今話題のスマートウィンドウとは？仕組みとメリット、未来への展望

スマートウィンドウという言葉を聞いたことはありますか？

スマートウィンドウとは、光や電気などの刺激によって色や透明度を変えることができる、高機能な窓のことです。

スマートウィンドウは、省エネや快適性、セキュリティなどの面で多くのメリットを提供します。

また、近年は自動車や建築などの分野での需要が高まっており、市場規模も拡大しています。

この記事では、スマートウィンドウの仕組みと種類、メリットとデメリット、市場動向と将来性などをわかりやすく解説します。

1.スマートウィンドウとは
- ①スマートウィンドウの基本的な概要と仕組み
- ②スマートウィンドウの種類と特徴
2.スマートウィンドウのメリットとデメリット
- ①スマートウィンドウのメリット
- ②スマートウィンドウのデメリット
3.スマートウィンドウの市場動向と将来性
4.スマートウィンドウの応用例
- ①住宅や商業施設でのスマートウィンドウの利用事例と効果
- ②自動車でのスマートウィンドウの可能性とインパクト
おわりに

1.スマートウィンドウとは

スマートウィンドウとは、光や温度などの外部の刺激に応じて、窓ガラスの透明度や色、反射率などの光学的な特性を変化させることができる技術的に高度な窓のことです。

スマートウィンドウは、省エネルギー、快適性、安全性、デザイン性などの観点から、建築や自動車などの分野で注目されています。

スマートウィンドウには、さまざまな種類と特徴がありますが、ここでは代表的なものを紹介します。

①スマートウィンドウの基本的な概要と仕組み

スマートウィンドウは、窓ガラスに特殊な薄膜や液体をコーティングしたり、挟んだりすることで、電気信号や温度変化などによって光の透過や反射を制御することができます。

スマートウィンドウは、室内の温度や照度を調整することで、空調や照明のエネルギー消費を削減したり、目の疲労やプライバシーの保護などの利便性を向上させたりすることができます。

また、窓ガラスの色や模様を変えることで、建物や車の外観や雰囲気を変化させることもできます。

②スマートウィンドウの種類と特徴

スマートウィンドウには、動作原理や構成材料によって、以下のような種類があります。

エレクトロクロミック (EC)：電圧をかけることで、窓ガラスの色や透明度を変化させることができるスマートウィンドウです。電圧をかけると、窓ガラスにコーティングされた金属酸化物の薄膜が酸化還元反応を起こして色が変わります。電圧を切ると、元の色に戻ります。ECは、ユーザーが自由に窓ガラスの状態を調整できるという利点がありますが、電気を必要とするという欠点もあります。ECの代表的な材料としては、二酸化タングステンや酸化イリジウムなどがあります。
サーモクロミック (TC)：温度に応じて、窓ガラスの色や透明度を変化させることができるスマートウィンドウです。温度が上がると、窓ガラスにコーティングされた相変化材料が結晶構造を変えて色が変わります。温度が下がると、元の色に戻ります。TCは、電気を必要としないという利点がありますが、温度によって自動的に変化するため、ユーザーが自由に窓ガラスの状態を調整できないという欠点もあります。TCの代表的な材料としては、二酸化バナジウムや酸化マンガンなどがあります。
サーモトロピック (TT)：温度に応じて、窓ガラスの透明度を変化させることができるスマートウィンドウです。温度が上がると、窓ガラスに挟まれた液晶や高分子などの液体が分子配向を変えて不透明になります。温度が下がると、元の透明に戻ります。TTは、TCと同様に電気を必要としないという利点がありますが、色や反射率を変えることができないという欠点もあります。TTの代表的な材料としては、ポリエチレングリコールやポリアクリル酸などがあります。
ガスクロミック (GC)：水素ガスの流入と流出によって、窓ガラスの色や透明度を変化させることができるスマートウィンドウです。水素ガスを流入させると、窓ガラスにコーティングされた金属水素化物の薄膜が水素化反応を起こして色が変わります。水素ガスを流出させると、元の色に戻ります。GCは、色の変化が速く、耐久性が高いという利点がありますが、水素ガスの供給と排出のための装置が必要で、コストが高いという欠点もあります。GCの代表的な材料としては、パラジウムやニッケルなどがあります。

