Фото– и термохромные стёкла способны обратимо изменять светопоглощение под воздействием, соответственно, света или температуры. Фотохромные стёкла, темнеющие на свету, с середины XX века широко используются в качестве линз очков-«хамелеонов», для остекления зданий в жарком климате. На автомобилях такое стекло не прижилось из-за неподходящих характеристик затемнения, но часто применяются атермальные стёкла, слабо пропускающие инфракрасные лучи и уменьшающие разогрев салона солнцем; отличить их можно по характерному, как правило, зеленоватому оттенку.

Здания и сооружения с большой площадью остекленных поверхностей давно стали обязательной частью современной архитектуры. Эти эффектные визуальные объекты нуждаются в затенении стекол.

Более всего разработчикам оконных технологий интересны две сферы: способность стекла сохранять тепло в помещении и его функция защиты от солнечной радиации. Современные исследования, которые ведутся по этим направлениям, базируются на возможности управлять интенсивностью пропускания потока ультрафиолетового излучения.

Такое управление может быть пассивным, используемым в фотохромном и термохромном стекле, и активным, сферой применения которого является так называемое «умное» стекло. Оно имеет несколько названий и в разных источниках фигурирует как smart-стекло и стекло с переменной прозрачностью.

Фотохромные стекла – это неорганические стекла, светопропускная способность которых меняется под воздействием ультрафиолетового или короткого волнового видимого излучения.

При ярком свете такие стекла начинают темнеть, а по мере угасания дня – светлеют, пока не станут совсем прозрачного цвета. Объясняется такой эффект обратимой фотохимической реакцией между оксидом серебра и хлоридом бора. Когда солнце попадает на стекла, эти два вещества начинают взаимодействовать, в результате чего выделяется атомарное серебро – оно то и делает стекла темными. Когда уровень освещения падает, происходит обратная реакция и стекла светлеют.

Сфера применения фотохромного стекла разнообразна:

– в быту – хорошо знакомые многим очки-хамелеоны, линзы которых меняют свой цвет в зависимости от уровня освещения;

– приборостроение – световые фильтры с переменным пропусканием;

– медицина – изготовление специальных очков;

– фотографическая техника – в качестве масок;

– в окнах автомобилей – регулирование пропускаемого светового потока;

– космонавтика и авиация – остекление кабин;

– строительные работы.

Оно из модных архитектурных направлений – остекление зданий фотохромными стеклами. Это соответствует актуальным трендам и защищает помещение от солнечного излучения благодаря меняющейся степени светопропускания. Применение фотохромных стекол в отличие от обычных позволяет регулировать уровень освещения внутри здания. При отсутствии яркого солнечного света они будут оставаться прозрачными, а при сильном солнечном излучении поменяют свой цвет. Побочные плюсы: фотохромные стекла позволяют корректировать поступление тепла в помещение.

Современное производство предполагает изготовление таких стекол, в том числе, для оптики путем распределения фотохрома в толще стекла, пока оно находится в жидком состоянии. Чаще всего с этой целью используют галогенид серебра. В производстве неорганических фотохромных стекол в толщу стекла вводят 0,5 % хлорида или бромида серебра, затем под действием света происходит образование атомов серебра.

Сопротивление теплопередаче оконных конструкций и способность стекла служить преградой солнечной радиации – это те сферы, которые больше всего сегодня волнуют разработчиков новых оконных технологий. Исследования в этих областях ведутся во всем мире, и везде они опираются на современные сверхэффективные технологии.

Главным направлением в этих разработках является управление интенсивностью пропускания солнечного излучения стеклом. Это управление бывает активным и пассивным.

Фотохромное стекло используется не только в оптике, но и в оконных стеклопакетах. Оно позволяет в автоматическом режиме регулировать освещенность в помещениях, где использовано панорамное остекление. Очевидно, что у фотохромного стекла огромное преимущество над обычным энергосберегающим тонированным. Последнее не может просветляться, когда, к примеру, на улице пасмурно. К тому же, тонированные стекла остаются темными и утром и вечером, т. е. когда их тонировка только мешает. Дело в том, что естественное освещение является самым лучшим для глаз, да и зачем тратить электроэнергию, если есть бесплатный и к тому же полезный свет.

Вместе с уровнем освещения монохромное стекло также регулирует и поступление тепла вместе с солнечными лучами. Чем оно становится темнее, тем меньше тепла проникает в помещение. Нельзя сказать, что это всегда полезно. К примеру, в пассивных домах, южные фасады которых имеют большую площадь остекления, стекла должны пропускать зимой как можно больше света и тепла. Фотохромные стекла для этого совсем не подходят.

Это свойство фотохромного стекла широко используется при изготовлении стеклопакетов. Особенно популярно данное решение при остеклении большой площади. Панорамные окна с фотохромными стеклами сами регулируют интенсивность освещенности, что делает их более востребованными по сравнению с тонированными энергосберегающими теплопакетами. Последние не меняют интенсивность освещения и остаются затемненными при любой солнечной активности, в том числе в пасмурную погоду.

От уровня освещенности также зависит поступление тепла в помещение. Так, тонированное остекление существенно снижает интенсивность этого процесса, что не всегда является оправданным в холодное время года. Дома с южными фасадами с панорамным остеклением должны пропускать зимой в солнечную погоду как можно больше света и тепла. Для таких случаев тонировка не является лучшим решением.

