windows.jpg
מהי זכוכית חכמה?
Modern Office Building

מהי זכוכית חכמה?

זכוכית חכמה או זכוכית מתחלפת היא זכוכית שמעבר האור דרכה ניתן לשינוי (אינו קבוע). מעבר האור דרך הזכוכית נתון לשינוי על ידי גורם חיצוני כגון שדה חשמלי, קרני אור השמש או קרני חום השמש. הזכוכית החכמה תנוע בין לפחות שתי דרגות של מעבר אור שונות על מנת לתת מענה לפרטיות או בקרת אקלים (בידוד תרמי של חום וקור).

 

טכנולוגיות זכוכיות חכמות כוללות

PDLC

Polymer Dispersed Liquid Crystal

EC

Electrochromic

 טכנולוגיית פיזור אור בשליטה חשמלית ליישומים של פרטיות

טכנולוגיה לשינוי גוון בשליטה חשמלית ליישומים של בקרת אקלים ובידוד תרמי

SPD

Suspended Particle Devices

טכנולוגיה לשינוי גוון בשליטה חשמלית ליישומים של בקרת אקלים ובידוד תרמי

TC

Thermochromic

PC

Photochromic 

שינוי גוון בהתאם לשינוי בקרנת החום של קרני השמש ליישומים של בקרת אקלים ובידוד תרמי

שינוי גוון המופעל על ידי אור קרני השמש ליישומים של בקרת אקלים ובידוד תרמי

 אקטיבית מול פאסיבית

ניתן לחלק את טכנולוגיות הזכוכית החכמה לשתי קבוצות, טכנולוגית זכוכית חכמה המופעלת וניתנת לשליטת המשתמש (בדרך כלל על ידי הפעלת שדה חשמלי) נקראת גם טכנולוגית זכוכית חכמה אקטיבית ואילו טכנולוגית זכוכית חכמה המופעלת על ידי גורם חיצוני ללא יכולת שליטה של המשתמש כגון טמפרטורה או אור נקראית גם טכנולוגית זכוכית חכמה פסיבית

TC ו- PT 

 טכנולוגיות זכוכית חכמה פאסיבית הם משקפיים חכמים פסיביים מכיוון שלא ניתן לשלוט בהפעלה ותגובה כימית חיצונית של חום השמש או קרינת השמש תפעיל את המשקפיים החכמים

PDLC, EC ו- SPD 

טכנולוגיות המייצגות זכוכית חכמה אקטיבית בשליטה חשמלית

 

השימושים העיקריים של זכוכית חכמה?

זכוכית חכמה משמשת לשני שימושים עיקריים. 

השימוש הראשון שימוש פנימי (בתוך המבנה) לפרטיות בלחיצת כפתור 

השימוש השני שימוש חוץ (זכוכיות המחברות את הפנים אל החוץ)  פתרונות הצללה לבקרת אקלים ובידוד תרמי .

השוק העיקרי הינו שוק הבנייה כאשר שוק התחבורה בכללותו (רכבים, ספינות, מטוסים ורכבות)  הינו שוק קטן עם פוטנציאל צמיחה.

באופן כללי ניתן לקשר בין יישומים לטכנולוגיות זכוכית חכמה באופן הבא: 

שימוש פנים - טכנולוגיית PDLC לפרטיות

שימוש חוץ - מגוון הטכנולוגיות  EC, PDLC, TM, PC, SPD לבקרת אקלים ובידוד תרמי

זכוכית חכמה משמשת בעיקר למחיצות הפרדה, חלונות, דלתות, חזיתות וקירות מסך בדירות מגורים של לקוחות פרטיים, משרדים של לקוחות עסקיים, בתי חולים ומרפאות, מבני ציבור כגול בתי ספר ואוניברסיטאות, מלונות ובתי הארחה, משרדיי ממשלתיים, ועוד

 
Glass Ceiling

מה עיקרון הפעולה של זכוכית חכמה?

נסקור את עיקרון הפעולה של הטכנולוגיות השונות המשמשות לייצור זכוכית חכמה:

PDLC - עקרון הפעולה הוא קיטוב (פולריזציה) של גביש נוזלי (LC) באמצעות שדה חשמלי. 

כאשר הזכוכית החכמה אינה מחוברת לחשמל, מולקולות הגביש הנוזלי יפזרו את האור והזכוכית החכמה תהיה בגוון חלבי אטום. תחת שדה חשמלי מולקולות הגביש הנוזלי מסתדרות באופן שמעביר אור והזכוכית הופכת לשקופה עם רמת עמימות מסוימת. 

