Published in: تكنولوجيا

أنواع أفلام تظليل الزجاج الذكية

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 10 ديسمبر، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

تسمح تقنيات الزجاج الذكي المتطورة للمستهلك بحجب مرور الضوء كلّه أو جزءٍ منه عبر النوافذ، وذلك عن طريق إدارة دولاب مقبضٍ أو الضغط على زرٍّ فقط، ويؤدي التحكُّم في الإضاءة إلى توفير الكثير من الأموال المصروفة على تكاليف التدفئة، والتبريد، والإضاءة. تخدم النوافذ وظيفةً مهمةً في المنازل والمباني التجارية، فهي لا تسمح بدخول الضوء لتقليل استخدام الكهرباء للإضاءة فقط، بل توفر الضوء القادم من النافذة الحرارة أيضًا.

يمكن تحويل النوافذ العادية إلى نوافذ ذكية باستخدام أفلام تظليل الزجاج الذكية (Smart Film) التي تلصق على النافذة الزجاجية الشفافة، وتصنع الأفلام الذكية على شكل صفائح رقيقة تُلّف على بكرات، وتؤدي النوافذ الذكية إلى خفض فاتورة تنظيف وغسل الستائر القماشية التقليدية، كما يمكنها توفير المال المصروف على فاتورة الطاقة أيضًا.

عندما تدخل أشعة الشمس المنزل في الصيف، يمكن أن ترفع درجة الحرارة داخل المنزل، مما يجعل مكيف الهواء الخاص بالمنزل يعمل لوقتٍ إضافي، ويمكن استخدام النوافذ الذكية لمنع تلك الحرارة الزائدة، من خلال حجب الأشعة فوق البنفسجية. أيضاً يمكن للنوافذ الذكية حماية اللوحات والمفروشات في المنزل أو المكتب من خلال حجب أشعة الشمس التي تضرُّها. ^[1]

ما هي أصناف أنواع الأفلام الذكية؟

تُصنّف أنواع الأفلام الذكية (Smart film) إلى صنفين:

1- نشطة (Active): يتم ُّتغيير خصائص انعكاس الضوء فيها بتأثيرٍ خارجي مُتحكّمٍ به.

2- متأثرة (Passive): تتغير خصائص انعكاس الضوء فيها بحسب البيئة المحيطة.

ما هي أنواع أفلام تظليل الزجاج المُتحكَّم بها (Active smart glass)؟

1- زجاج الجسيمات المجهرية المعلقة (SPD glass)

تصنع المواد المستخدمة لتحقيق هذه التقنية من جزيئاتٍ مجهريةٍ صغيرةٍ ماصّةٍ للضوء، تُعرف بأجهزة الجسيمات المعلقة (Suspended Particle Devices)، واختصاراً (SPD)، أو تسمّى صمامات الضوء (light valve). يمكن أن تنتقل من اللون الداكن المُعتم إلى اللون الشفاف الصافي في غضون ثوانٍ بتطبيق جهدٍ كهربائي ثم تعود للحالة المُعتمة بعد إزالة الجهد الكهربائي، كما يمكن استخدام الخلايا الضوئية والحساسات الأخرى للتحكُّم في خصائصها الضوئية تلقائيًا. ^[2]

2- زجاج البلورات السائلة المُشتّتة من البوليمير (PDLC glass)

توجد البلورات السائلة (liquid crystal) في العديد من المنتجات التي نستخدمها يومياً، وتستخدم أجهزة الكمبيوتر المحمولة، والآلات الحاسبة، والساعات الرقمية شاشات الكريستال السائل (LCD)، ويتمُّ استخدام الكهرباء في هذه الشاشات لتغيير شكل البلورات السائلة للسماح للضوء بالمرور، وبالتالي تشكيل الأشكال والأرقام على الشاشة.

عبارة PDLC هي اختصار (Polymer dispersed liquid crystal). تشبه التقنية المُستخدمة في شاشات LCD، تقنية البلورات السائلة المُشتّتة من البوليمر (PDLC) المُستخدمة في بعض تطبيقات النوافذ الذكية، حيث تستجيب البلورات السائلة للجهد الكهربائي المُطبق، وتقوم بالاصطفاف بشكلٍ متوازٍ (باتجاهٍ واحد)، وتسمح للضوء بالمرور، وعند غياب الجهد الكهربائي تكون البلورات السائلة الموجودة في المادة الذكية عشوائية الاصطفاف.

في هذه التقنية يكون الزجاج إما شفافًا أو داكناً (مُعتماً)، ولا توجد حالةٌ وسطيةٌ بينهما، وبما أن تقنية (PDLC) يمكن أن تحقّق بيئةً شفافة، فإنها تُعتبر مناسبةً للمنازل والمكاتب، حيث يمكن من خلالها الحصول على الخصوصية دون خسارة بقية الضوء. يتطلب زجاج (PDLC) جهداً كهربائياً حتى يصبح شفافاً، وهناك تقنية مختلفة للنوافذ الذكية قيد التطوير من شأنها أن تعكس العملية. ^[3]

3- زجاج المواد الكهروكيميائية (Electrochromic glass)

يصنّع من مواد لها خصائص كهروكيميائية، المواد الإلكتروكرومية (Electrochromic Materials)، وهي مواد يمكن أن يتغير لونها عند تنشيطها بواسطة تيارٍ كهربائي، حيث تسبّب الكهرباء بانطلاق تفاعلٍ كيميائي يغير خصائص المادة، فتتغير طريقة انعكاس الضوء، وامتصاصه لهذه المادة. وفي بعض المواد الإلكتروكرومية يتغير لون المادة، حيث تتغير المادة بين الحالة الملونة (التي تعكس ضوء بعض الألوان)، والحالة الشفافة (التي لا تعكس أي ضوء).

