معرفی پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
یکی از عمده ترین دستاوردهای تکنولوژیک امروزی تولید سیستم های هوشمند در صنایع مختلف است، کما این که طی چند سال اخیر اخبار بسیاری از لباسها، داروها، خانه ها و البته پنجره های هوشمند شنیده شده 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 پنجره ها به علت دارا بودن لایه های بلور مایعی و صفحات شیشه ای پوشش داده شده میزان تبادل گرمایی و صوتی پنجره ها را تا 70 درصد کاهش میدهند، لذا با استفاده از این پنجره ها تبادل حرارتی و صوتی پنجره های ساختمان کاهش چشمگیری مییابد و هدرروی انرژی از طریق پنجره ها به حداقل می رسد. البته قیمت تمام شده این پنجره ها تقریبا 5 برابر پنجره های دوجداره معمولی است.
بررسی موارد مصرف و کاربرد پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
با توجه به خصوصیات ویژه شیشه های کریستال مایع کاربردهای متنوعی برای آن وجود دارد که میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- شیشه انواع خودرو
- گلخانه های شیشه ای
- پله ها و راه پله های شیشه ای
- اتاقهای جراحی که استفاده از پرده در آنها به سبب تجمیع غبار و آلودگی ممنوع است
- پنجره ها، دیوارها و سقف های شیشه ای در ساختمان های تجاری، اداری، دانشگاه ها، اتاق های نمایش، مغازه ها، بیمارستان ها، رستوران ها، آزمایشگاه ها، مطب و اتاق های جلسات
یکی از موارد مصرف این شیشه ها تنظیم نور محیط میباشد. اما کاربردهای دیگری مانند کنترل انتقال حرارت نیز برای این شیشه ها در نظر گرفته شده است.
بررسی کالاهای جایگزینی پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
با توجه به ویژگی های پنجره های کریستال مایع، فعلا نمیتوان کالای جایگزینی که بتواند کاربردهای آن را پوشش دهد، متصور شد. البته تولید پنجره هایی که علاوه بر کنترل پذیری نور، قابلیت های دیگری از جمله خودتمیزشوندگی، تصفیه هوا و غیره را دارا میباشد، توسط متخصصان در حال مطالعه میباشد که میتواند به عنوان کالای جایگزین مطرح شود. با توجه به اینکه تولید این شیشه ها در پارکهای فناوری کشور شروع شده است، تولید شیشه های هوشمند جهت تنظیم نور نمیتواند بازار مناسبی داشته باشد و به سرعت توسط کالاهای جایگزین بازار آنها از بین میرود. تنها حالتی که میتوان برای رقابت پذیری این شیشه ها با موارد جایگزین آنها قائل بود، در نظر گرفتن قیمت رقابتی برای آنها میباشد.
کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
تکنولوژی ساخت این محصول در اختیار کشورهایی مانند آمریکا، ایرلند، انگلستان، کره جنـوبی، چـین و غیره میباشد که کشورهای نامبرده جزء تولیدکنندگان اصلی این محصول میباشند. همچنـین کشـور ایـران نیز توانسته است به صورت آزمایشی این شیشه را تولید نماید کـه هنـوز تولیـد بـه مقیـاس نیمـه صـنعتی و صنعتی نرسیده است. تمامی کشورهای دنیا میتوانند به عنوان مصرف کننده این محصول معرفی شوند که بـا توجه به گران بودن تکنولوژی این شیشه ها، متقاضیان این محصول از قشر خاصی مـیباشـند و هنـوز عمـوم مردم جهان متقاضی این تکنولوژی نمیباشند.
بررسی اجمالی تکنولوژی و روش های تولید پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
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 میشود که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر میکند. جریان الکتریسیته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد میشود و کاری میکند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند. در واقع امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه های پنجره استفاده میشود. زمانی که نور خورشید به شیشه ها می تابد، جریان الکتریکی برقرار و سبب میشود یون ها از لایه ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت و به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را کدر و تیره نمایند. با قطع الکتریسیته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجددا شفاف میشود.
این فرآیند در شکل (1) نشان داده شده است.
پنجره های نوری هوشمند ساخته شده با فناوری کریستال های مایع، قابلیت تنظیم میزان دما و نور مورد نیاز درون ساختمان را دارند و میتوانند به کاهش انرژی مورد نیاز برای تامین حرارت و نور ساختمان کمک شایانی بکنند. این سیستم ها با اندازه گیری دما و نور درون ساختمان و مقایسه آن با میزان دما و نور استاندارد، میتوانند میزان نور ورودی به ساختمان را تنظیم کنند. همچنین از نور خورشید حرارت جذب نمایند و به این طریق حرارت و نور مورد نیاز ساختمان را فراهم آورند. این سیستم ها برای انجام فرآیندهای فوق، نیازی به استفاده از منبع انرژی ندارند و انرژی خود را از نور خورشید تامین میکنند. در واقع پنجره های هوشمند مجهز به ساختارهای بلور مایع و سنسورهای نوری و حرارتی و پردازنده داده ها هستند و در صورت نیاز میتوانند با نظر استفاده کننده محدوده کاری خود را تغییر دهند.
