Tyndfilmsteknologier til energiomstillingen

Glasfacader kendetegner moderne arkitektur. Mens solstråling tjener til at understøtte opvarmning om vinteren, opvarmes bygningens indre om sommeren og kræver aktiv afkøling. Smarte vinduer kan regulere solstrålingen efter vejrsituationen – en fremadskuende løsning i tider med energibesparelser. Fraunhofer FEP er nu lykkedes med at producere verdens første termokrome lag på ultratyndt glas i en roll-to-roll proces. Disse resultater vil gøre mekaniske persienner overflødige i fremtiden og samtidig reducere en bygnings køle- og varmeenergibehov.

Kontorkomplekser, offentlige bygninger og nybyggerier er for det meste arkitektonisk præget af store, sydvendte vinduer og glasfacader. Mens solstråling tjener til at understøtte opvarmning om vinteren, opvarmes det indre af bygningen om sommeren og kræver aktiv afkøling. Skygge ved hjælp af rullegardiner reducerer for eksempel komforten og bidrager ikke til brugen af ​​varmetilførsel i bygningen om vinteren. Specielt set i lyset af den kommende efterårs- og vinterperiode kombineret med de nuværende regeringskrav til energibesparelser og energikrisen, tilbyder smarte vinduer her en særdeles attraktiv løsning. Sådanne vinduer kan regulere varmetilførslen af ​​solstråling efter vejrsituationen.

Belægningsteknologier til termokrome og elektrokrome belægninger

Fraunhofer FEP forsker i overfladebelægninger, der kan yde et stort bidrag her og muliggøre en reduktion af varmestrålingen gennem vinduesglas ind i bygningen. Vores forskere arbejder sammen med projektpartnere, for eksempel i EU-projektet "Switch2Save" om aktive, smarte belægningssystemer, der anvender effekterne af elektrokromisme (skift af energitransmission ved at påføre en spænding) og termokromisme (skift af energitransmission ved at overskride/ falder under en temperatur). Sådanne elektrokrome film kan bruges i isolerende ruder og bruges ikke kun i nye bygninger. Eftermontering af eksisterende bygninger er også muligt og er genstand for det nyligt lancerede "FLEX-G4.0"-projekt

I øjeblikket er nogle passive teknologier, såsom SolarControl-systemer og lav-E-belægninger (lav emissivitet) allerede kommercielt tilgængelige på markedet. Disse tynde belægninger fremstillet på folie eller glas fører dog kun til en permanent justering af energitransmittansen. De virker derfor kun i én indstilling, for eksempel for at forhindre varmestråling om sommeren. Om vinteren holdes dette dog ude på samme måde. Derudover gør de også brug af dyre ressourcer som sølv i fremstillingsprocessen. Fraunhofer-forskerne fokuserer derfor på at optimere egenskaberne og erstatte så sparsomme materialer.

Med alle teknologier – uanset om de er passive (lav-E; SolarControl) eller aktive (elektrokromiske; termokromiske) – er udfordringen at mestre balanceakten mellem de forskellige egenskaber, der skal være effektive på samme tid:Gør det optiske indtryk og det optiske effektivitet i forskellige bølgelængdeområder spiller den større rolle eller er denne ubetydelig sammenlignet med en stor energitransmission. Ligeledes skal intervallet af skiftetemperaturer for termokrome belægninger og naturligvis fremstillingsomkostningerne også tages i betragtning.

For at finde alsidige og nye løsninger til dette er forskere ved Fraunhofer FEP i gang med at udvikle belægningsteknologier til termokrome elementer på ultratyndt glas. Underlagsmaterialet med en tykkelse på ca. 100 µm stiller høje krav til håndtering og skalering til større områder har indtil nu vist sig meget vanskeligt. Samtidig er anvendelsen af ​​en polymerfilm som et alternativt substrat, som kunne lette håndteringen, ikke uden videre mulig. Årsagen til dette er de høje temperaturer i fremstillingsprocessen.

Første termokromiske belægninger på tyndt glas i rulle-til-rulle-proces på verdensplan

I begyndelsen af ​​2022 lykkedes det for forskere ved Fraunhofer FEP at producere verdens første termokrome lag baseret på vanadiumdioxid på ultratyndt glas ved hjælp af den effektive roll-to-roll-teknologi. Dr. Cindy Steiner, gruppeleder hos Fraunhofer FEP, er glad:"Vi har således taget et vigtigt skridt i at skalere teknologien fra laboratorie- til pilotskala med vores rulle-til-rulle-udstyr! De termokromiske belægninger ændrer deres transmission i det infrarøde område når en vis temperatur overskrides. Transmissionen i det synlige område forbliver uændret. Således bemærker brugeren ingen optisk ændring i vinduet og har ingen begrænsninger i lyskomfort eller udsyn. Dette blokerer effektivt varmestråling om sommeren, hvilket reducerer behovet til aircondition. Om vinteren får varmestråling fra solen lov til at passere igennem, hvilket resulterer i besparelser i opvarmningsenergiforbruget."

Skiftetemperaturen er omkring 20°C, hvilket betyder, at det termokrome tynde glas, der er fastgjort til bygninger, skifter mellem den transmissive og reflekterende tilstand, når den varmes op over 20°C." Denne skiftetemperatur kan justeres i henhold til klimatiske krav gennem sammensætningen, proceskontrol og struktur af lagsystemet," tilføjer Dr. Steiner.

I næste trin skal teknologien skaleres op og bringes til markedsmodenhed. Forskningsemner er især optimering af underlagshåndtering, langtidsstabilitet og justering af den nødvendige skiftetemperatur.

Kombinationen af ​​teknologier, der præsenteres her, gør mekaniske persienner overflødige i fremtiden og kan reducere en bygnings køle- og varmeenergibehov med mellem ti og i ekstreme tilfælde op til 60 %. + Udforsk yderligere

Smarte vinduer, der beskytter mod solstråling, kan hjælpe med at reducere drivhusgasser