2.スマートウィンドウのメリットとデメリット

スマートウィンドウには、液晶や電気泳動などのさまざまな技術が使われており、それぞれにメリットとデメリットがあります。

ここでは、スマートウィンドウのメリットとデメリットについて詳しく解説します。

①スマートウィンドウのメリット

スマートウィンドウには、以下のようなメリットがあります。

自然光を取り入れながら、日射や視線を遮ることができる。これにより、室内の照明や空調の使用量を減らし、エネルギー消費やCO2排出を削減できる。例えば、スマートガラスと呼ばれる液晶ウィンドウは、低い電圧をかけることでガラスを透明から不透明に変えることができる。また、ハイドロゲルと水を封入したウィンドウは、温度が上がると不透明になり、下がると透明に戻る。
外の景色や自然光を楽しめることで、室内の快適性や健康性を向上させることができる。自然光は、人間の生体リズムや気分、睡眠などに影響を与えることが知られており、自然光を十分に取り込んだ職場では生産性が向上すると言われている。また、外の景色を見ることでストレスを軽減したり、創造性を高めたりする効果も期待できる。
ガラスの形状や色を自由に変えることができる。これにより、建築や自動車のデザインや機能性に多様性を持たせることができる。例えば、液晶ウィンドウは、色素分子の種類や配向を変えることで、ガラスの色を変化させることができる。また、スマートウィンドウは、曲面や角度にも対応できるため、球体や曲線などの形状にも適用できる。

②スマートウィンドウのデメリット

スマートウィンドウには、以下のようなデメリットがあります。

製造コストやメンテナンスコストが高い。スマートウィンドウは、通常のガラスに比べて、高度な技術や素材を必要とするため、製造コストが高くなる。また、電気信号や温度などの制御や調整には、専用の装置やシステムが必要であり、メンテナンスコストもかかる。例えば、液晶ウィンドウは、電源や配線などのインフラが必要であり、故障や劣化にも注意が必要である。
信頼性や安全性に問題がある場合がある。スマートウィンドウは、電気信号や温度などの外的な刺激によってガラスの状態が変化するため、それらの刺激が不安定や不適切な場合には、ガラスの機能が正常に働かない場合がある。例えば、電気泳動ウィンドウは、電圧をかけることでガラスに色素粒子を集めて不透明にするが、電圧が切れるとガラスが透明に戻る。このため、停電や故障などの事故が起きると、プライバシーや日射の保護ができなくなる可能性がある。
環境への影響が懸念される場合がある。スマートウィンドウは、省エネ性や快適性を高めることで、環境にやさしいと言われているが、一方で、使用される素材や廃棄される際の影響については、十分に検証されていない場合がある。例えば、電気泳動ウィンドウに使われる色素粒子は、有機物や無機物の混合物であり、その安全性や分解性については、まだ不明な点が多い。また、スマートウィンドウの製造や廃棄に伴うエネルギー消費やCO2排出などのライフサイクル評価も、まだ十分に行われていない。

3.スマートウィンドウの市場動向と将来性

スマートウィンドウは、エネルギーの節約や快適な居住環境の提供など、さまざまなメリットを持っています。

しかし、スマートウィンドウはまだ高価であり、大規模な普及には課題があります。ここでは、スマートウィンドウの市場動向と将来性について、詳しく解説します。

①スマートウィンドウの市場規模と成長率

スマートウィンドウの市場規模は、近年急速に拡大しています。

株式会社グローバルインフォメーションが発表した市場調査レポートによると、スマートウィンドウ市場は、2015年から2020年にかけて強い成長を示しました。

2021年から2026年にかけては、世界のスマートウィンドウ市場は18.8%のCAGR（年平均成長率）で成長すると予測されています。

2026年には、スマートウィンドウ市場の規模は約25億2,500万米ドルに達すると見込まれています。

スマートウィンドウ市場の成長を牽引する要因としては、以下のようなものが挙げられます。

スマートウィンドウは、照明や空調の制御システムと組み合わされることで、居住者の熱的・視覚的な快適性を高めるとともに、大幅な省エネを実現します。スマートウィンドウは、電動ウィンドウシェードのような他のシステムと比較して、エネルギー管理のためのより効率的なオプションと考えられています。
スマートウィンドウとIoT（Internet of Things）の統合により、ユーザーの管理性や設定能力の向上にも貢献しています。スマートウィンドウは、音声アシスタントやスマートスピーカーなどのデバイスと連携することで、遠隔操作や自動化が可能になります。
スマートウィンドウの製造に使用されているガラスには、液晶、サスペンドパーティクル、マイクロブラインド、エレクトロクロミック、ペロブスカイトなど、さまざまな種類があります。これらのガラスは、それぞれに特徴や利点を持ち、様々な用途やニーズに対応できます。
研究開発活動の活発化に伴い、メーカーはスマートウィンドウの性能や機能を向上させるとともに、コストや耐久性などの課題に取り組んでいます。例えば、IITグワハティの研究者たちは、電圧の印加に応じて窓を通過する熱と光の量を効果的に管理できるスマート窓材を開発しました。