سیستم به کار رفته در پنجرههای PDLC طوری طراحی شده است که با اعمال ولتاژ پایین (0/1 – 1 ولت) میزان چرخش مولکول های بلور مایع به کار رفته در درون خود را کنترل میکند و باعث کنترل میزان جذب یا عبور نور از سیستم پنجره میشود.
مولکولهای بلور مایع با جهتگیری موازی، در 2 سطح با زاویه بین صفحه ای 90 درجه نسبت به هم قرار میگیرند. پلاریزور که در قسمت ورودی پنجره نوری هوشمند قرار میگیرد با جهت قرارگیری مولکول های بلور مایع هم جهت است و آنالیزور نیز نسبت به قرارگیری مولکول های بلور مایع در پشت پنجره نوری هوشمند موازی قرار میگیرد. در این حالت پلاریزور و آنالیزور با زاویه 90 درجه نسبت به هم قرار میگیرند.
در صورتی که بلور مایع (یا عامل چرخاننده نور) در حد فاصل پلاریزور و آنالیزور قرار نگیرد، به علت زاویه 90 درجه میان آنالیزور و پلاریزور صفحه پنجره نوری هوشمند سیاه به نظر خواهد رسید که دلیل آن عبور نکردن نور از 2 پلاریزور متقاطع است. در حالتی که مولکول های بلور مایع موازی سطح سل قرار گیرند، (موازی جهت پلاریزور و آنالیزور) عملا مولکول های بلور مایع نور وارد شده از پلاریزور را 90 درجه چرخش داده و با زاویه عمود بر حالت ورود به آنالیز تحویل میدهند و در این حالت نور از پنجره هوشمند خارج میشود.
در حالتی که به قسمتی از مولکول های بلور مایع درون سل پنجره نوری هوشمند ولتاژ اعمال شود، عملا مولکول های بلور مایع عمود بر سطح قرار میگیرند و دیگر عمل چرخش نوری را انجام نمیدهند. نتیجه فرآیند فوق تاریک دیده شدن محل هایی است که جریان الکتریکی باعث چرخش مولکول های کریستال مایع در آن محل ها شده است. وجود الکترودهای ریز در داخل صفحات بلور مایع باعث میشود که با استفاده از روش های ترکیبی تا 6 حالت برای عبور نور و یک حالت برای حذف کامل نور عبوری در این سیستم ها وجود داشته باشد. با کنترل میزان نور عبوری به درون ساختمان، مازاد نور خورشید در سطوح پلاریزور و آنالیزور جذب شده و به صورت انرژی حرارتی میتواند مورد استفاده قرار گیرد.
غیر از تنظیم میزان نور ورودی و خروجی به ساختمان، تنظیم دمای ساختمان با استفاده از کنترل میزان تابش ورودی خورشید به ساختمان و جذب انرژی حرارتی نور خورشید، میتوان به قابلیت تنظیم خودکار میزان عبور نور در شرایط روشنایی و دمایی متفاوت، قابلیت برنامه پذیری به دلخواه استفاده کننده، کاهنده هدرروی انرژی از پنجره های ساختمان، کاهنده آلودگی صوتی، حذف کننده نورهای UV خورشید درون ساختمان، مصرف بسیار پایین انرژی و قابلیت شارژ دستگاه با باتری های خورشیدی بسیار کوچک اشاره کرد. تکنولوژی ساخت این پنجرهها در حال حاضر در دسترس عموم نیست و فقط مراکز تولیدکننده این پنجره ها در ایران از این تکنولوژی اطلاع دارند. بنابراین برای ساخت این پنجره ها باید تکنولوژی آن را از مراکز علمی داخلی و یا کارخانه های فعال در دیگر کشورها خریداری نمود.
بررسی منطقه مناسب برای اجرای طرح تولید پنجره ها و نورگیرهای کریستال مایع
با توجه به مصرف عمومی این پنجره ها بهتر است که در محل احداث کارخانـه در شـهرهای پرجمعیـت گرمسیر و یا سردسیر باشد. همچنین در نزدیکی کارخانه های ماشین سازی نیز مـیتـوان کارخانـه را احـداث نمود.
