Электрохромное окно как один из элементов энергоэффективного дома

Электрохромные окна (ЕС-окна) — это окна, стекла которых автоматически изменяют свою светопроницаемость при изменении условий внешней среды.

Иначе такие окна иногда называют окнами с регулируемым затенением. Иногда — интеллектуальными окнами (intelligent windows как часть небезызвестного intelligent house). В перспективе электрохромная технология (electrochromic technology, ЕС) может использоваться просто частными лицами — для регулирования интенсивности дневного освещения и потоков солнечного тепла через обычные окна и устройства верхнего дневного освещения (потолочные окна), и, возможно, когда-нибудь она сделает ненужными оконные шторы, маркизы и жалюзи.
Технология изготовления окон быстро развивается. Покрытия с коэффициентом излучения, газонаполненные окна, спектрально-селективные покрытия и другие изолирующие материалы радикально изменяют роль и функции окон как элементов конструкции здания.
Многие из этих видов остекления в разных климатических условиях ведут себя по-разному, поэтому нередко приходится уменьшать поток проходящего через окно видимого света ради улучшения энергетических параметров.

Вот одна из разновидностей электрохромной технологии: оконное стекло состоит из нескольких слоев.
К двум проводящим оксидным слоям прикладывается напряжение, перемещающее ионы водорода или лития из накопительного слоя через ионопроводящий слой в электрохромный слой.
Присутствие этих ионов в электрохромном слое изменяет его оптические характеристики, связанные с поглощением видимого света, и таким образом способствует затемнению окна.
При изменении полярности напряжения ионы движутся в обратном направлении, перемещаясь из электрохромного слоя через проводящий слой в накопительный слой. При этом электрохромный слой начинает пропускать больше света, и окно становится более прозрачным.
Данная технология обладает памятью: после того, как изменения инициированы, нет необходимости поддерживать постоянное напряжение. Кроме того, такое окно можно настроить на блокировку определенных диапазонов волн, например, на фильтрацию инфракрасной (тепловой) энергии, а количество света, проходящего через такое многослойное окно, может по желанию меняться в пределах от 5% до 80% от общего количества поступающего света.

Еще одна разновидность данной технологии называется системой остекления со взвешенными частицами (suspended particle display, SPD). Здесь между стеклянными пластинами помещается раствор, содержащий взвешенные частицы. В обычном состоянии частицы перемещаются и сталкиваются случайным образом, препятствуя прямому прохождению света. Но при включении напряжения частицы быстро выстраиваются определенным образом, и остекление становится прозрачным.
В электрохромной технологии третьего типа, разрабатываемой Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (National Renewable Energy Laboratory, NREL) Министерства энергетики США, переходы от прозрачности к затемнению и обратно происходят в зависимости от интенсивности приходящего солнечного света.
Окна такого типа могут использоваться для регулирования нежелательного поступления тепла через потолочные и обычные окна без использования электроэнергии.

Электрохромные окна могут использоваться для регулирования количества света, поступающего в здание через обычные и потолочные окна, с целью уменьшения яркости света или количества поступающего солнечного тепла, а если нужно — просто для затемнения помещения.
Сейчас разрабатываются различные механизмы автоматического управления, которые смогут автоматически регулировать световой поток через такое окно. Например, летом, когда интенсивное солнечное освещение нежелательно, специальный программируемый термостат будет затемнять окно, а зимой, когда солнечные лучи несут полезное тепло, будет оставлять его прозрачным.
Использование электрохромных технологий способствует экономии энергии за счет регулирования потоков тепла и света, поступающих в здания через окна. Они также будут способствовать замедлению выцветания предметов обихода и обстановки внутри помещений, препятствуя попаданию на них ультрафиолетовых солнечных лучей.
Другие преимущества, например, уменьшение размеров нагревательных и охлаждающих устройств, а также экономия на других оконных покрытиях, еще нуждаются в оценке. Однако в действительности эти факторы должны способствовать удешевлению этих весьма дорогих новых технологий.

В отличие от других типов оконных пленок, регулирующих поток солнечного света, электрохромные пленки нуждаются в подаче электроэнергии.
Кроме того, пока неизвестно, сколько времени могут прослужить некоторые электрохромные пленки, особенно жидкие. Для производства электрохромных окон необходимо решить проблемы снижения их стоимости, обеспечения длительного срока службы и достижения приемлемых для практики размеров.
Ожидается, что первоначально в коммерческом производстве ЕС-технологии остекления будут довольно дорогими, а механизмы управления и программные средства пока еще разрабатываются и тестируются применительно как к коммерческим, так и к жилым зданиям. Наконец, что немаловажно, на текущий момент самый большой образец такой пленки, полученный сотрудниками Электрохромной программы Министерства энергетики США, имеет размеры всего 35х40 см.
Данная программа способствует продвижению на рынок долговечных EC-окон. Что же касается NREL, то она поддерживает эту инициативу, проводя испытания с целью определения срока службы ЕС-окон, обеспечивая и поддерживая всеобъемлющие исследования технических характеристик, в частности, оценку вероятности и масштаба ухудшения характеристик таких окон, а также обеспечивая техническую помощь в работе Национального совета оценки систем остекления (National Fenestration Rating Council) и Американского общества испытания материалов (ASTM).

В настоящее время изготовители уже могут приобрести лицензии на производство стеклопакетов по электрохромной технологии, но пока в США нет изготовителей, выпускающих настоящие электрохромные окна. Однако, хотя на рынке окон этих новых типов сегодня нет, скоро они начнут появляться в общественных и жилых зданиях с верхним естественным освещением, а потом появятся и полноразмерные оконные блоки.

Подготовил Владимир ДАНИЛОВ