پنجره‌های هشیار

چون صحبت از ساخت پنجره‌های هوشمند است، ابتدا برایمان بگویید این پنجره‌ها چگونه به صرفه‌جویی در مصرف انرژی کمک می‌کنند؟

پنجره‌های نوری هوشمند ساخته‌شده با فناوری کریستال‌های 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 سیستم‌ها با اندازه‌گیری 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 سیستم‌ها برای انجام فرآیندهای فوق، نیازی به استفاده از منبع انرژی ندارند و انرژی خود را از نور خورشید تامین می‌کنند.

آیا در پنجره هوشمند طراحی‌شده در دانشگاه تبریز همین فناوری به‌کار گرفته شده است؟

پنجره‌های هوشمند ساخته‌شده در پژوهشکده فیزیک کاربردی و ستاره‌شناسی دانشگاه تبریز به سبب دارا بودن مدارات الکترونیکی خودکنترلی و استفاده از مخلوط بلورهای مایع مناسب نمونه مشابه ندارد. شاید بتوان نزدیک‌ترین نمونه مشابه خارجی برای این سیستم را دریچه‌های نوری بلور مایع دانست که از سال 1995 به‌عنوان سرگرمی ‌علمی ‌به‌صورت آزمایشگاهی تولید شده است و بیشینه ابعادی حدود 50x30 سانتی‌متر د‌ارد، ولی پنجره هوشمند تولیدشده در این مرکز محدودیت ابعادی ندارد و مجهز به سیستم‌های خودکنترلی هوشمند است و برخلاف دریچه‌های نوری بلور مایع 6 حالت کنترل نوری دارد. دریچه‌های نوری بلور مایع 2 حالت دارند: یا روشن یا خاموش. سیستم بلور مایع و مدارات خودکنترلی قابلیت هوشمندی جهت تصمیم‌گیری برای این سیستم‌ها فراهم آورده است.

در واقع پنجره‌های هوشمند مجهز به ساختار‌های بلور مایع و سنسورهای نوری و حرارتی و پردازنده داده‌ها هستند و در صورت نیاز می‌توانند با نظر استفاده‌کننده محدوده کاری خود را تغییر دهند.

سیستم به‌کار رفته در پنجره‌های طراحی‌شده چگونه به کنترل میزان ورود و خروج نور و انرژی کمک می‌کند؟

این سیستم با اعمال ولتاژ پایین (1/0 - 1 ولت) میزان چرخش مولکول‌های بلور مایع به‌کار 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 صفحه‌ای 90‌‌درجه نسبت به هم قرار می‌گیرند. پلاریزور که در قسمت ورودی پنجره نوری هوشمند قرار می‌گیرد با جهت ‌قرارگیری مولکول‌های بلور مایع هم‌جهت است و آنالیزور نیز نسبت به قرارگیری مولکول‌های 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 90‌‌درجه 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 مولکول‌های بلور مایع موازی سطح سل قرار گیرند، (موازی جهت پلاریزور و آنالیزور) عملا مولکول‌های بلور مایع نور واردشده 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 مولکول‌های بلور مایع درون سل‌ پنجره نوری هوشمند ولتاژ اعمال شود، عملا مولکول‌های بلور مایع عمود بر سطح قرار می‌گیرند و دیگر عمل چرخش نوری را انجام نمی‌دهند. نتیجه فرآیند فوق تاریک دیده شدن محل‌هایی است که جریان الکتریکی باعث چرخش مولکول‌های کریستال مایع در آن محل‌ها شده است. وجود الکترود‌های ریز در داخل صفحات بلور مایع باعث می‌شود که با استفاده از روش‌های ترکیبی تا 6 حالت برای عبور نور و یک حالت برای حذف کامل نور عبوری در این سیستم‌ها 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.

از دیگر ویژگی‌های پنجره‌های ساخته‌شده برایمان بگویید.

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 برنامه‌پذیری به دلخواه استفاده‌کننده، کاهنده هدرروی انرژی از پنجره‌های ساختمان، کاهنده آلودگی صوتی، حذف‌کننده نور‌های UV خورشید درون ساختمان، مصرف بسیار پایین انرژی و قابلت شارژ دستگاه با باتری‌های خورشیدی بسیار کوچک اشاره کرد.

ضریب کاهش مصرف انرژی با به‌کارگیری آنها چه میزان خواهد بود؟

این پنجره‌ها به علت دارا بودن لایه‌های بلور مایعی و صفحات شیشه‌ای پوشش داده‌شده میزان تبادل گرمایی و صوتی پنجره‌ها را تا 70 درصد کاهش میدهند، لذا با استفاده از این پنجره‌ها تبادل حرارتی و صوتی پنجره‌های ساختمان کاهش چشمگیری می‌یابد و هدرروی انرژی از طریق پنجره‌ها به حداقل می‌رسد. البته قیمت تمام‌شده‌ این پنجره‌ها تقریبا 5 برابر پنجره‌های دوجداره معمولی است.

پونه شیرازی