Как умное стекло повышает энергоэффективность и удобство пользователя в небоскребах

Использование пассивного солнечного отопления

Умное стекло — это не только технология охлаждения. Зимой или в более прохладном климате окна можно переключать на чистое, высокосолнечное состояние, чтобы позволить пассивному солнечному нагреву в пространство, уменьшая нагрузки на отопление. Эта двухрежимная операция особенно ценна для небоскребов с большими фасадами, обращенными к югу или западу, где солнечная экспозиция резко колеблется между сезонами и даже в течение одного дня. Интегрируя с системой управления зданием (BMS) и датчиками температуры на открытом воздухе, умное стекло может действовать как тепловой регулятор в реальном времени. Например, в солнечный зимний день стекло остается чистым, чтобы принять тепло, но по мере захода солнца или облаков оно может оставаться ясным, чтобы сохранить накопленное тепло. Летним утром стекло может постепенно оттеняться, поскольку температура в помещении повышается, а затем возвращаться к чистоте вечером, чтобы позволить лучистое охлаждение. Это динамическое поведение превращает фасад из статического теплового обязательства в активный энергетический актив.

Интеграция с системами сбора дневного света

Помимо управления температурой, интеллектуальное стекло значительно повышает эффективность сбора дневного света - практика затемнения электрических огней, когда доступно достаточное количество солнечного света. Поскольку умное стекло может модулировать передачу видимого света, оно позволяет более последовательные уровни дневного света глубже в напольную пластину, не вызывая неудобной яркости или бликов. В обычных зданиях жильцы часто закрывают жалюзи в солнечные дни, побеждая цель сбора дневного света. Умный стеклянный фасад устраняет необходимость ручных или автоматизированных слепых регулировок, позволяя системе управления освещением отключать или затемнять искусственное освещение в течение дня. Исследования, опубликованные в Строительные и экологические приборы показывают, что сочетание динамического остекления с датчиками на основе управления освещением дает общую экономию энергии освещения от 30 до 45 процентов на энергию освещения в офисных помещениях по периметру. Эти сбережения с сокращениями HVAC, что делает умное стекло одним из самых высокодоходных инвестиций в оболочку.

Комфорт пользователя: больше, чем просто температура

Смягчение радости без жертвенных взглядов

Циркадные ритмы и визуальное наслаждение

Доступ к естественному свету — и особенно к синему утреннему солнечному свету, который сигнализирует о внутренних часах организма — был связан с улучшением сна, настроения и когнитивных функций. Умное стекло, которое предлагает динамический диапазон от очень четкого (более 60% видимой пропускающей способности) до существенно тонированного (менее 5%), позволяет строителям получать выгоду от дневного света в течение дня без перегрева или ослепления. В отличие от фиксированного оттенка или отражающего стекла, которое всегда уменьшает циркадный стимул, умное стекло может быть запрограммировано оставаться чистым в ранние утренние часы, а затем постепенно оттеняться по мере того, как солнце поднимается выше. Это поддерживает естественный ритм производства кортизола и мелатонина. Некоторые передовые системы интеллектуального стекла даже включают спектральную настройку — корректировку цветового баланса передаваемого света для блокировки ближнего инфракрасного света при сохранении синего диапазона дневного света — эффективно действуя как умный солнцезащитный крем, который также является инструментом для укрепления здоровья. Для арендаторов небоскребов эти улучшения переходят в более низкий прогул и более высокие оценки удовлетворенности сотрудников

Мгновенная конфиденциальность по требованию

Конфиденциальность в офисах открытой планировки, гостиничных номерах и жилых квартирах в небоскребах является общей болевой точкой. Умное стекло PDLC (которое переключается с полупрозрачного молочно-белого на прозрачное при подаче энергии) предлагает немедленный и тихий переход, часто менее чем за миллисекунду. Это идеально подходит для конференц-залов по периметру, где пассажиры хотят от пола до потолка во время сотрудничества, но нуждаются в полной конфиденциальности во время чувствительных дискуссий. Электрохромное стекло, в то время как более медленное (обычно от 3 до 10 минут для полного перехода), может быть установлено в полностью непрозрачном темном состоянии, которое заслоняет визуальные детали снаружи, обеспечивая высокий уровень конфиденциальности без холодного ощущения жалюзи. В высококлассных отелях, расположенных на верхних этажах башен смешанного использования, стекло PDLC в окнах ванной комнаты или спальни позволяет гостям наслаждаться панорамным видом днем и полной конфиденциальностью ночью, все контролируется простым переключателем или голосовой командой. Устранение физических оконных покрытий

Сравнение технологий Smart Glass

Не все умные стекла созданы равными. Выбор технологии зависит от конкретного применения, желаемой скорости переключения, цвета при тонировании и бюджета. Три доминирующих типа - электрохромные (EC), полимерно-дисперсные жидкие кристаллы (PDLC) и устройство с взвешенными частицами (SPD). Термохромное и фотохромное стекло (которые пассивно реагируют на температуру или ультрафиолетовый свет) также доступны, но предлагают меньший контроль и, как правило, не рекомендуются для высокопроизводительных приложений небоскребов, где требуется активная интеграция BMS.

