برخی مشکلات دیگر حل می کنند.

تصور کنید یک شیشه به واسطه تنها یک کلید، قابلیت تغییر حالت از شفاف به کدر را داشته باشد. چنین شیشه ای می تواند به عنوان پنجره در نما یا پارتیشن در فضاهای داخلی کاربرد داشته باشد و علاوه بر تنظیم میزان نور ورودی به تعریف حریم مورد نیاز نیز کمک کند. البته استفاده از شیشه های مذکور هنوز آن قدر متداول نشده است، اما در بسیاری از ساختمان های مدرنی که امروزه در سراسر دنیا ساخته می شوند، حضور این شیشه ها توانسته با استقبال خوبی مواجه شود. پنجره های هوشمند در انواع مختلف و با کاربردهای جالب خود جهت کنترل میزان مصرف انرژی در ساختمان ها به کار می روند.

یک فیلتر ترموکرومیک درون یک پنجره دوجداره همراه با یک پوشش Low-E با هم کار می کند تا نیرویی را برای بهره وری انرژی فراهم کند. دمای حرارتی،  انتقال رنگ را فعال می کند تا از انتقال گرما خورشید جلوگیری کند، آسیب نور و UV را کاهش دهد و بهره وری خنک سازی را به حداکثر برساند. درجه حرارت کولر بر روی فیلتر تاثیر نمی گذارد، بنابراین پنجره برای افزایش بهره وری خورشید روشن می شود.

همانطور که سیم و یا برقی مورد نیاز نیست، این پنجره ها پس از نصب در ساخت و ساز جدید و یا ارتقاء مجدد پنجره های موجود کار می کنند.

پنجره دوجداره با شیشه های مات شونده

از روزی که آسایش و پایداری دو اصل کلیدی در معماری معرفی شد و با وجود تمایل افراد برای استفاده از ساختمان‌هایی با پنجره‌های بزرگ و دیوارهای شیشه‌ای، چگونگی جلوگیری از اتلاف انرژی به عنوان مسئله‌ای چالش‌برانگیز به حساب می‌آمد. با گذشت سال‌های متمادی و پیشرفت علم و تکنولوژی، راهکارهای بسیار زیادی برای حل این مشکل مطرح شد.

بالاخره پس از آزمون و خطای راه‌حل‌های مختلف، استفاده از پنجره دوجداره هوشمند با شیشه های مات شونده، به عنوان راهکاری کاربردی و موثر مورد استفاده قرار گرفت. پنجره دوجداره هوشمند به کاربران اجازه می‌داد تا شفافیت پنجره های خود را کنترل کنند.

البته تنها مشکل اصلی این روش آن بود که با مات شدن شیشه، شفافیت پنجره دوجداره که یکی از جذابیت‌های اصلی برای دکوراسیون داخلی بود، از بین می‌رفت. پژوهشگران برای رفع این مشکل راهکار جدیدی پیشنهاد دادند. آن‌ها تصمیم گرفتند، که از تکنولوژی جدید در هوشمندسازی پنجره های دوجداره استفاده کنند. با استفاده از تکنولوژی جدید، تنها از عبور نور مادون قرمز جلوگیری می شد، در حالی که هنوز امکان عبور نور مرئی وجود داشت.

این خاصیت در پنجره دوجداره هوشمند، باعث کنترل گرمای ساختمان و خنک شدن هوا در روزهای تابستان و همچنین کاهش هزینه‌های ساختمانی می‌شد. کم کم دانشمندان و تولیدکنندگان صنعت درب و پنجره توانستند حالت‌های دیگری از این سازه‌ها را ایجاد کنند. در پنجره‌های هوشمند با شیشه‌های مات‌شونده جدید، کاربر می‌توانست امکان عبور نور مادون قرمز را در هوای سرد فعال کند. این کار باعث برای گرم‌تر شدن فضای داخلی می‌شد. همچنین این امکان وجود داشت که از میزان عبور نور نامرئی کاست. به این ترتیب، شیشه علاوه بر حفظ شفافیت خود، دارای امکان کنترل حرارت و نور نیز می‌شد.

در کنار این تکنولوژی، تکنولوژی شیشه مات شونده نیز وجود داشت، که یک ایده بسیار عالی و کاربردی به حساب می‌آمد. این ایده مبتنی بر فناوری‌های جدید شکل گرفت و امکان مات کردن شیشه را در کسری از ثانیه فراهم می‌کرد.

