Скользя взглядом по зеркальным панорамным фасадам современных офисно-торговых центров, знаете ли вы, что смотрите на настоящее технологическое чудо, продукт серьёзных научных исследований?
Речь пойдет о стекле– материале, хотя и известном человечеству более пяти тысяч лет, но по-настоящему получившем широкое распространение и всеобщее признание лишь в ХХ веке.
Благодаря научно-техническим достижениям новейшего времени у сегодняшних архитекторов, дизайнеров и инженеров есть возможность выбирать из тысяч различных видов стекла– от бутылочного, по составу мало чем отличающегося от дошедших до нас античных образцов, до ударопрочных, пожаробезопасных и прочих сортов специального назначения.
О том, как последние достижения физики, химии и нанотехнологий находят применение в стекольной промышленности, читайте далее в «Открытой».
Из тьмы веков
Открытое, по-видимому, случайно где-то на Среднем Востоке (Сирия, Египет, Месопотамия) приблизительно в 3-м тысячелетии до нашей эры, стекло в его «классическом» исполнении есть, по сути, сплав обычного песка (диоксид кремния) и оксидов натрия и кальция в соотношении примерно 75:15:10.
На протяжении веков стекольных дел мастера эмпирическим (опытным) путем находили способы добиться большей прозрачности, повышенного блеска или глубокого, насыщенного цвета их изделий, экспериментируя, например, с различными добавками или варьируя технологические приемы обработки.
Сегодня ученые имеют довольно хорошее представление о взаимосвязи между химическим составом стекол и их основными физико-механическими и термодинамическими характеристиками. Как результат, у специалистов, работающих в этой области, есть возможность осознанно подбирать качественный состав и количественные отношения компонентов, чтобы добиться от будущего стекла требуемых свойств.
Так, используемое в большинстве смартфонов и планшетов защитное, устойчивое к царапинам и ударам стекло «ГориллаГласс» от американской фирмы «Корнинг» имеет толщину всего 0,8 мм. Улучшенные показатели твердости и прочности здесь достигаются за счет специальной обработки обычного натрий-кальциевого стекла, во время которой ионы натрия замещаются на более крупные по размеру ионы калия. Возникающее в результате такого обмена компрессионное напряжение ведет к своего рода «уплотнению» структуры материала, что и обеспечивает повышенную сопротивляемость «ГориллаГласс» к различного рода механическим воздействиям.
Шторы XXI века
По некоторым оценкам, примерно 45% от стоимости содержания современных небоскребов, торговых центров и прочих «представителей» архитектурного стиля «стекло и бетон» приходится на расходы по кондиционированию внутренних помещений. Другими словами, поддержание комфортной температуры в условиях, когда зимой тепло «утекает» на улицу через тысячи стеклянных окон-панелей, а летом солнце нещадно нагревает юго-восточные фасады, обходится владельцам таких зданий в копеечку.
Конечно, использование специальных низкоэмиссионных (теплосберегающих) стеклопакетов, тонированного затемнения и компьютеризированных систем управления климатом помогает отчасти снизить эксплуатационные расходы.
Меж тем следующим шагом в этом направлении стало появление в начале двухтысячных так называемых «умных», или смарт-окон, затемненность которых может изменяться вручную или автоматически от состояния «полностью прозрачные» до «непроницаемо черные».
По данным производителей, использование их в коммерческом строительстве позволяет сократить приблизительно на четверть расходы на отопление/освещение высотных «стекляшек».
В силу высокой цены «умных» стекол их главным потребителем является сегодня не строительная отрасль, а авто- и авиапромышленность. Так, в новейшем Боинге-787 «Дримлайнер» инженеры отказались от традиционных пластиковых шторок на иллюминаторах в пользу «умного» стекла, в том числе и в целях снижения общей массы самолета и повышения его топливной экономичности.
В свою очередь, многие зарубежные автопроизводители используют подобные технологии в своих люксовых моделях, что позволяет их владельцам по желанию затемнять, к примеру, стеклянную крышу автомобиля, боковые стекла или зеркала заднего вида.