بعد تطبيق جهدٍ كهربائي على زجاج الإلكتروكروميك، فإنه يصل لحالةٍ معينةٍ من الشفافية أو العتامة، ويحافظ على هذه الحالة بعد إزالة هذا الجهد الكهربائي إلى حين تطبيق جهدٍ كهربائي معاكس، مما يجعله موفراً للطاقة، حيث لا يحتاج إلى تثبيت جهدٍ للحفاظ على خصائصه الضوئية والبصرية.

يكون الزجاج الذكي المُصنّع بهذه التكنولوجيا شفافاً في الحالة الطبيعية، ومُعتماً (داكناً) في حال تطبيق الجهد الكهربائي، ويمكن التحكُّم بمقدار الشفافية أو العتامة من خلال قيمة الجهد الكهربائي المُطبق. تُعتبر سرعة تغيير زجاج الإلكتروكروميك لخصائصه البصرية والضوئية بطيئة. ^[4]

ما هي أنواع الزجاج الذكي المتأثرة (Passive smart film)؟

1- زجاج الفوتوكروميك (Photochromic)

يُدعى عادةً الفيميه، ويتغير لونه عند تعرُّضه للضوء، ويصبح لونه داكنًا عند وجود الأشعة فوق البنفسجية، ويعود إلى حالته الأصلية الشفافة في الظلام، ويستعمل في النظارات، والسيارات، والمباني. يؤمن الزجاج الفوتوكرومي الحماية من أشعة الشمس فوق البنفسجية فئة A، والأشعة فوق البنفسجية فئة B الضارة، فضلاً عن الجمال الذي يمكن إضافته.

ولكن يوجد له عيوبٌ كثيرة، حيث يمكن أن يكون زمن ردُّ فعل الزجاج الفوتوكرومي أبطأ بكثيرٍ من الأنواع الأخرى للزجاج الذكي، ولأن الزجاج الفوتوكرومي يمكن أن يكون حساسًا للتغيرات في درجات الحرارة، فقد لا يتغير لونه عند درجات الحرارة العالية، كما يمكن أن تتآكل الطلاءات الفوتوكرومية بمرور الوقت، لذلك قد تحتاج إلى استبدالها بانتظامٍ للحفاظ على تأثيرها، وبما أنها تتأثر ببيئتها، ولا تعمل بالكهرباء، فلا يمكن استخدامها في أنظمة الزجاج الذكية المتطورة. ^[5]

2- زجاج الثيرموكروميك (thermochromics)

هو نوعٌ من الزجاج الذي يتغير لونه عند تعرُّضه للحرارة، ويرجع تغير اللون إلى وجود بلوراتٍ سائلة حرارية، والتي تتغير خصائصها الضوئية والبصرية بحسب درجة حرارتها، ويمكن ضبط درجات حرارة مختلفة لإحداث تغييرٍ في مظهرها بحسب نوع الزجاج الحراري المستخدم، مثلاً: قد تتمُّ برمجة بعض الأنواع للتبديل بين المظهر الشفاف والمظهر الملون عند درجات حرارة معينة.

بينما يقوم البعض الآخر ببرمجته على أساس التبديل بين لونين أو أكثر بحسب درجة الحرارة، ويوفر الزجاج الحراري طريقةً رائعةً للمصمّمين لإنشاء أسطحٍ زجاجيةٍ ديناميكية يمكنها الاستجابة مع البيئة المحيطة بها، ونظراً لأنها تتفاعل مع الحرارة، بدلاً من أن تعمل بالكهرباء، فلا يمكن استخدامها في تطبيقات الزجاج الذكي المتطورة. ^[5]

الخلاصة

على الرغم من أنه يمكن استخدام المواد الحرارية (Thermochromics) أو الفوتوكرومية (Photochromic) في النوافذ الذكية، إلا أن كلا التطبيقين غير عمليين في النهاية كأجهزة موفرة للطاقة، لأنه لا يمكن التحكم فيهما يدويًا. إن النوافذ التي تستعمل تقنية المواد الفوتوكرومية لن تكون موفرةً للطاقة بشكلٍ كاملٍ خلال أشهر الشتاء الباردة، ففي الأيام الباردة، والتي تكون أحياناً مشمسة، لا تسمح تقنية المواد الفوتوكرومية للضوء والحرارة بالدخول لتدفئة الغرفة، وستُظلم النوافذ تلقائيًا عوضاً عن ذلك.

أيضاً إن النوافذ التي تستعمل تقنية المواد الحرارية تتأثر بالحرارة، لذلك، في يومٍ صيفي مشمس وجميل، ستتضاءل الرؤية للخارج بشكلٍ كبير، ولهذه الأسباب تمَّ ابتكار تقنياتٍ جديدةٍ لمواد يمكن التحكُّم بخصائصها البصرية والضوئية حسب الرغبة. ^[6]