Эта разновидность отличается изменением оптических свойств в зависимости от температуры. Данная особенность определяется за счет введенного в структуру стекла специального геля, который при нагревании становится непрозрачным. Эти свойства стекла используются при оснащении зданий, окна которых в прохладу должны оставаться максимально прозрачными, а в теплую – затемненными.

Термохромное стекло также относится к пассивному варианту управления пропускной способностью света. Оно работает автоматически, не нуждается в каких-либо источниках энергии и контроле. Эти стекла хорошо использовать для оснащения мансардных окон и стеклянных крыш, в которых интенсивность освещения не очень важна, а пропускная способность определяется наружной и внутренней температурой.

Термохромное стекло изменяет свои оптические свойства под воздействием температуры. Такое стекло имеет слоеную структуру, в которую включен слой специального геля, который при повышении температуры мутнеет и, в конце концов, полностью утрачивает всякую прозрачность. Вот это свойство очень полезно для пассивных домов, где в холодное время нужна максимальная прозрачность, а в теплое, наоборот, затенение.

Термохромное стекло работает автоматически и без привлечения каких-либо источников энергии.

Температура термохромного стекла зависит от интенсивности инсоляции, а также от наружной и внутренней температуры. Такие стекла в автоматическом режиме способны предотвратить перегрев помещения и снять нагрузку с системы кондиционирования. Кроме того, термохромный эффект может быть полезен для стеклянных крыш и мансардных окон, для которых оптическая прозрачность стекол не так важна.

В процессе производства термохромного стекла имеется возможность задать температурный диапазон изменений его оптических свойств. Для каждого объекта этот диапазон рассчитывается индивидуально.

Основа этого типа стекла – смарт-полимеры, которые под действием электрического поля определенной силы влияют на изменение светопропускной способности в диапазоне видимого и инфракрасного излучения. Такого эффекта добиваются за счет использования специального напыления или смарт-пленки.

Электрохромные стекла изготавливают по двум типам технологий – PDLS и SPD – используя три варианта смарт-полимеров:

LC (PDLC) тип изменяет прозрачность стекла без влияния на светопроницаемость. Стекло может становиться матовым, но при этом сохраняется уровень естественной инсоляции помещения. Матовый эффект заметен с двух сторон – как изнутри, так и снаружи здания.

ECD тип полимеров, который может одновременно изменить прозрачность и светопропускную способность стекла. За счет напряжения можно добиться варьирования интенсивности пропускного потока.

SPD тип полимеров со свойствами, аналогичными ЕСD.

Структура жидких кристаллов пленки без напряжения не упорядочена, стекло при этом матовое. При подаче электрического тока кристаллы выстраиваются в четкие ряды и, тем самым, образуют значительные просветы – такое стекло становится прозрачным.

Жидкокристаллическая пленка часто входит в состав трехслойного триплекса, а также используется для изготовления пуленепробиваемых и противоударных стекол. Сфера применения этого типа остекления широка и не ограничивается фасадом здания. Его используют также в интерьере. Стекло, изменяющее прозрачность, становящееся то матовым, то полностью невидимым – эффектный прием организации пространства. Из такого материала изготавливают перегородки, хорошо зонирующие пространство. Кроме того, этим материалом можно заменить морально устаревшие жалюзи и шторы.

Смарт-стекло экономически выгодно. В холодное время года оно сохраняет в 4,5 раз больше тепла, чем обычный стеклопакет. При этом умная технология позволяет потреблять меньше электроэнергии и опустить пиковые нагрузки в сети. Таким образом, используя электрохромное стекло, можно на 51 % снизить затраты на освещение. Экономия на кондиционировании помещения достигает 49 %.

Область применения электрохромного стекла довольно широка. Его можно использовать не только в качестве панорамного в пассивных и обычных домах, но и в интерьере. О стекле, которое практически по щелчку становится матовым или прозрачным писали многие фантасты, а теперь это стало реальностью и можно отказаться от штор и жалюзи. Вообразите стеклянную перегородку, которая способна изменять степень прозрачности.

Затенять можно как все стекло, так и отдельные его участки. Зимой смарт-стекло сохраняет в 4,5 раза больше тепла, чем обычный стеклопакет, при этом потребляя мало электроэнергии. Результаты исследования электрохромного стекла показали, что его использование в оконном остеклении позволяет снизить затраты на освещение до 51 %; на кондиционирование до 49 %, а также опустить пиковые нагрузки в сети до 16 %.

Усовершенствование электрохромного стекла сегодня проводится исследовательскими центрами многих компаний, и это, несомненно, будущее остекления и оконных технологий. Но сфера его применения расширяется уже сейчас. Новые материалы используются сегодня для создания больших интерактивных проекционных экранов с диагональю 220, разрешением 32 000 точек и чувствительностью 100 PPS.

Еще одна сторона электронного стекла – возможность совместить его с охранной функцией.

Так, новая технология позволяет мгновенно превратить все стеклянные фасады здания в недосягаемые для злоумышленников. Стекла становятся непроницаемыми даже для приборов ночного видения, и при этом могут сигнализировать о нарушении их целостности.