②スマートウィンドウの主要な企業と製品

スマートウィンドウ市場には、世界的な企業から新興のスタートアップまで、多くのプレーヤーが参入しています。

以下に、スマートウィンドウ市場における主要な企業と製品を紹介します。

Gentex Corporation：米国の自動車部品メーカーで、自動車用のスマートウィンドウを提供しています。同社のスマートウィンドウは、サスペンドパーティクルデバイス（SPD）技術を用いて、窓の透明度を調整できます。同社は、メルセデス・ベンツ、アウディ、トヨタなどの自動車メーカーと提携しています。
Glasnovations Ltd：英国のスマートガラスメーカーで、液晶技術を用いたスマートウィンドウを提供しています。同社のスマートウィンドウは、電気信号によって窓の透明度や色を変えることができます。同社は、住宅用、商業用、医療用、教育用などの分野でスマートウィンドウを展開しています。
Heliotrope Technologies：米国のスタートアップで、エレクトロクロミック技術を用いたスマートウィンドウを提供しています。同社のスマートウィンドウは、電気信号によって窓の色を変えることができます。同社は、エネルギー効率やコスト削減などの面で優れたスマートウィンドウを開発しています。
Pleotint：米国のスマートガラスメーカーで、セルフディミングウィンドウを提供しています。同社のスマートウィンドウは、外部の温度や光に応じて自動的に窓の色を変えることができます。同社は、建築用、自動車用、航空用などの分野でスマートウィンドウを展開しています。
Ravenbrick LLC：米国のスマートガラスメーカーで、サーモクロミック技術を用いたスマートウィンドウを提供しています。同社のスマートウィンドウは、外部の温度に応じて自動的に窓の色を変えることができます。同社は、建築用、自動車用、産業用などの分野でスマートウィンドウを展開しています。

③スマートウィンドウの今後の展望と課題

スマートウィンドウは、エネルギーの節約や快適な居住環境の提供など、さまざまなメリットを持っています。

しかし、スマートウィンドウはまだ高価であり、大規模な普及には課題があります。

以下に、スマートウィンドウの今後の展望と課題を紹介します。

スマートウィンドウは、建築用の分野で、需要が高まると予想されます。特に、建築用のスマートウィンドウは、エネルギー効率や環境保護の観点から、スマートウィンドウは、グリーンビルディングやネットゼロエネルギービルディングなどの概念とも相性が良いと言えます。グリーンビルディングとは、建築物のライフサイクル全体において、環境への負荷を最小限に抑えるとともに、人々の健康や快適性を高めることを目的とした建築のことです。ネットゼロエネルギービルディングとは、建築物が一年間で消費するエネルギーと、建築物が自ら生産する再生可能エネルギーとが等しいか、または生産量が消費量を上回る建築のことです。スマートウィンドウは、これらの建築において、エネルギーの消費や生産を最適化する役割を果たすことができます。
スマートウィンドウは、自動車や航空機などの移動体にも応用される可能性があります。自動車では、スマートウィンドウを用いて、運転席や助手席の窓の透明度や色を調整することで、日射や視界の問題を解決したり、プライバシーやセキュリティを向上させたりすることができます。航空機では、スマートウィンドウを用いて、乗客の好みに合わせて窓の色を変えることで、快適な空の旅を提供することができます。また、スマートウィンドウは、自動車や航空機のエネルギー消費やCO2排出を削減することにも貢献できます。
スマートウィンドウは、IoTやAIなどの先端技術との融合によって、さらなる機能性や利便性を提供することができます。例えば、スマートウィンドウは、スマートフォンやタブレットなどのデバイスと連携することで、遠隔操作や自動化が可能になります。また、スマートウィンドウは、人工知能や機械学習などの技術を用いて、居住者の習慣や好みを学習し、最適な窓の状態を提案したり、室内の環境や気候に応じて自動的に調整したりすることができます。さらに、スマートウィンドウは、ディスプレイやタッチスクリーンとしても機能することができ、インターネットやテレビなどのコンテンツを表示したり、音声やジェスチャーなどのインタラクションを行ったりすることができます。