Iedereen die het grootste deel van de dag binnen doorbrengt, kent het belang van een comfortabele sfeer om in te werken en te leven. Onderzoekers van EPFL's Solar Energy and Building Physics Laboratory zijn op zoek naar manieren om de energiewinst uit de schil van een gebouw te maximaliseren en tegelijkertijd het interieurcomfort te optimaliseren in een milieuvriendelijke manier. Ze demonstreren hoe dit kan met "SolAce, " de nieuwste eenheid in het NEST-onderzoeksgebouw van Empa en Eawag.

De blauwgroene gevel van de unit "SolAce" van NEST glinstert als een vlindervleugel in het zonlicht. De nieuwste toevoeging aan het onderzoeks- en innovatiegebouw van Empa en Eawag in Dübendorf werd officieel geopend op 24 september 2018. De unit combineert werk- en woonruimte over bijna 100 vierkante meter en is geïntegreerd in de zuidkant van NEST tussen het tweede en derde platform van de lettervorm-achtige structuur.

"Door zijn gevel, "SolAce" is om meer energie te oogsten dan de unit nodig heeft in de loop van het jaar, en tegelijkertijd het best mogelijke comfort aan de gebruikers te bieden." Zo legt Jean-Louis Scartezzini de doelstelling van het project uit. De EPFL-onderzoeker is de directeur van het laboratorium voor zonne-energie en bouwfysica, en het idee voor de nieuwste NEST-eenheid is zijn geesteskind. Om dit doel te bereiken, de onderzoekers combineren verschillende actieve en passieve gevelelementen met technologieën die zijn ontwikkeld in het laboratorium in Lausanne. Sommige van die technologieën staan ​​op het punt gecommercialiseerd te worden door start-ups en samenwerkingen met partners uit de industrie, terwijl anderen nog een weg te gaan hebben. "NEST geeft ons de unieke kans om de verschillende technologieën in interactie met elkaar en in een real-life omgeving te onderzoeken, ', zegt Scartezzini.

Elektriciteit en warm water

De positieve energiebalans van de unit wordt bereikt door zonne-elektriciteit en warm water direct op de gevel te produceren. Hiervoor zullen fotovoltaïsche modules en thermische zonnecollectoren met een nieuw type gekleurde nano-beglazing worden gebruikt. Met als doel de integratie van fotovoltaïsche eenheden in de gebouwschil te bevorderen door een grotere architecturale reikwijdte te bieden door middel van verschillende kleuren, een team van EPFL doet al bijna 20 jaar onderzoek naar coatings voor kleuring. Het onderzoeksteam, onder leiding van Andreas Schüler, was duidelijk dat de coating zo min mogelijk energieverlies zou moeten veroorzaken. Van absorberende kleurpigmenten was geen sprake. In plaats daarvan, dunne films tussen 5 en 200 nanometer creëren zogenaamde 'interferentiekleureffecten' aan de binnenkant van de beglazing, niet anders dan die bijvoorbeeld op een zeepbel of op de vleugels van een vlinder verschijnen. "Omdat de nano-coating heel transparant is, er zijn vrijwel geen absorptie-effecten en slechts zeer kleine energieverliezen, " legt Schüler uit. Deze technologie is nu gepatenteerd en wordt momenteel op de markt gebracht door de spin-off "SwissINSO, " waarbij de blauwgroene versie wordt gebruikt in NEST.

Naast kantoorruimte voor vier personen, "SolAce" biedt ook een woonruimte voor twee. Om de belofte van optimaal comfort waar te maken, de onderzoekers proberen de individuele perceptie van de gebruikers na te bootsen door gebruik te maken van innovatieve optische sensoren. De prototypesensoren meten lichtomstandigheden en verblinding vanuit het perspectief van de gebruiker, bijvoorbeeld een persoon die aan een computer werkt. Deze on-the-fly monitoring wordt gebruikt om elektrische verlichting en zonwering zo goed mogelijk aan te sturen. Dit betekent dat als een bepaalde verblindingswaarde wordt overschreden, de gebogen jaloezieën richten de lichtstralen die het gebouw binnenkomen naar het plafond. Circadiane verlichting is ook bedoeld om de werkprestaties van de "SolAce"-bewoners te verbeteren, maar ook om hen te ondersteunen tijdens herstelfasen. Circadiane verlichting simuleert het zonlicht in de loop van de dag, waardoor ons natuurlijke slaap-waakritme wordt bevorderd.

Microgestructureerde beglazing

Hetzelfde, innovatieve ruiten moeten bijdragen aan een gezellige woon- en werksfeer – en bovenal aan een lager energieverbruik voor verwarming in de winter en voor ventilatie in de zomer. Onzichtbaar voor het menselijk oog een microgestructureerde beglazing in een polymeerfilm aan de binnenkant van het glas leidt het winterlicht naar het plafond van de unit voor een gelijkmatige verlichting, waardoor het interieur op natuurlijke wijze kan opwarmen. In de zomer, dezelfde beglazing zorgt ervoor dat de zonnestralen van de ramen worden weggeleid en de kamers dus niet zo warm worden. Dit nieuwe type beglazing is bij EPFL ontwikkeld door Andreas Schüler en zijn team. Met een precisielaser van Empa in Thun maakten de onderzoekers de eerste prototypes. Nu werkt het team samen met BASF / Zwitserland om een ​​industrieel productieproces te ontwikkelen. Zodra de eerste ruiten beschikbaar zijn, ze worden in de gevel "SolAce" ingebouwd. Onderzoekers van EPFL's Laboratory of Integrated Performance in Design zullen vervolgens ter plaatse het visuele comfort van de nieuwe ruiten meten. Tot dan, referentievensters zullen worden gebruikt die benchmarkcijfers zullen opleveren.

Zoals gebruikelijk voor NEST, de unit "SolAce" zal worden gebruikt en geleefd op een real-life basis. Tijdens de eerste fase, het zijn vooral EPFL-onderzoekers die de ruimtes zullen gebruiken en de systemen en technologieën zullen monitoren en aanpassen aan de omgevingsomstandigheden. "Zodra dit is gebeurd, zullen we de unit gebruiken voor onze gasten om in te werken en te wonen, ", zegt NEST Innovation Manager Rico Marchesi. Hij is verheugd over de nieuwe toevoeging aan het onderzoeks- en innovatiegebouw en is ervan overtuigd dat "SolAce" een waardevolle bijdrage kan leveren aan het toekomstige ontwerp van gebouwschil. "Dankzij de hier getoonde gekleurde beglazing, esthetische zorgen over het gebruik van fotovoltaïsche modules op de gevel zijn duidelijk niet langer geldig, " is hij overtuigd.

Voor Jean-Louis Scartezzini, het project is nu al een groot succes:"Steeds weer, de nauwe samenwerking tussen onderzoekers en partners uit de industrie, maar ook tussen de industriepartners zelf, led to surprising ideas and a valuable exchange of knowledge." The architect of the unit, Fabrice Macherel from Lutz Architects in Fribourg, also found the collaboration between the realms of research and business to be hugely enriching:"Striking the balance between theory and practice was not always easy, but we learned a lot of new things and we can use this knowledge in future projects." To put it more briefly:technology transfer in its purest form.