Možda na prvu nisu privlačni poput električnih automobila i solarnih panela, ali dinamični prozori toliko su pametni, korisni i štedljivi da bi ih svatko zacijelo poželio ugraditi u svoj dom i poslovni prostor. A itekako bi dobro došlo da mu država sufinancira takav skupi doprinos energetskim uštedama i smanjivanju emisija ugljika. Amerikanci su počeli subvencionirati ugradnju pametnih, dinamičnih stakala, ali kad će ostali?
Opametili su se i prozori – nisu više samo komad nepomičnog i krhkog stakla s pogledom u svijet, nego višenamjenski uređaji u zidu. Prozori budućnosti tek nastaju i još se vrlo rijetko primjenjuju, ima ih nekoliko vrsta, a odlikuju se sustavom zasjenjenja koji je promjenjivih optičkih i toplinskih svojstava u skladu s klimatskim uvjetima i potrebom korisnika.
Aktivnim upravljanjem rasvjetom i hlađenjem, pametni će prozori smanjiti potrošnju energije i u potpunosti iskoristiti potencijal dnevnog svjetla te poboljšati udobnost i produktivnost u kući. Zbog toga su najnovijim poticajima u okviru američkih zelenih politika dodani i oni za 'pametno staklo', koje može učiniti zgrade znatno energetski učinkovitijima.
Prilagodba na zahtjev
Američki predsjednik Joe Biden potpisao je nedavno poreznu olakšicu od 30 posto na uporabu pametnih prozora, a iako to nije privuklo veliku pozornost javnosti jer nije riječ, primjerice o električnim automobilima, itekako će utjecati na opremanje novih zgrada najmodernijom tehnologijom, ali isto tako i energetsku obnovu starih zgrada korištenjem pametnog ili kako ga još zovu dinamičkog stakla.
Prema nekim procjenama, zgrade na godinu pridonose 27 posto globalnim emisijama ugljkova dioksida, tako da će preinake klasičnih u tehnološki suvremene prozore znatno povećati ekološki standard.
Pametno, dinamičko ili elektrokromatsko staklo razlikuje se od običnog stakla u tomu što se njegova razina zatamnjenosti može prilagoditi na zahtjev. Ono sadržava tanke slojeve metalnog oksida i kad se na te slojeve dodaju male količine elektriciteta ioni koji se kreću između njih mijenjaju razinu boje stakla.
U vrelim ljetnim danima kad Sunčeve zrake obasjaju prozor i zid zgrade razina zatamnjenja može se povećati tako što će dopustiti svjetlu proći, ali će blokirati dio Sunčeva zračenja, čime se smanjuje dolazna toplina. S druge strane, tijekom hladnih dana i godišnjih doba nijansa zatamnjenja će se smanjiti i omogućiti više prirodne topline.
Eksplozija potražnje
Prema procjeni američkog Ministarstva energetike, pametno staklo može pomoći u smanjenju potreba za energijom za grijanje ili hlađenje zgrada za oko 20 posto na godinu. Osim toga, u gradu u kojem će mnogo zgrada imati pametno staklo na prozorima smanjit će se opterećenje lokalne električne mreže u vrijeme kad je njezina potrošnja najveća.
– Potražnja za pametnim staklom ovdje će eksplodirati – izjavio je Rao Mulpuri, izvršni direktor tvornice pametnog stakla View, komentirajući poreznu olakšicu.
Viewovi stakleni sustavi povezani su s oblakom i njima upravlja softver za automatsko zatamnjivanje. Staklo spomenute tvrtke već je postavljeno ili će biti postavljeno u međunarodnu zračnu luku Phoenix Sky Harbor, ured Amazona u Redmondu u Washingtonu i 10 World Trade Centeru, kojemu je cilj postati jedna od najzelenijih zgrada u Bostonu. Ostale tvrtke koje proizvode pametna stakla zasad su usredotočene na njihovu primjenu u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji.
– U kombinaciji s poticajima za čipove koji potiču rast industrije poluvodiča, poticaji za zelenu tehnologiju mogli bi pokrenuti američku industriju hardvera visoke tehnologije – izjavio je Mulpuri.
Pasivni i aktivni
Dvije su vrste dinamičkih ili pametnih prozora: pasivni i aktivni. Pasivni (fotokromi i termokromi) prozori reagiraju izravno na okolinu poput razine svjetlosti ili temperature, a aktivnima se može izravno upravljati prema potrebi korisnika i ovisno o sustavu grijanja i hlađenja.
Fotokromni materijali mijenjaju prozirnost kao odgovor na intenzitet svjetlosti. Ti su materijali korišteni u naočalama koje se mijenjaju od prozirnih na slabom unutarnjem svjetlu do tamnih na otvorenom. Fotokromatika može biti korisna u kombinaciji s dnevnim svjetlom propuštajući dovoljno svjetlosti za rasvjetu, a istodobno uklanja višak Sunčeve svjetlosti koja stvara odsjaj i preopterećuje rashladni sustav.