 

EC עקרון הפעולה הוא קיטוב (פולריזציה) של יוני ליתיום. 

כאשר אטומי ליתיום טעונים במטעם חיובי אלקטרונים חסרים נודדים בין שתי אלקטרודות. בדרך כלל, כאשר יוני הליתיום שוהים באלקטרודה הפנימית ביותר הזכוכית שקופה. כאשר מפעילים מתח קטן על האלקטרודות, היונים נודדים דרך התווך לאלקטרודה החיצונית ביותר שתכהה את הזכוכית.

 

SPD עקרון הפעולה הבסיסי הוא קיטוב חלקיקים.

מיליוני חלקיקים בתוך תמיסה משמשים כשסתומי אור, הם ממוקמים בין שני לוחות זכוכית או פלסטיק. תחת שדה חשמלי החלקיקים מתיישרים ומאפשרים לאור לזרום דרכם. לאחר ניתוק מהשדה החשמלי הם עוברים חזרה לתבנית אקראית וחוסמים את מעבר האור.

 

TC עקרון הפעולה הוא שימוש בננו-חלקיקים תרמו-כרומטיים המתכהים בחשיפה לחום השמש.

כאשר חלקיקים תרמו-כרומטיים, כאשר הנפוץ בהם הוא ונדיום דו-חמצני, נחשפים לקרינת חום השמש הזכוכית החכמה תתכהה, התהליך הפיך ועם הפחתה בקרינת חום השמש החומר הפעיל מתבהר ואיתו הזכוכית החכמה.

 

PC עקרון הפעולה הוא תגובה פוטו-כימית המופעלת על ידי קרני אולטרה סגול (UV). 

כאשר חומר פוטו-כרומטי נחשף לקרינת UV התרכובות הכימיות מתכהות ואיתן הזכוכית החכמה, תגובה זו הפיכה וכאשר קרינת ה-UV נחלשת הזכוכית החכמה תהפוך שוב לבהירה יותר.

 

שוקלים לעבור לזכוכית חכמה?

 

טכנולוגיות זכוכית חכמות

נסקור את עיקרון הפעולה של הטכנולוגיות השונות המשמשות לייצור זכוכית חכמה:

 

PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal)

טכנולוגיית פיזור אור בשליטה חשמלית ליישומים של פרטיות

הגבישים הנוזליים (LC) הומצאו כבר בשנת 1888, עם זאת, יישומי טכנולוגיית ה PDLC פותחו ונרשמו כפטנט על ידי ד"ר ג'יימס פרגוסון בשנת 1984. דוקטור פרגוסון מוכר כממציא הטכנולוגיה תחת הסימן המסחרי – Nematic) (Curvilinear Aligned Phase   NCAP-PDLC.טכנולוגיה זו הינה הטכנולוגיה האיכותית ביותר לזכוכית חכמה לפרטיות מבוססת PDLC מכיוון שהייצור מבוסס על תמיסת LC במים ולא בממיסים, מה שהופך את הטכנולוגיה ליציבה ואמינה מאוד על פני שנים רבות. לאחר פיתוח ושיפורים משמעותיים של הטכנולוגיה, חברת סמארט פילמס רכשה את הפטנטים ואת מפעל הייצור הממוקם בעמק הסיליקון בקליפורניה בשנת 2007.

ד"ר פרגוסון הבין כי שילוב של גביש נוזלי LC בו המולקולות מסודרות לכיוון אחד, עם תמיסה על בסיס מים מאפשר ייצור של פילם חכם. התמיסה יושמה בין שתי יריעות פלסטיק עם שכבה מוליכה שקופה המבוססת על תחמוצת אינדיום.  Indium Thin Oxide (ITO).

 

בשנת 1987 פיתחה ורשמה כפטנט אוניברסיטת קנט סטייט טכנולוגיית PDLC המבוססת על "הפרדת שלבים". תחילה מיוצרת תערובת הומוגנית של פולימר וגביש נוזלי. טיפות הגביש הנוזלי נוצרות לאחר מכן על ידי תהליך הפרדה המתרחש באחת מהדרכים הבאות: פילמור, חום או חמורים ממיסים. הייצור על ידי ממיסים הינו הנפוץ ביותר כאשר היתרון בשיטה זאת הינה עלות ייצור נמוכה יותר אבל יחד עם זאת המוצר אינו מושלם מבחינת יציבות לאורך זמן.

אלקטרוכרומי (Electrochromic)

חומר אלקטרו-כרומי נרשם כפטנט לראשונה כבר בשנת 1843 על ידי המהנדס הסקוטי אלכסנדר ביין. הייצור הינו על ידי בנייה של שכבות של ננו חומר בתהליך הקרוב יותר למוליכים למחצה.

