Budeme mít inteligentní okna ?

V posledních létech se intenzivně studuje možnost opatřovat moderní prosklené budovy samočinnou regulací optické propustnosti oken. Samozřejmě si každý umí představit mechanická zařízení jako žaluzie, závěsy či jiná podobná zařízení, která mohou být elektricky ovládána s cílem zlepšovat světelnou a tepelnou pohodu v místnostech. Taková clonící zařízení jsou jistě běžná například v zemích jižní Evropy.

Hlavní účely těchto clonících a regulačních zařízení jsou zejména dva. Především je jejich účelem omezit přílišné prosvětlení a ohřev místností v denní době. Dále pak, v noční době, je účelné omezit ztrátu tepla z místností sáláním a navíc zabezpečit jisté soukromí uvnitř místností.

Mechanické prostředky jsou známy po dlouhou dobu, mají však své nedostatky.

V poslední době přináší věda další možnost. Je to využití jevu, který byl nazván elektrochromní, a který slibuje sestrojení velkoplošných okenních tabulí s elektrickým řízením propustnosti.

Elektrochromní jev nejsnáze pochopíme ve srovnání s akumulátorem. Účelem akumulátoru je nahromadit během nabíjení elektrickou energii, přičemž se elektrodové materiály elektrolyticky mění ze stavu »vybito« do stavu »nabito«. Při vybíjení pak probíhá postup opačný.

Akumulátor je řešen tak, aby energie, uložená v jednotce objemu nebo hmotnosti (v druhém případě hovoříme o měrné energii a vyjadřujeme ji ve Wh/kg) byla co největší a celek splňoval další požadované vlastnosti. Od toho se liší elektrochromní modulátory jasu.

Jako elektrochromní jev označujeme skutečnost, kdy zbarvení, optická pohltivost nebo odrazivost elektrodových látek se mění působením elektrochemických pochodů a tyto změny jsou vratné. Elektrochromní součástka je tedy do jisté míry obdobná akumulátoru, a to s jedním rozdílem. Je totiž řešena tak, aby změna optických vlastností byla pokud možno největší a dobře pozorovatelná.

Ideový pohled na elektrochromní součástku ukazuje zjednodušující schéma (obr. 1).

Tento obrázek představuje příčný řez elektrochromní součástkou, která jako pracovní látky užívá oxid wolframový WO3 a oxid vanadičný V2O5. Elektrolytem je gel vyrobený na bázi methylmethakrylátu s přísadami pro dosačení elektrické vodivosti.

Součástka je vytvořena dvěma, zpravidla skleněnými deskami. Ty jsou pokryty průhlednými, avšak elektricky vodivými elektrodami. Jejich materiál je obvykle oxid cíničitý, oxid inditý a vhodné přísady sloužící ke zvýšení elektrické vodivosti. Elektrody slouží jako přívod proudu. Na nich jsou naneseny tenké vrstvy elektrochromních materiálů a mezi nimi pak je fólie polymerní látky, která je rovněž elektricky vodivá; její vodivost však musí být zprostředkována ionty látek potřebných pro elektrochromní reakce. Tato fólie se dnes obvykle provádí z látek zvaných gelové polymerní elektrolyty. Jako elektrochromní materiály se předpokládají oxidy kovů (například wolframu a vanadu ). Rovněž organické sloučeniny na bázi heterocyklických viologenů poskytují použitelné výsledky.

Technologicky se elektrochromní součástky vyrábějí postupem tenkovrsvté technologie. V úvahu přicházejí vakuové napařování, iontové naprašování ve velmi zředěných plynech nebo nízkoteplotní chemické metody jako metoda sol – gel nebo sprejové nanášení. Jejich volba je určena jen technicko – ekonomickými problémy. Vakuové a iontové procesy jsou čisté, ale poměrně nákladné a předměty určené k pokrývání jsou rozměrově omezeny velikostí vakuové komory. Naopak nízkoteplotní chemické metody jsou vhodné i pro větší plochy.

O elektrochromismu a jeho využití se pravidelně každé dva roky konají setkání Mezinárodní společnosti pro elektrochromismus. Konaly se v Benátkách, San Diegu, Londýně, Uppsale a Denveru. V příštím roce je budeme pořádat my, a to v Brně. Podrobnosti si lze vyžádat na adrese www.ime-6.cz nebo na stránce e-mailu: vondrakj@iic.cas.cz.

Hlavní použití elektrochromismu se dnes očekává v moderní architektuře, kdy řízení propustnosti světla může přinést poměrně značné úspory energie vynaložené na klimatizaci místností a celých budov. Kromě toho se o využití elektrochromního jevu uvažuje ve vojenství.

Jedno použití elektrochromního jevu je již dnes uvedeno na trh. Jsou to elektronicky řízená zpětná zrcátka do aut, která se při oslnění světly následujícího vozu zatmívají, avšak zůstávají zrcadlící. Těchto zrcátek se již ve světě prodalo kolem 10 milionů a jsou určena pro vozy střední a vyšší třídy a nazývají se anglicky názvem »smart mirror«.

Oproti těmto, rozměrově malým výrobkům, je pro použití v architektuře a stavebnictví nutné zaručit několik dalších specifických vlastností. Především je to životnost, která ve srovnání s jakkoli drahým automobilem musí být mnohonásobně delší. Dále je to dlouhodobá odolnost vůči slunečnímu záření, neutrální zbarvení jak v propustném, tak v absorbujícím stavu a v neposlední řadě též rychlost odezvy na světelný impuls, která je zhoršována podélným odporem tenkovrstvých elektrod a která by mohla způsobit nerovnoměrné zabarvování či odbarvování ve směru od krajů do středu tabule.

Naše dvě pracoviště řeší některé materiálové otázky v této oblasti.