I dok fotokromni materijali utječu na prozirnost pametnog stakla, termokromni materijali utječu na zatamnjivanje i mogu se prilagoditi promjeni intenziteta Sunčeve svjetlosti kako bi se smanjilo toplinsko opterećenje u zgradama. Poželjno je da termokromni slojevi u prozorima kontinuirano mijenjaju prijenos tijekom raspona temperatura tako da ne samo što smanjuju toplinska opterećenja, posebice u vrijeme najveće potražnje, već i povećavaju dnevnu svjetlost.
Termokromni filtar nanosi se na unutarnju površinu vanjskog stakla prozora s dvostrukim oknom, a zračna komora odvaja ga od unutarnjeg staklenog okna i standardnog premaza, što je nenadmašna kombinacija za održavanje energetske učinkovitosti zgrada tijekom cijele godine. Filtar se aktivira kad temperatura vanjskog stakla poraste iznad točke prijelazne temperature i prozor se zatamni blokirajući ulazak Sunčeve topline, smanjujući odsjaj i opterećenje mehaničkih sustava.
Tijekom hladnijih mjeseci filtar ostaje proziran kako bi propuštao zrake Sunčeve zrake i svjetlost. Sve se događa automatski, bez ručnog namještanja, kontrole ili uporabe električne energije.
Prava osjetljivost
Ako su pravilno dizajnirani, termokromni slojevi su minimalno osjetljivi na promjene vanjske ili okolne temperature, ali dramatično reagiraju na promjene količine izravne Sunčeve svjetlosti na prozorima. Termokromni prozori koji reagiraju na Sunčevu svjetlost koriste se Sunčevom energijom za zatamnjivanje prozora i blokiranje Sunčeve energije koja bi inače završila kao toplinsko opterećenje u zgradi. Osim što smanjuju toplinu i povećavaju dnevnu svjetlost, termokromni slojevi pomažu u smanjenju odsjaja i buke te povećavaju sigurnost.
No tehnologija preklopnih prozora koja danas najviše obećava ogleda se u elektrokromnim (EC) prozorima. Elektrokromatski tanki sloj nanesen je na staklenu podlogu i debljine oko mikrona, a sastoji se od keramičkih premaza metalnih oksida s tri elektrokemijska sloja uglavljena između dva prozirna električna vodiča.
Dovođenjem napona između prozirnih električnih vodiča nastaje električno polje koje obrnuto pomiče različite obojene ione (najčešće litij ili vodik) između filma za pohranu iona kroz ionski vodič (elektrolit) i u elektrokromatski film. Time se staklo mijenja između prozirne i prozirno plavo-sive nijanse bez degradacije, a slično je fotokromatskim sunčanim naočalama.
Tehnologija iza premaza
Osim spomenutih, postoje i gazokromni prozori, plinskokromni prozori, sličnoga učinka kao elektrokromni prozori. No da bi se prozor obojio, razrijeđeni vodik (ispod granice sagorijevanja od tri posto) uvodi se u otvor u izoliranom staklu. Izloženost kisiku vraća prozor u prvobitno prozirno stanje, a za održavanje određenog stanja otvore se izolira od daljnjih promjena u sastavu plina.
Optički aktivna komponenta je porozan, stupast premaz volframova oksida, debljine manje od mikrona. To eliminira potrebu za prozirnim elektrodama ili slojem koji provodi ione. Promjene u debljini premaza i koncentraciji vodika mogu utjecati na dubinu i brzinu obojenja.
U tehnologiju pametnih prozora ugrađeni su i tekući kristali. Tehnologija zaslona s tekućim kristalima koja se inače upotrebljava u ručnim satovima sada služi za ostakljenje pametnih prozora. Vrlo tanak sloj tekućih kristala umetnut je između dva prozirna električna vodiča na tankim plastičnim filmovima, a cijela emulzija ili pakiranje (PDLC ili uređaj s tekućim kristalima s dispergiranim polimerom) povezani su između dva sloja stakla.
Kada je napajanje isključeno, tekući kristali su u neporavnatom stanju i raspršuju svjetlost tako da se staklo čini prozirnim, ali zaklanja izravan pogled i pruža privatnost. Taj materijal propušta većinu upadne Sunčeve svjetlosti u difuznom načinu, stoga njegov koeficijent dobivanja Sunčeve topline ostaje visok.
Postoje i prozori sačinjeni od uređaja za lebdeće čestice (SPD). Taj električno kontrolirani film ima tanak sloj nalik tekućini u kojem su zarobljene brojne mikroskopske čestice. Kada su bez napajanja, one nasumično usmjerene i djelomično blokiraju prijenos Sunčeve svjetlosti i pogled. Prozirni električni vodiči omogućuju primjenu električnog polja na film raspršenih čestica, poravnavajući čestice i povećavajući propusnost.
No zamjena starih stakala pametnima vrlo je skupa pa će trebati pričekati da počne njihova masovna uporaba, što će srušiti i njihovu visoku cijenu. Ipak, oni koji se već sad odluče za zelene tehnologije poput pametnih stakala, dugoročno će uštedjeti na računima za energiju te vratiti uloženo.