Исследователи Fraunhofer разработали интеллектуальное покрытие для стеклянных окон, которое темнеет на солнце. При этом используются электрохромные и термохромные материалы, которые реагируют на электричество и тепло. В зданиях с большими стеклянными фасадами покрытие предотвращает перегрев помещений из-за солнечного излучения, тем самым снижая потребность в энергоемком кондиционировании воздуха.
Строительный сектор является одним из крупнейших источников выбросов парниковых газов. По данным Немецкого агентства по окружающей среде, на здания приходится около 30 процентов выбросов CO 2 в стране и 35 процентов конечного потребления энергии. Особую проблему представляют здания с большими стеклянными фасадами и крышами, такие как офисные башни, которые доминируют в современных городах. Они нагреваются на солнце, особенно летом. Однако использование жалюзи для создания тени часто непопулярно, поскольку они нарушают эстетическую привлекательность стекла и портят вид снаружи. Вместо этого внутреннее пространство охлаждается с помощью кондиционера, который требует огромного количества электроэнергии и увеличивает углеродный след здания.
Институт Фраунгофера по исследованию силикатов ISC в Вюрцбурге и Институт Фраунгофера по органической электронике, электронно-лучевой и плазменной технологии FEP в Дрездене разработали сложное решение этой проблемы. В проекте Switch2Save исследователи работали над прозрачными покрытиями для окон и стеклянных фасадов с использованием электрохромных и термохромных материалов. Они добавляют переменный прозрачный темный оттенок к внешней стороне окон, что сохраняет прохладу в комнатах. Институты Фраунгофера вступили в партнерские отношения с университетами и промышленными партнерами из шести стран ЕС для этого исследовательского проекта, финансируемого ЕС.
Электрохромное и термохромное покрытие
«Электрохромное покрытие наносится на прозрачную проводящую пленку, которую затем можно« включить ». Подача электрического напряжения запускает перенос ионов и электронов, которые затемняют покрытие и окрашивают окно. С другой стороны, термохромное покрытие работает. «Когда достигается определенная температура окружающей среды , оно отражает тепловое излучение солнца», — объясняет д-р Марко Шотт, руководитель группы электрохромных систем Fraunhofer ISC.
Конструкция окна с технологией Switch2Save: возможны варианты с электрохромным или термохромным покрытием, а также сочетание двух технологий в одном окне. Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft.
С помощью электрохромных элементов датчики могут использоваться для измерения таких факторов, как яркость и температура, с отправкой результатов в системы управления. Это посылает на проводящую пленку импульс тока или напряжения, заставляя окно темнеть. Поверхность стекла постепенно темнеет, когда температура или уровень яркости становятся слишком высокими. Это предотвращает перегрев помещений и снижает потребность в кондиционировании воздуха, что особенно полезно в более солнечном климате и в зданиях с большими застекленными фасадами. Покрытие также служит антибликовой защитой в солнечные дни. В пасмурные дни и вечером окна будут оставаться светлыми.
Исследователи Fraunhofer также подумали о пригодности этой технологии для повседневного использования. «Окна не темнеют внезапно, а постепенно тонируются в течение нескольких минут», — объясняет Шотт. Потребление энергии очень низкое. В оптимальных условиях электрохромная пленка требует электричества только для процесса переключения, а очень низкого напряжения достаточно, чтобы инициировать процесс тонирования. Термохромные материалы вообще не требуют электричества, а пассивно реагируют на тепло, выделяемое солнцем. Их можно использовать в качестве дополнения к переключаемой системе или в качестве альтернативы, когда переключаемое решение не требуется.
Демонстрационные здания в Афинах и Упсале
Switch2Save обещает огромную экономию энергии в регионах с высокими наружными температурами, например, в южных регионах, за счет сокращения использования систем кондиционирования воздуха или полного устранения необходимости в них. Доктор Джон Фальтайх, координатор проекта Switch2Save и руководитель исследовательской группы Fraunhofer FEP, объясняет: «В теплых регионах Европы потребность современных зданий в энергии для охлаждения и обогрева может быть снижена до 70 процентов». В более холодных северных регионах экономия не так велика, но здесь можно использовать системы в качестве антибликовой защиты от прямых солнечных лучей.
В принципе, сочетание электрохромных и термохромных слоев в композитном окне обеспечивает максимально возможную гибкость. Используя это, архитекторы и девелоперы могут предлагать индивидуальные решения для различных регионов и зданий. «Мы находимся в процессе установки этой технологии в педиатрической клинике второй по величине больнице Греции, в Афинах, и в офисном здании в Упсале, Швеция. В обоих зданиях будет отслеживаться и сравниваться потребление энергии в течение целого года. как до, так и после установки новых окон. Делая это, мы можем продемонстрировать реальную производительность технологии Switch2Save и продолжить тестирование и усовершенствование технологии для различных климатических зон », — говорит Фальтайх.
Покрытия производятся методом прокатки рулонов. При толщине всего несколько сотен микрометров и электрохромная пленка, и термохромная тонкая стеклянная подложка являются чрезвычайно тонкими. Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft.
Прокатное производство
Исследователи также решили проблемы для производства. Электрохромное покрытие наносится на пленочную подложку на полимерной основе. С другой стороны, в термохромном покрытии используется тонкая стеклянная подложка. Процессы мокрого химического и вакуумного нанесения покрытий используются в рентабельной системе производства рулонов. Затем переключаемые компоненты ламинируются под вакуумом на лист оконного стекла толщиной 4 мм, который после этого интегрируется в стеклопакет. Процесс нанесения покрытия также экономически целесообразен в промышленном масштабе. Электрохромные и термохромные переключаемые элементы имеют толщину всего несколько сотен мкм и менее 500 г на квадратный метр. Таким образом, они практически не добавляют веса окнам, а это означает, что их можно переоборудовать в существующие здания без изменения конструкции здания.
Гнутое стекло и красочные окна
Консорциум проекта в настоящее время работает над дальнейшим улучшением технологии. Например, группа экспертов изучает, как электрохромные и термохромные элементы могут быть объединены в композитном окне, чтобы еще лучше использовать потенциал технологии. Дальнейшие исследовательские цели включают адаптацию покрытия к изогнутым стеклянным формам и добавление большего количества цветов к существующим вариантам синего и серого.
Глобальное потепление и цели Европейского зеленого курса значительно увеличат спрос на энергоэффективные строительные технологии в ближайшие несколько лет — и ожидается, что все здания в ЕС будут нейтральными к 2050 году. Электрохромные и термохромные окна ЕС Проект Switch2Save может внести в это важный вклад.
Иллюстрация: Для зданий с большими стеклянными фасадами установка электрохромных или термохромных окон может сэкономить до 70 процентов потребления энергии для отопления и охлаждения. Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК