Смарт-стекло в системе умного дома

В статье авторы пытаются найти применение смарт-стекла в системе умного дома.

Ключевые слова: смарт-стекло, «умное стекло», экстерьер, интерьер, жилищное строительство, умный дом.

Актуальность — использование умного остекления в рамках модификации умных домов. Исследование возможностей применения смарт-стекла в умном доме.

Смарт-стекло — модификация существующего стеклянного оборудования, способного менять прозрачность при различных условиях. В работе рассматривается концепция интеграции в систему умного дома. Установлено, что с течением научно-технического прогресса и технология умного дома совершенствуется, расширяя и обогащая свой функционал. В этот функционал может войти и умное остекление.

Сегодня невозможно представить себе современную квартиру или дом без массы сложных электронных устройств. Телевизор, система безопасности, кондиционер и других электронных устройств. Однако управление устройствами часто становится проблемой. Первые «умные дома» появились у богатых американцев в 1950-х годах. Изначально такие системы предназначались для загородных домов. Концепция умного дома была сформулирована в 1970-х годах. Умный дом — это комплекс архитектурных и дизайнерских решений, взаимно связанных с автоматизированными инженерными и информационными системами и системами безопасности, обеспечивающих комфортную и безопасную среду для жителей дома. Интеллектуальные системы были изначально созданы для экономии государственных ресурсов, что очень дорого в некоторых странах и регионах. [2]

Только интеллектуальная домашняя система может круглосуточно смотреть на все инженерные работы в доме и декомпенсировать все оборудование, участвующее в обеспечении жизни человека, в единый комплекс. В каждом современном доме имеется и работает большое количество оборудования, обеспечивающего жизнь, комфорт, комфорт, связь и безопасность владельца. Удобство заключается в том, что даже в отсутствие человека умный дом оптимально сохранит в доме постоянный микроклимат. Интеллектуальная домашняя система будет постоянно контролировать все инженерные коммуникации в доме и не допускать возгорания, утечки газа или утечки воды. Умный дом — это прежде всего интеллектуальная система автоматизации для управления всей инженерной связью современного здания. Каждый в своем доме, квартире или офисе хочет чувствовать себя комфортно и безопасно. Интеллектуальная домашняя система ориентирована на эти основные задачи. Интеллектуальная автоматизация позволяет человеку централизованно настраивать те, которые им удобны — светлые помещения, температуру воздуха, влажность воздуха и обеспечивать собственную безопасность. [1]

Система Умный дом может включать в себя такие объекты автоматизации как управление инсоляцией (освещением), климатом, вентиляцией, видеонаблюдением и т. д.

Общая схема системы управления (иллюстрирована на рис. 1):

Понятие «умный дом» означает управление системой жизнедеятельности автоматическими устройствами. Поэтому концепция делится на несколько аспектов.

Прежде всего, это эффективная потребляемая энергия, вода и другие ресурсы.

Так же система дает возможность организовать охранную деятельность, так как применяется к видеонаблюдению и сигнализации, в нее также входит система тревоги, которая позволяет контролировать доступ к квартире.

Третья часть — обеспечение безопасности на техническом уровне. Ее создают датчики пропуска воды и система защита от короткого замыкания. То есть пользователи этой технологии могут автоматически управлять работой всех элементов инженерных систем.

Четвертый элемент умного дома — это возможность повышения комфорта, т. е. автоматизации действий.

Например, можно автоматически включать свет, стиральную машину и стиральную машину даже в том случае, если вы находитесь на другой стороне города, используйте смартфоны и планшеты. Часто система самостоятельно следит за сохранением заданных параметров [3].

Любая подсистема «умных» зданий либо работает полностью в автономном режиме, фиксируя свои мероприятия в журнале событий, либо ведет оперативное взаимодействие с оператором с запросом подтверждения мероприятий. Например, в случае возникновения пожара в здании система автоматически инициирует вызов команды пожара или выдает сообщение пожара на пульт руководителя. Решение на вызов пожарных в третьем случае примет оператор. Компоненты для «умного дома» производят огромное число предприятий. На рынок в последнее время выходят российские Smart-системы, цена которых гораздо дешевле, чем импортные. Впрочем, качество на данный момент чуть отличается от аналогов из зарубежных стран в худшую сторону. [2]

После ясности концепции «Умный дом» необходимо знать, как работает технология смарт-стекла. Уникальность этой технологии состоит в том, что, используя достаточно малый электрический ток, пользователь с легкостью реагирует на электрическую прослойку с помощью трансформации стеклянной конструкции (будь это окно или перегородка) из совершенно прозрачной к матовой. Когда прекращается подача электроэнергии, молекулы слоя электрохрома очень быстро изменяют упорядоченную позицию на хаотическую, делая стекла молоко-матовыми, создавая в помещении приватную атмосферу.

Основным элементом структуры является полиэтиленовая матрица жидких кристаллов, дополненная слоями проводной пленки с двух сторон, а потом полиэтиленовая полиэтиленовая полимерная пленка (представлена на Рис. 2). Smart Film — полиэтилентерефталатная (полимерная) пленка состоит: (*) — Два внешних полимерных слоя, покрытые прозрачным проводящим покрытием. Проводящее покрытие нанесено лицевой стороной во внутрь. (**) — Внутренний слой жидкокристаллических капелек окружен матрицей полимера. [4]

Рис. 2. Принцип действия смарт-стекла. [4]

Технология смарт-стекла бывает трех видов:

1. Полимерный жидкокристаллический слой. В полимерном жидком кристалле смесь кристаллов жидкого полимера диспергируется в жидкое полимерное вещество, а затем затвердевает. В этом процессе жидкие кристаллы становятся несовместимы с твердым полимером и формируют вкрапления в полимере, что приводит к изменению свойств смарт-стекла. Без напряжения кристаллы жидкости не упорядочены, что вызывает рассеяние параллельных световых лучей и создание непрозрачной матовой белой структуры. При подаче напряжения на токопроводящие слои жидкие кристаллы принимают положение, перпендикулярное плоскости электропроводного слоя и обеспечивают прозрачность стекла. [5]
2. На взвешенных частицах. Создается триплекс, в котором между двумя слоями стекол помещается тонкая пленка слоистых материалов стержнеобразных по структуре частиц, взвешенных в жидкости. Если напряжение не приложено, взвешенные частицы расположены в хаотичном порядке и поглощают свет, таким образом, что стекло приобретает темно-синий, серый или даже черный оттенок в зависимости от компонентов частиц. При подаче напряжения, взвешенные частицы выравниваются и стекло становится прозрачным. Отличием данного стекла является то, что оно оптически проницаемо абсолютно в любом состоянии. [5]
3. Электрохромный слой. Электрохромный слой в данной технологии состоит из напыления ионов лития. Прозрачность материалов регулируется подачу напряжения, а также контроль количества пропускаемого светового и теплового излучения, состояние меняется между цветной, полупрозрачной и прозрачной прозрачностью. Подача напряжения необходима только для изменения степени прозрачности, а для поддержания достигнутого состояния электропитание не требуется. [5]

Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки, поэтому имеют разные сферы использования. Поэтому ареал применения стекла с контролируемой прозрачностью довольно широк: от кабинетов до автомобильных стекольных тонировок. [5]

Существуют смарт-стекла, регулируемые пультом управления. Автоматика позволяет менять оттенок поверхности, так как при повышении яркости солнечного цвета поверхность темнеет. Переключение между режимами занимает буквально несколько десятков секунд.

Таким образом, система умного дома может самостоятельно регулировать светопропускание стеклянных элементов в доме (стеклопакеты, стеклянные двери). Для обеспечения доступа умного дома к смарт-стеклу можно соединить умное остекление и блок управление реле, управляемой через беспроводную связь (Wi-Fi, Ethernet, ZigBee и др.). Такое реле будет регулировать подачу электрического тока, тем самым регулировать светопрозрачность конструкции.

Также можно сгенерировать примерный сценарий для умного дома, при каких условиях будет регулироваться работа смарт-стекла:

— Для стеклопакета: с 22:00 до 6:00 окна становятся матовыми для обеспечения приватности и препятствования проникновению света в помещение для обеспечения здорового сна;

— Для стеклянных дверей: при включении света в ванной комнате или санузле дверь становится матовой для обеспечения приватности.

Литература:

1. Гордюшина О. С., Кувшинова О. А. Концепция умного дома, режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_38693336_87788369.pdf (дата обращения 22.03.2022)
2. Серебряник И. А., Дружинина Т. Я. Интеллектуальные системы в российских домах («умный дом»): роскошь или возможность экономии, Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_16213667_10610787.pdf (дата обращения 22.03.2022)
3. Крюкова А. А., Шматок К. О. «Особенности развития концепции «умный дом»: российский и зарубежный опыт», режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_39560503_48137338.pdf (дата обращения 22.03.2022)
4. Никитина О. С., Харебин И. И., Кузнецова Ю. В. «Умные стекла» с изменяемой прозрачностью. Технология «smart-glass»: https://elibrary.ru/download/elibrary_27676111_83457009.pdf (дата обращения 07.02.2022);
5. Донцова А. Е., Калинина А. В. Стекло с управляемой прозрачностью (smart window) в гражданском строительстве», режим доступа: https://alfabuild.spbstu.ru/userfiles/files/AlfaBuild/AlfaBuild_2018_6/7_6.pdf (дата обращения 07.02.2022).