در حال حاضر با استفاده از تکنولوژی شیشه مات شونده، می توان میزان عبور نور خارجی را از شیشه کنترل کرد. به این ترتیب، شفاف و یا مات شدن شیشه پنجره دوجداره هوشمند قابل کنترل است. با استفاده از پنجره‌های دوجداره‌ای که دارای چنین شیشه‌ای هستند، می‌توان فضای داخل را در کسری از ثانیه تبدیل به محیطی کاملا خصوصی و یا قابل مشاهده کرد.

شیشه های هوشمند یا شیشه های الکترونیکی نیز نوعی از همین تکنولوژی کاربردی هستند. میزان شفافیت این دسته از شیشه‌ها با استفاده از یک کلید قابل تنظیم است.

شیشه‌های هوشمند را می توان در پنجره‌های اصلی خانه، مقابل ویترین فروشگاه‌ها و همچنین در سرویس‌های بهداشتی مستر با نمای شیشه استفاده کرد. استفاده از پنجره دوجداره هوشمند با شیشه های مات شونده برای مکان‌هایی کاربرد دارد، که در زمان‌های مختلف قرار است تبدیل به محیطی خصوص و شخصی شوند. در چنین شرایطی شیشه این پنجره‌ها می‌تواند به سرعت از حالت شفاف به حالت مات تبدیل شود.

هر چند که امروزه، هنوز استفاده از شیشه های مات شونده متداول نشده است، اما نمونه‌های مختلف زیادی در تمام دنیا تولید می‌شود. در دنیای تکنولوژی امروز، پنجره‌های هوشمند دوجداره؛ از پنجره‌های الکتروکرومیک گرفته تا پنجره‌های دارای ذرات معلق، همگی برای بهبود زندگی به کمک ما شتافته‌اند.

این پنجره‌ها می‌توانند هوشمند باعث کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها و اماکن عمومی شوند و هزینه‌های مربوط به مصرف انرژی را در زندگی ما کاهش دهند. با این اتفاق، آسیب‌های وارد شده به طبیعت، که ناشی از زندگی انسانی است نیز کاهش می‌یابد.

امروزه فناوری‌های مدرن تولید شیشه، تاثیر شگفت‌آوری بر توسعه ساختمان‌سازی در سراسر جهان داشته است. فناوری شیشه های هوشمند در سال‌های اخیر توسعه خیره کننده‌ای داشته‌اند.

شیشه هوشمند الکتروکروماتیک

این نوع شیشه مات شونده با استفاده از مواد الکتروکروماتیک تولید می‌شود. الکتروکروماتیک ماده‌ای است که رنگ آن در اثر عبور جریان الکتریکی تغییر پیدا می کند. زمانی که کلید تنظیم شیشه پنجره هوشمند را تنظیم می‌کنیم، الکتریسیته در آن جریان می‌یابد و با ایجاد واکنش شیمیایی، باعث بروز تغییرات در خواص الکتروکروماتیک می‌شود. از ویژگی‌های استفاده از مواد الکتروکروماتیک در شیشه های هوشمند، امکان تنظیم شدت مات شوندگی آن با تغییر مقدار جریان الکتریسیته است.

پنجره های خود تاریک

پنجره های در حال توسعه، که با لمس یک دکمه از روشن بودن تبدیل به مات شدن می شوند، در استفاده های مسکونی کمک به کاهش هزینه های خنک کننده در طول ماه های تابستان و همچنین حفظ حریم خصوصی در طول سال می باشند.

تکنولوژی Electrochromic در حال حاضر اجازه می دهد تا پنجره ها بر حسب نیاز به رنگ زرد تغییر کنند که این مورد چندین سال است در پنجره هواپیما استفاده می شود. مدل های موجود برای تغییر رنگ نیاز به هفت دقیقه دارند که بصورت گستره در ساختمان استفاده نمی شوند.

محققان دانشگاه استنفورد بر روی یک نسخه بهبود یافته کار می کنند. نمونه اولیه آنها ظرف سه دقیقه از روشن به تاریک تغییر می کند. تحقیق جدید شامل استفاده ترکیبی از ژل الکترولیت و یک شیشه شفاف است. هنگامی که یک ولتاژ الکتریکی اعمال می شود، شیشه از روشن به تاریک تغییر می کند. برق منفی باعث می شود که یون ها یک فلز جامد و شیشه ای را تیره کنند. یک بار مثبت باعث می شود که فلز حل شود و دوباره به شیشه روشن تبدیل شود. فقط ولتاژ الکتریکی برای تغییر کدورت پنجره لازم است. هنگامی که آن را بیرون بیاورید، پنجره به حالت یکسان باقی می ماند تا دوباره استفاده شود.