На службе у комфорта
На сегодняшний день идея, лежащая в основе «умных» стекол, – изменять их оптические свойства «по требованию», реализована в коммерческих продуктах более чем десятка различных фирм по всему миру.
Несмотря на некоторые различия в техническом исполнении, принцип, как правило, везде один и тот же. В пространство, образованное двумя слоями стекла или пластика, помещают определенные химические соединения (жидкие кристаллы, органические красители и др.), которые под действием электрического тока могут из матовых становиться полностью прозрачными, включая все промежуточные состояния.
Данный переход осуществляется практически мгновенно, а затраты на поддержание смарт-стекла во «включенном» (прозрачном) состоянии сопоставимы с расходами на работу электрической лампочки ночника.
Помимо ручной подстройки, такие окна могут быть объединены с датчиками освещенности, чтобы, изменяя автоматически степень своего светопропускания, поддерживать постоянный комфортный уровень освещенности в помещении.
Помимо использования в качестве высокотехнологичной альтернативы шторам, «умные» стекла (называемые иногда электрохромными) используют также в офисах, душевых кабинах, приемных покоях больниц– словом, везде, где есть необходимость создания временных светонепроницаемых перегородок.
Как уже отмечалось, в настоящее время относительно высокая цена подобных стекол ($400-700 за кв.м против $50-150 обычного оконного) является главным препятствием для их повсеместного использования. На рынке листового архитектурного стекла доля «умных» окон составляет сегодня всего около 1%.
Меж тем, по заверениям производителей, уже в ближайшие годы цена на различные виды электрохромного стекла упадет как минимум вдвое, а объем его производства к 2022 году, согласно прогнозам, вырастет почти в 20 раз– с сегодняшних 140 тыс. кв.м до 2,7 млн. кв.м.
На острие прогресса
Тем из нас, кто не готов ждать обещанного снижения цен и хотел бы воспользоваться плодами передовых технологий уже сегодня, производители предлагают самоклеющиеся электрохромные пленки.
Работая по тому же принципу, что и «настоящие» смарт-стекла, данные полимерные покрытия существенно дешевле ($200-400 за кв.м) последних, и, что самое главное, могут быть установлены на существующие окна автомобилей или квартир без замены рамы или стеклопакета.
Нанотехнологии – в действии
Сегодня на рынке России присутствуют представительства большинства крупнейших мировых производителей стекольной продукции («Главербель», «Пилкингтон» и др.), предлагающих отечественным потребителям воспользоваться последними достижениями отрасли.
Так, выпускаемое сегодня архитектурное стекло имеет, в большинстве своем, различного рода специальные, нанесенные в вакууме покрытия из оксидов металлов, придающих стеклу светоотражающие, теплосберегающие, адсорбционные и другие полезные свойства.
К примеру, самоочищающиеся панели «Пилкингтон Актив» содержат незаметное, толщиной всего в 1/2000 человеческого волоса, неизнашиваемое и нестираемое покрытие из диоксида титана.
Будучи обращенной на улицу, подобная нанопленка активирует фотокаталитическое (под действием солнца) разрушение грязи, в результате чего та смывается впоследствии потоками дождя, не оставляя грязных разводов.
Кроме подобных монофункциональных стекол, производители предлагают и широкий ассортимент стеклянных панелей с комбинированными покрытиями, к примеру: низкоэмиссионное + солнцезащитное + декоративное + антибактериальное.
Как результат, в большинстве случаев у архитекторов есть все возможности удовлетворить любые свои прихоти касательно как внешнего облика, так и энергоэффективности зданий.
На фоне растущей во всем мире популярности «умных» домов с их упором на автоматизацию и энергосбережение «продвинутость» современных стекол пришлась как нельзя кстати. «Умные» города будущего вряд ли смогут обойтись без «умных» окон, а значит, как и на протяжении предыдущих пяти тысяч лет, стекло продолжит играть существенную роль в жизни человечества.
Александр ЛЕОНТЬЕВ
Версия для печати
Добавить комментарий