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Donnerstag, den 30.09.2021
Smartes Fensterglas schützt vor Sonneneinstrahlung

Fraunhofer-Forschende haben eine intelligente Beschichtung für Glasfenster entwickelt, die sich bei Sonneneinstrahlung verdunkelt. Ermöglicht wird dies durch elektro- und thermochrome Materialien, die auf Strom bzw. Wärme reagieren. Bei Gebäuden mit großen Glasfassaden verhindert dies, dass sich die Räume durch Sonneneinstrahlung extrem aufheizen. Die energieintensive Klimaanlage kann abgeschaltet bleiben.

Der Gebäudesektor zählt zu den größten Verursachern von Treibhausgas-Emissionen. Nach Angaben des Umweltbundesamts sind Gebäude in Deutschland für etwa 30 Prozent der gesamten CO2-Emissionen und 35 Prozent des Endenergieverbrauchs verantwortlich. Besonders problematisch sind Gebäude mit großen Glasflächen, beispielsweise die für Großstädte typischen Bürohochhäuser. Besonders im Sommer heizen sie sich durch die Sonneneinstrahlung auf. Der Einsatz von schützenden Jalousien oder Vorhängen ist oftmals unerwünscht, stört er doch den ästhetischen Gesamteindruck des Gebäudes und den Blick nach draußen. Die Temperatur in den Räumen muss deshalb durch Klimaanlagen heruntergekühlt werden. Das benötigt viel Strom und verschlechtert die Klimabilanz des Gebäudes.

Eine elegante Lösung für dieses Problem haben das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg und das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden vorgestellt. Im Projekt Switch2Save setzen Forscherinnen und Forscher auf eine transparente Beschichtung der Fenster oder Glasfassaden mit elektro- bzw. thermochromen Materialien. Diese sorgen für eine stufenlose transparente Abdunkelung der Fensterfronten und verhindern damit das Aufheizen der Räume. Bei dem EU-geförderten Forschungsvorhaben arbeiten die Fraunhofer-Institute mit Universitäten und Industriepartnern aus sechs EU-Staaten zusammen.

Elektrochrome und thermochrome Beschichtung

»Die elektrochrome Beschichtung wird auf einer transparenten, stromleitfähigen Folie aufgebracht und ist aktiv schaltbar. Wird Spannung bzw. Strom angelegt, findet ein Ladungs- und Ionenaustausch statt, und die Beschichtung dunkelt ein, was zu einer Verschattung im Fenster führt. Die thermochrome Variante hingegen arbeitet rein passiv und reflektiert ab einer bestimmten Umgebungstemperatur die Wärmestrahlung der Sonne«, erklärt Dr. Marco Schott, Gruppenleiter Elektrochrome Systeme am Fraunhofer ISC.

Bei den elektrochromen Elementen könnten Sensoren Werte wie Helligkeit oder Temperatur messen und an die Steuerelektronik schicken. Diese sendet einen Strom- oder Spannungsimpuls in die leitfähige Folie und löst damit die Verschattung des Fensters aus. Je nach Wärme oder Sonneneinstrahlung verdunkelt sich die Glasfläche stufenlos. Gerade in südlichen Breitengraden oder bei Gebäuden mit großen Fensterflächen, die nach Süden weisen, verhindert die Einfärbung, dass sich der Raum aufheizt und die Klimaanlage anspringen muss. Zudem dient sie als Blendschutz, wenn die Sonne in den Raum scheint. An einem bewölkten Tag oder am Abend bleiben die Fenster hell. Die wegen der Beschichtung unvermeidliche Resteinfärbung ist für das Auge nicht störend.

Die Fraunhofer-Forschenden haben dabei auch an die Alltagstauglichkeit von Switch2Save gedacht. »Die Einfärbung vollzieht sich nicht schlagartig, sondern sanft innerhalb einiger Minuten«, erklärt Schott. Der Stromverbrauch ist dabei sehr gering. Zum einen benötigt die elektrochrome Folie im Idealfall nur bei Schaltvorgängen Strom, zum anderen genügen wenige Volt, um den Verdunklungsprozess anzustoßen. Gar keinen Strom benötigen die thermochromen Materialien, da sie rein passiv auf die durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärme reagieren. Diese dienen entweder als Ergänzung zu einem aktiv schaltbaren System oder als Alternative in Szenarien, bei denen keine aktive Schaltbarkeit erforderlich ist.

Weitere Informationen:
www.fraunhofer.de

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Letzte Aktualisierung am 21.10.2021
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