עקרון הפעולה הבסיסי כולל יוני ליתיום טעונים במטען חיובי עם אלקטרונים חסרים הנודדים הלוך ושוב בין שתי האלקטרודות דרך תווך המפריד ביניהן.

בדרך כלל, כאשר החלון שקוף בהיר, יוני הליתיום שוכנים באלקטרודה הפנימית ביותר (צד משמאל בתרשים). כאשר מפעילים מתח נמוך מאוד של 5 וולט על האלקטרודות, היונים "נודדים" דרך התווך לאלקטרודה החיצונית ביותר, (בצד ימין בתרשים) כאשר הם בשכבה זו, הם כהים ובולעים את האור והחום. 

טכנולוגיה אלקטרו-כרומית הינה טכנולוגיה "ירוקה" מכיוון שצריכת האנרגיה מתבעת רק במעבר מדרגת כהות אחת לאחרת, ואין צורך בצריכת אנרגיה על מנת להחזיק את הזכוכית במצב. 

החומרים האלקטרו-כרומיים מתאפיינים באיכות בידוד תרמי בשונה מטכנולוגיית ה-PDLC וה-SPD אשר להן אין איכויות בידוד חום.

חלקיקים "מושהים" - Suspended Particle Devices) SPD)

 1807. בשנת 1965 החל פיתוח של זכוכית חכמה המבוססת על התופעה כאשר עקרון הפעולה הינו תנועה של ננו-חלקיקים כתגובה לשדה חשמלי, כאשר הננו-חלקיקים בגודל של פחות ממיקרון נמצאים בתוך נוזל, ובעלי תכונה של פיזור אור. 

תהליך הייצור של זכוכית חכמה בטכנולוגיית ה-SPD מתחיל בייצור התמיסה עם הננו חלקיקים, יישום בין שתי יריעות פלסטיק כאשר על כל יריעת פלסטיק יש שכבה מוליכה שקופה המבוססת תחמוצת אינדיום.

טכנולוגיית SPD בעלת גוון כחול כהה ובמתח של כ-100 וולט הגוון ייתבהר. על מנת לשמור על הזכוכית במצב שקוף נדרשת צריכת אנרגיה במשך כל זמן השימוש. 

בשונה מחומרים אלקטרו-כרומיים, אשר להם איכות בידוד חום לחלקיקי ה-SPD כמו גם לטכנולוגיית PDLC אין איכויות בידוד חום.

תרמו-כרומי  Thermochromic

חומרים תרמו-כרומיים התחילו להתפתח במעבדות כבר בשנות השישים. חומר תרמו-כרומי מאופיין בפיגמנט בעל תכונה של שינוי צבע בשל שינוי בטמפרטורה.

 

זכוכית חכמה תרמו-כרומית מורכבת משתי זכוכיות אשר מודבקות באמצעות PVB כאשר חלקיקים תרמו-כרומיים כבר מיושמים בשכבת ה-PVB. זכוכית חכמה תרמו-כרומית מוצעת במבנה של בידודית על מנת לייצר שכבת חום אחידה ובידוד חום איכותי. 

פוטו-כרומי Photochromic

שינוי צבע על ידי פוטונים הומצא בשנת 1842 על ידי סר ג'ון פרדריק וויליאם הרשל באנגליה. יריעה פוטו-כרומית משנה את הרכב הצבעים שלה בחשיפה לקרינת גלי אולטרה סגול, בדרך כלל של קרינת אור השמש.

כאשר חומר פוטו-כרומי נחשף לאור אולטרה סגול (UV) המבנה המולקולרי משתנה כתוצאה מהפחתת חמצון, במהלך תגובה כימית זו מתחמצן כלור ליצירת אטומים ואלקטרונים ואילו אלקטרון חופשי מועבר ליוני כסף. כתוצאה מכך החומר הפוטו-כרומי מתכהה וסופג את האור והחום הנוצרים מקרני השמש. 

התפתחויות אחרונות משלבות ננו חומרים קרמיים על מנת להתאים את טווח דחיית קרני השמש ליישומים של זכוכית חכמה לבידוד תרמי. בשילוב ננו חומרים מבוססי כסף ניתן לשלב גם חסימת קרני אינפרא אדום (IR) על ידי החזר קרני השמש.

סקירת שוק

שוק הזכוכית החכמה הוערך ב- 3.5 מיליארד דולר בשנת 2019 וצפוי להיות מוכפל עד 2025 עם לגודל שוק של  7 מיליארד דולר. גודל השוק כולל זכוכית פנים לפרטיות וזכוכית חוץ לבקרת אקלים ובידוד חום וקור.