Электрохромный (EC)

EC стекло использует многослойное покрытие, которое изменяет свои оптические свойства, когда низкое напряжение постоянного тока (обычно 2-5 вольт) применяется к ионам лития шаттла между слоями. Стекло может удерживать свой оттенок даже после того, как энергия удалена (стабильный или эффект памяти). Время переключения варьируется от 3 до 20 минут для больших панелей, что адекватно для типичных суточных циклов. EC стеклянный оттенок обычно колеблется от прозрачного (приблизительно 60% VLT) до глубокого синего или нейтрального серого (1-5% VLT). Он обеспечивает превосходный отказ от солнечного тепла (значения SHGC до 0,09 в тонированном состоянии). Основные производители включают [[FLT: 1]], [[FLT: 2]], [[FLT: 3]], и [[FLT: 4]], EC является предпочтительным выбором для высотных стенок занавеса из-за его долговечности и способности интегрироваться с системами управления зданием.

Полимерно-дисперсный жидкий кристалл (PDLC)

PDLC состоит из жидкокристаллических капель, подвешенных в полимерной матрице, зажатой между двумя проводящими слоями. В выключенном состоянии капли случайным образом ориентированы и рассеивают свет, делая стекло полупрозрачным молочно-белым. При подаче напряжения капли выравниваются и стекло становится прозрачным. Переключение происходит практически мгновенно (миллисекунды), но PDLC эффективно не блокирует тепло в прозрачном режиме (SHGC остается высоким) и привлекает непрерывную мощность для поддержания прозрачности. Он в первую очередь используется для внутренних перегородок, розничных витрин и окон конфиденциальности в больницах и отелях, а не в качестве первичного энергосберегающего решения для фасадов небоскребов. Однако появляются гибридные продукты, сочетающие PDLC с низкоэфирными покрытиями или электрохромными слоями.

Устройство с приостановленными частицами (SPD)

Стекло SPD содержит стержнеподобные частицы, суспендированные в жидкости. В выключенном состоянии частицы случайны и блокируют свет (темный оттенок); при подаче напряжения они выравниваются и позволяют свету проходить (ясный). SPD может достигать очень темных оттенков состояний (99% блокировки) и более быстрого переключения, чем EC (секунды до минут). Однако он непрерывно черпает энергию для поддержания ясности, а цвет оттенка обычно темно-сине-черный. SPD используется в автомобильных люках и некоторых архитектурных приложениях, но его доля на рынке небоскребов остается небольшой из-за высокой стоимости и ограниченных вариантов цвета.

Проблемы и соображения по реализации Skyscraper

Стоимость первого и жизненного цикла

Интеграция управления и кибербезопасность

Умное стекло так же хорошо, как и управляющая система. В небоскребе с тысячами окон каждое окно или зона должны управляться, чтобы сбалансировать энергетические характеристики, предпочтения пользователей и нагрузку на уровне здания. Ранние реализации полагались на ручные коммутаторы или проводную автоматизацию, но современные системы используют беспроводные ячеистые сети, облачное программное обеспечение и алгоритмы машинного обучения, которые настраивают оттенок на основе солнечных углов в реальном времени, заполняемость в помещении и ценообразование на коммунальные услуги. Эти фасады с поддержкой IoT вводят новую поверхность атаки для безопасности здания. Кибербезопасность должна быть запечена в прошивку стеклянного контроллера и архитектуру сети здания с зашифрованными коммуникациями и регулярными исправлениями. Владельцы зданий должны требовать от поставщиков соблюдения стандартов, таких как IEC 62443 для безопасности промышленной системы управления.

Обновление существующих небоскребов

Будущие тенденции: адаптивный фасад 2030 года

Принятие рынка ускоряется: глобальный рынок умного стекла, по прогнозам, вырастет с ~ 6 миллиардов долларов в 2023 году до более чем 20 миллиардов долларов к 2030 году, причем архитектурные приложения представляют собой самый большой сегмент. По мере ужесточения строительных энергетических кодов и ужесточения целей по сокращению выбросов углерода, умное стекло перейдет от приятной роскоши к базовому требованию для любого небоскреба класса А, спроектированного после 2025 года.

Заключение

Умное стекло - это гораздо больше, чем уловка; это основополагающая технология для чистых нулевых небоскребов будущего. Благодаря динамичному контролю солнечного тепла, дневного света, бликов и конфиденциальности, оно одновременно снижает потребление энергии, повышает удовлетворенность пассажиров и повышает архитектурное выражение. Первоначальная стоимость остается барьером, но общая стоимость анализа собственности все больше благоприятствует умному стеклу по сравнению с обычными высокоэффективными остеклением или внешними затеняющими устройствами. Архитекторы, разработчики и владельцы зданий, которые используют эту технологию сегодня, будут не только соответствовать энергетическим кодам завтрашнего дня, но и доставлять здания, которые более удобны, здоровы и более высокопроизводительны. По мере того, как горизонты величайших городов мира становятся плотнее, умное стекло предлагает способ сохранить их яркими, эффективными и пригодными для жизни.