Glazen gevels kenmerken de moderne architectuur. Terwijl zonnestraling de verwarming in de winter ondersteunt, warmt het interieur van het gebouw in de zomer op en vereist actieve koeling. Slimme ramen kunnen de zonnestraling regelen op basis van de weersomstandigheden - een toekomstgerichte oplossing in tijden van energiebesparing. Fraunhofer FEP is er nu in geslaagd om 's werelds eerste thermochrome laag op ultradun glas te produceren in een roll-to-roll-proces. Deze resultaten maken mechanische zonwering in de toekomst overbodig en verminderen tegelijkertijd de energiebehoefte van een gebouw voor koeling en verwarming.

Kantoorcomplexen, openbare gebouwen en nieuwbouw worden veelal architectonisch gekenmerkt door grote ramen op het zuiden en glazen gevels. Terwijl zonnestraling de verwarming in de winter ondersteunt, warmt het interieur van het gebouw in de zomer op en vereist actieve koeling. Zonwering door middel van bijvoorbeeld jaloezieën vermindert het comfort en draagt ​​in de winter niet bij aan de benutting van de warmte-inbreng in het gebouw. Zeker met het oog op de komende herfst- en winterperiode in combinatie met de huidige overheidseisen voor energiebesparing en de energiecrisis, bieden slimme ramen hier een zeer aantrekkelijke oplossing. Dergelijke ramen kunnen de warmte-inbreng van zonnestraling regelen op basis van de weersomstandigheden.

Coating-technologieën voor thermochrome en elektrochrome coatings

Fraunhofer FEP doet onderzoek naar oppervlaktecoatings die hier een grote bijdrage aan kunnen leveren en een vermindering van de warmtestraling via vensterglas in het gebouw mogelijk maken. Onze onderzoekers werken samen met projectpartners, bijvoorbeeld in het EU-project "Switch2Save" aan actieve, slimme coatingsystemen die gebruik maken van de effecten van elektrochromisme (schakelen van energietransmissie door het aanleggen van een spanning) en thermochromisme (schakelen van energietransmissie door overschrijding/ onder een temperatuur daalt). Dergelijke elektrochrome films kunnen worden gebruikt in isolerende beglazingen en worden niet alleen gebruikt in nieuwe gebouwen. Retrofitten van bestaande gebouwen is ook mogelijk en is het onderwerp van het onlangs gelanceerde "FLEX-G4.0"-project

Momenteel zijn sommige passieve technologieën, zoals SolarControl-systemen en low-E-coatings (lage emissiviteit) al commercieel beschikbaar op de markt. Deze dunne coatings op folie of glas leiden echter alleen tot een blijvende aanpassing van de energiedoorlaatbaarheid. Ze werken daarom maar in één omgeving, bijvoorbeeld om warmtestraling in de zomer te voorkomen. In de winter wordt dit echter op dezelfde manier buiten gehouden. Daarnaast maken ze in het productieproces ook gebruik van dure grondstoffen zoals zilver. De Fraunhofer-onderzoekers richten zich daarom op het optimaliseren van de eigenschappen en het vervangen van dergelijke schaarse materialen.

Bij alle technologieën, of het nu passief (low-E; SolarControl) of actief (elektrochroom; thermochroom) is, is het de uitdaging om de evenwichtsoefening te beheersen tussen de verschillende eigenschappen die tegelijkertijd effectief moeten zijn:maak de optische indruk en de optische effectiviteit in verschillende golflengtebereiken spelen een grotere rol of is dit te verwaarlozen in vergelijking met een grote energietransmissie. Evenzo moet rekening worden gehouden met het bereik van schakeltemperaturen voor thermochrome coatings en natuurlijk met de fabricagekosten.

Om hiervoor veelzijdige en nieuwe oplossingen te vinden, ontwikkelen onderzoekers van Fraunhofer FEP momenteel coatingtechnologieën voor thermochrome elementen op ultradun glas. Het substraatmateriaal met een dikte van ca. 100 µm stelt hoge eisen aan het hanteren en opschalen naar grotere oppervlakken is tot nu toe erg moeilijk gebleken. Tegelijkertijd is het gebruik van een polymeerfilm als alternatief substraat, dat de verwerking zou kunnen vergemakkelijken, niet zonder meer haalbaar. De reden hiervoor zijn de hoge temperaturen in het productieproces.

Eerste thermochrome coatings op dun glas in roll-to-roll-proces wereldwijd

Begin 2022 slaagden onderzoekers van Fraunhofer FEP erin om 's werelds eerste thermochrome laag op basis van vanadiumdioxide op ultradun glas te produceren met behulp van de efficiënte roll-to-roll-technologie. Dr. Cindy Steiner, groepsleider bij Fraunhofer FEP, is verheugd:"We hebben hiermee een belangrijke stap gezet in het opschalen van de technologie van laboratorium naar pilootschaal met onze roll-to-roll-apparatuur! De thermochrome coatings veranderen hun transmissie in het infraroodbereik wanneer een bepaalde temperatuur wordt overschreden. De transmissie in het zichtbare bereik blijft ongewijzigd. De gebruiker merkt dus geen optische verandering in het raam en heeft geen beperkingen in lichtcomfort of zicht. Dit blokkeert effectief warmtestraling in de zomer, waardoor de behoefte wordt verminderd voor airconditioning. In de winter wordt warmtestraling van de zon doorgelaten, wat resulteert in een besparing op het energieverbruik voor verwarming."

De schakeltemperatuur ligt rond de 20°C, wat betekent dat het thermochrome dunne glas dat aan gebouwen is bevestigd, schakelt tussen de doorlatende en reflecterende toestand wanneer het opwarmt boven de 20°C." Deze schakeltemperatuur kan worden aangepast aan de klimatologische eisen door de samenstelling, procesbeheersing en structuur van het lagensysteem", voegt Dr. Steiner toe.

In de volgende stap wordt de technologie opgeschaald en op de markt gebracht. Onderzoeksthema's zijn met name de optimalisatie van de substraatbehandeling, de stabiliteit op lange termijn en de aanpassing van de gewenste schakeltemperatuur.

De hier gepresenteerde combinatie van technologieën maakt mechanische jaloezieën in de toekomst overbodig en kan de energiebehoefte van een gebouw voor koeling en verwarming met tien tot in extreme gevallen tot 60% verminderen. + Verder verkennen

Slimme ramen die beschermen tegen zonnestraling kunnen broeikasgassen helpen verminderen