זכוכית חכמה מיושמת במספר רב של מגזרים כגון, דירות מגורים, משרדים, בתי מלון, מרפאות ובתי חולים, מבני ציבור ומשרדי ממשלה. היישומים העיקריים מתמקדים בענף הבנייה והתחבורה כאשר גורמי הצמיחה העיקריים הם:

  • ענף הבנייה - תקנים ותקנות לבנייה ירוקה מעודדים בעלי בניינים להשקיע בפתרונות לחיסכון באנרגיה כגון זכוכית חכמה לקירות מסך וחלונות. 

  • ענף הרכב - במיוחד רכבים שיתופיים, בהם יתאפשר לחסום קרני שמש מחממות ומסנוורות ולפרטיות. 

  • ענף התעופה - חברות כמו בואינג ואיירבוס תאמצנה באופן נרחב את הזכוכיות החכמות ליישום גם בדגמים נפוצים ולא רק בדגמי היוקרה. 

  • ענף השיט - יישומים ימיים כגון ספינות שייט ויאכטות יאמצו זכוכיות חכמות לשיפור נוחות הנוסעים וחיסכון באנרגיה.

 

יישומי זכוכית חכמה

אדריכלים, מעצבי פנים ובעלי בניינים משתמשים בזכוכית חכמה בקטגוריות הבאות:

 

זכוכית חכמה

זכוכית חכמה היא השם הנפוץ של זכוכית מבוקרת אור. ישנן טכנולוגיות שונות וחשוב להבין את היתרונות והמגבלות של כל טכנולוגיה להתאמה מושלמת ליישום שלך.

כיצד לבחור זכוכית חכמה?

איכות ואמינות הן הגורמים החשובים ביותר בקבלת ההחלטה בדבר יצרן הזכוכית החכמה. במצב שבו תזדקק להחליף את הזכוכית החכמה שהותקנה, תצטרך להתמודד עם הפסד כספי ויותר מזה פגיעה במוניטין.

העובדות הבאות יעזרו לך לקבל את ההחלטה הנכונה עבורך:

  • זכוכית חכמה בטכנולוגיית NCAP PDLC, משמע מוצר יציב לאורך זמן. מכיוון שתמיסת הגביש הנוזלי LC מבוססת מים, אשר מתאדים בתהליך הייצור, אנו נשארים עם תמיסה אשר לא עברה ריאקציה כימית. זאת בשונה מתהליך ייצור של זכוכית חכמה בהפרדת שלבים אשר מבוססת על ממיסים כימיים. השימוש בממיסים יוצר ריאקציה כימית ומוצר לא יציב (שינויי צבע, בועות והיפרדות שכבות)

  • חומרי גלם איכותיים, פירוש הדבר שיריעות הפלסטיק השקופות, הגביש הנוזלי (LC) והשכבה השקופה המוליכה (ITO)  צריכים להיות באיכות ללא פשרות. גילינו שמוצרי המדף הסטנדרטיים של יריעת הפלסטיק עם השכבה המוליכה השקופה, שבמקור אינה מיועדת לזכוכית חכמה אלא למסך מגע אינה תואמת את תקני האיכות שלנו והשקענו בציוד ומכונות ואנו מייצרים בעצמנו את השכבה המוליכה השקופה באיכות הנדרשת. איכות פשרנית של שכבת ההולכה תגרום לבעיות על פני זמן (תקלות, היפרדות שכבות, קצרים)

  • תהליך הייצור צריך להיות בסביבה נקייה, סטנדרטים גבוהים של מכונות ייצור (מעבדות כימיות, קו ציפוי, חדר ריפוי, בדיקות ו- QA, מסד נתונים וניתוח דיגיטלי). מהנדסים מנוסים היטב ותהליך ייצור קפדני מאוד.

  • ניסיון ומוניטין, חשובים מאוד, הייתם רוצים שהיצרן שלכם יהיה בעל ניסיון מוכח ועם מוצרים בשוק כבר עשרות שנים. יצרן שיכול לספק לך לא רק מוצר באיכות גבוהה אלא תמיכה מלאה משלב התכנון ועד התקנה מוצלחת. 

זכוכיות חכמות על פני זמן

 

הצטרפו לניוזלטר שלנו

טלפון : 072-3937571

אריאל שרון 4, גבעתיים

מגדל השחר, קומה 25

דואר אלקטרוני

ווצאפ

  • Facebook
  • Pinterest
  • Instagram
  • YouTube

מתעניינים בפגישת הדגמה של זכוכיות דינמיות?

  • Facebook - White Circle