نمونه های فعلی کوچکتر از 10 سانتی متر مربع است، تحقیقات و آزمایش بیشتری در مقیاس بزرگتر برای استفاده مسکونی یا تجاری ضروری است.

شیشه های فتوولتائیک

شیشه های فتوولتائیک ساختمان می توانند به ساختمان ها کمک کنند تا انرژی برق مورد نیاز خود را از طریق تبدیل نمای ساختمان به پنل های خورشیدی تأمین نمایند. کمپانی هایی نظیر “پلی سولار” شیشه های فتوولتائیک شفاف فرانما تولید کرده اند که می تواند به عنوان مصالح ساختمانی جهت پنجره ها، نماهای خارجی و بام ها مورد استفاده قرار گیرد.

تکنولوژی پلی سولار در تولید انرژی برق حتی در نماهایی که در معرض نور خورشید نیستند و دیوارهای عمودی بسیار کارآمد است. این شیشه ها دوام و پایایی خوبی در دماهای بالا دارند و می توانند به صورت دوجداره یا عایق مستقیم مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر صرفه جویی در مصرف انرژی، هزینه نصب آنها تنها اندکی بیشتر از شیشه های رایج است.

شیشه ی متمرکز کننده نور خورشیدی

انرژی خورشیدی یک مفهوم آشنا است. خوشبختانه محققان دانشگاه ایالتی میشیگان راه حل هایی را با یک متمرکز کننده ی خورشیدی شفاف پیدا کرده اند. بر خلاف نمونه های رنگی گذشته، این تکنولوژی جدید انرژی خورشیدی را برای روشن کردن پنجره تبدیل میکند.  مولکول های آلی کوچک نور های ماوراء بنفش و طول موج های مادون قرمز را جذب  می کند که یک نور مادون قرمز درخشان هدایت می شود تا نوارهای خورشیدی فتوولتائیک را نازک کند و بدون تاثیر بر شفافیت پنجره، به برق تبدیل کند.

اگرچه هنوز در مرحله توسعه اولیه قرار دارد و تنها یک درصد انرژی خورشیدی تبدیل می شود، برنامه های کاربردی بالقوه شامل استفاده در ساختمان های بلند، ساختمان های جدید مسکونی و پنجره های جایگزین، تلفن های هوشمند و حتی اتومبیل ها برای تولید برق با ایجاد حس زیبایی شناسی است.

یکی دیگر از روش های جمع آوری انرژی از خورشید و دیگر منابع نور، استفاده از یک پوشش اسپری مخصوص تولید برق به سطوح شیشه ای و پلاستیکی است. این فن آوری با استفاده از مواد هیدروکربن بر پایه یک آرایش خورشیدی فتوولتائیک آلی (OPV) ایجاد می کند. این فن آوری با ثبت اختراع به عنوان شیشه های  پنجره برای پنجره های جدید و جایگزین مسکونی طراحی شده و همچنین با قابل انعطاف به رنگ های پس زمینه برای تجدید ساختار تجاری، توسعه می یابد.

شیشه هوشمند کریستال مایع

شیشه های هوشمند کریستال مایع، نوعی از شیشه ها در پنجره های هوشمند هستند. در این نوع شیشه‌های هوشمند، نور مستقیم خورشید توسط شیشه پراکنده و تا ۹۸ درصد از اشعه ماورای بنفش و مادون قرمز حذف می‌شود. این تکنـولوژی براساس پخش کنترل شده نور با استفاده از نیروی الکتریــکی عمل می‌کند. تکنولوژی تولید شیشه‌های هوشمنـد همچون تکنولوژی تولید تلویزیون‌های LED و مانیتـور کامپیوتر های شخصی است.

این نوع شیشه در پنجره دوجداره هوشمند، از کریستال مایع احاطه شده و توسط یک زمینه پلیمری ساندویچی، بین دو لایه هادی قرار گرفته است. هنگامی که نیروی الکتریکی وجود نداشته باشد، مولکول‌های کریستال مایع دارای وضعیت تصادفی و رندوم هستند و به دلیل پراکندگی نور، شیشه حالت مات دارد.

پس از برقراری جریان الکتریکی، مولکول‌ها هم جهت شده و شیشه شفاف می‌شود.