Stratul de sticlă inteligent răcește clădirile din sticlă
Industria construcțiilor este unul dintre cei mai mari emițători de gaze cu efect de seră. Potrivit Agenției Germane de Mediu, clădirile reprezintă aproximativ 30% din emisiile de CO2 ale țării și 35% din consumul de energie. Clădirile cu fațade și acoperișuri mari de sticlă, cum ar fi clădirile de birouri care domină orașele moderne, sunt deosebit de problematice. Se incalzesc la soare, mai ales vara. Cu toate acestea, utilizarea jaluzelelor și jaluzelelor pentru a oferi umbră este în general nedorită, deoarece acestea diminuează estetica sticlei și interferează cu priveliștile din exterior. În schimb, interiorul este răcit cu aer condiționat, care necesită multă energie electrică și crește amprenta de carbon a clădirii.
Institutul Fraunhofer pentru Cercetarea Silicaților ISC din Wurzburg și Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia de Electroni Organici, Fascicule de Electroni și Plasmă FEP din Dresda au dezvoltat o soluție complexă la această întrebare. În proiectul Switch2Save, cercetătorii au lucrat la acoperiri transparente pentru ferestre și fațade din sticlă, folosind materiale electrocrome și termocrome. Acestea adaugă o nuanță întunecată variabilă, transparentă la exteriorul ferestrei, păstrând camera rece. Institutul Fraunhofer a colaborat cu parteneri universitari și industriali din șase țări UE la acest proiect de cercetare finanțat de UE.
Învelișul electrocromic este aplicat pe un film conductor transparent, care poate fi apoi „pornit”. Aplicarea unei tensiuni declanșează transferul de ioni și electroni care întunecă acoperirea și nuanță fereastra. Acoperirile termocromice, pe de altă parte, funcționează prin reflectarea radiației termice de la soare atunci când este atinsă o anumită temperatură ambientală, explică dr. Marco Schott, manager de grup Fraunhofer ISC Electrochromic Systems.
Cu elemente electrocromice, senzorii pot fi utilizați pentru a măsura factori precum luminozitatea și temperatura și pentru a trimite rezultatele unui sistem de control. Aceasta trimite un impuls de curent sau de tensiune către pelicula conductoare, declanșând întunecarea ferestrei. Ori de câte ori temperatura sau luminozitatea devin prea ridicate, suprafața de sticlă se va întuneca treptat. Acest lucru previne supraîncălzirea încăperii și reduce nevoia de aer condiționat, care este util mai ales în climatele însorite și clădirile cu fațade mari de sticlă. De asemenea, acționează ca protecție anti-orbire în zilele însorite. Ferestrele vor rămâne luminoase în zilele înnorate și noaptea.
Cercetătorii Fraunhofer au analizat, de asemenea, dacă tehnologia este potrivită pentru utilizarea de zi cu zi. Geamurile nu se estompează brusc, ci se întunecă treptat în câteva minute, cu un consum foarte mic de energie, a explicat Schott. În cazul preferat, filmul electrocromic necesită energie electrică numai în timpul procesului de comutare, iar tensiunile foarte scăzute sunt suficiente pentru a iniția procesul de colorare. Materialele termocrome nu necesită deloc electricitate, dar răspund pasiv la căldura generată de soare. Ele pot fi utilizate pentru a completa sistemele comutabile sau ca o alternativă acolo unde nu sunt necesare soluții comutabile.
Switch2Save promite economii semnificative de energie în zonele cu temperaturi exterioare ridicate (adică regiunile sudice) prin reducerea utilizării sistemelor de aer condiționat sau prin eliminarea totală a necesității acestora. Dr. John Fahlteich, coordonatorul de proiect și liderul grupului de cercetare la Switch2Save de la Fraunhofer FEP, a explicat că în regiunile mai calde ale Europei, cerințele de energie de răcire și încălzire ale clădirilor moderne pot fi reduse cu până la 70%. În regiunile nordice mai reci, economiile nu sunt uriașe, dar sistemul poate fi folosit și aici ca protecție anti-orbire de lumina directă a soarelui.
În principiu, combinația de straturi electrocromice și termocromice în ferestrele compozite oferă cea mai mare flexibilitate posibilă. Prin utilizarea acestuia, arhitecții și dezvoltatorii pot oferi soluții individuale pentru diferite zone și clădiri. Instalăm tehnologia în clinica de pediatrie a celui de-al doilea cel mai mare spital din Atena, Grecia, și într-o clădire de birouri din Uppsala, Suedia. În ambele clădiri, consumul de energie va fi monitorizat și comparat timp de un an întreg înainte și după instalarea ferestrelor noi. Procedând astfel, putem demonstra performanța reală a tehnologiei Switch2Save și putem continua să testăm și să îmbunătățim tehnologia pentru diferite zone climatice, a spus Fahlteich.
Cercetătorii au abordat, de asemenea, provocările de producție. Acoperirile electrocromice sunt aplicate pe substraturi de film pe bază de polimeri. Acoperirile termocromice, pe de altă parte, folosesc substraturi subțiri de sticlă. Procesele de acoperire chimică umedă și în vid sunt utilizate pentru sisteme economice de fabricație roll-to-roll. Ansamblul comutabil este apoi laminat în vid pe geam de 4 mm grosime, care este apoi integrat în unitatea de sticlă izolatoare. Procesul de acoperire este, de asemenea, fezabil din punct de vedere economic la scară industrială. Elementele comutabile electrocrome și termocrome au o grosime de doar câteva sute de microni și mai puțin de 500 de grame pe metru pătrat. Drept urmare, nu adaugă aproape deloc greutate ferestrelor, ceea ce înseamnă că pot fi modernizate în clădirile existente fără a modifica structura clădirii.
Consorțiul de proiect lucrează în prezent pentru a îmbunătăți în continuare tehnologia. De exemplu, echipe de experți investighează cum să combine elemente electrocromice și termocromice în ferestrele compozite pentru a exploata mai bine potențialul tehnologiei. Alte obiective ale cercetării includ adaptarea acoperirii la forme curbate de sticlă și adăugarea de mai multă culoare opțiunilor existente de albastru și gri.
Încălzirea globală și obiectivele Pactului ecologic european vor crește în mod semnificativ cererea de tehnologii de construcție eficiente din punct de vedere energetic în următorii ani - se așteaptă ca toate clădirile din UE să fie neutre în carbon până în 2050. Proiectul Switch2Save al UE pentru ferestre electrocromice și termocrome poate face o contribuție importantă la aceasta.