Powłoka na inteligentne szkło mogłaby chłodzić szklane budynki

Naukowcy z Instytutu Fraunhofera opracowali inteligentną powłokę do szkła budowlanego, która może automatycznie zaciemniać się w świetle słonecznym. Technologia ta łączy materiały elektrochromowe i termochromowe, reagując zarówno na bodźce elektryczne, jak i zmiany temperatury. W nowoczesnych budynkach z rozległymi szklanymi ścianami kurtynowymi powłoka skutecznie redukuje przegrzewanie wnętrz spowodowane promieniowaniem słonecznym, zmniejszając tym samym zależność od energochłonnych systemów klimatyzacji.

Przemysł budowlany jest jednym z głównych źródeł globalnych emisji gazów cieplarnianych. Na przykład w Niemczech, według statystyk Federalnej Agencji Ochrony Środowiska, sektor budowlany odpowiada za około 30% emisji dwutlenku węgla w kraju i 35% jego zużycia energii. Budynki z dużymi szklanymi fasadami i dachami, zwłaszcza konstrukcje biurowe, doświadczają gwałtownego wzrostu temperatury w pomieszczeniach podczas silnego letniego promieniowania słonecznego. Tradycyjne urządzenia zacieniające, takie jak żaluzje i zasłony, często pogarszają estetykę wizualną i zasłaniają widoki. W rezultacie takie budynki zazwyczaj polegają na klimatyzacji w celu chłodzenia, co prowadzi do wysokiego zużycia energii elektrycznej i zwiększonego śladu węglowego.

Aby rozwiązać ten problem, Instytut Fraunhofera Badań Krzemianów (ISC) i Instytut Fraunhofera Elektroniki Organicznej, Wiązki Elektronów i Technologii Plazmowej (FEP) wspólnie poprowadziły finansowany przez UE projekt "Switch2Save". Współpracowali z uniwersytetami i partnerami przemysłowymi w kilku krajach europejskich, aby przyspieszyć rozwój i zastosowanie technologii inteligentnych powłok okiennych.

W tym inteligentnym systemie powłokowym komponent elektrochromowy oparty jest na przezroczystej folii przewodzącej. Zastosowanie napięcia do folii wyzwala migrację jonów i elektronów, umożliwiając szkłu odwracalne przejście od przezroczystości do ciemności. Z drugiej strony powłoka termochromowa automatycznie odbija ciepło słoneczne, gdy temperatura otoczenia osiąga określony próg, działając bez zewnętrznego zasilania jako pasywny mechanizm reakcji.

Elementy elektrochromowe mogą być zintegrowane z czujnikami i systemem sterowania w celu monitorowania natężenia światła i temperatury w czasie rzeczywistym. Gdy wartości przekroczą ustalone parametry, system wysyła sygnał elektryczny do folii przewodzącej, stopniowo zaciemniając szkło. Skutecznie blokuje to dopływ ciepła i zapewnia funkcję antyodblaskową. W pochmurne dni lub w nocy szkło powraca do pełnej przezroczystości, maksymalizując wprowadzanie naturalnego światła.

Technologia została już wdrożona w praktycznych zastosowaniach budowlanych. Na przykład ten inteligentny system szklany został zainstalowany w klinice pediatrycznej dużego szpitala w Atenach w Grecji oraz w budynku biurowym w Uppsali w Szwecji. Naukowcy przeprowadzą roczne badanie monitoringu zużycia energii, aby porównać zużycie energii elektrycznej przez systemy klimatyzacji przed i po modernizacji, weryfikując oszczędność energii w rzeczywistych warunkach klimatycznych.

Pod względem produkcji zespół wykorzystuje procesy chemiczne na mokro i technologię powlekania próżniowego. Powłoka elektrochromowa jest zintegrowana z elastyczną folią polimerową, podczas gdy warstwa termochromowa jest przygotowywana na ultracienkim szklanym podłożu. Metody produkcji typu roll-to-roll umożliwiają ekonomiczną i skalowalną produkcję. Gotowy produkt ma grubość zaledwie kilkuset mikrometrów i waży mniej niż 500 gramów na metr kwadratowy, co ułatwia instalację w istniejących oknach budynków bez modyfikacji konstrukcyjnych.

Obecnie zespół projektowy koncentruje się na dalszym zwiększaniu możliwości zastosowania technologii. Wysiłki obejmują łączenie jednostek elektrochromowych i termochromowych w celu poprawy elastyczności regulacyjnej, opracowywanie procesów powlekania odpowiednich do szkła giętego oraz rozszerzanie opcji kolorystycznych poza szary i niebieski, aby sprostać różnorodnym potrzebom architektonicznym.

W miarę postępu globalnego ocieplenia i Europejskiego Zielonego Ładu, zapotrzebowanie na energooszczędne technologie budowlane gwałtownie rośnie. Oczekuje się, że wszystkie budynki w UE osiągną neutralność węglową do 2050 roku. Inteligentne technologie okienne, takie jak Switch2Save, mają odegrać kluczową rolę w promowaniu niskoemisyjnej transformacji przemysłu budowlanego.