Интелигентното стъклено покритие охлажда стъклените сгради

Строителната индустрия е един от най-големите източници на парникови газове. Според Германската агенция по околна среда сградите представляват около 30 процента от емисиите на CO2 в страната и 35 процента от потреблението на енергия. Сградите с големи стъклени фасади и покриви, като офис сградите, които доминират в съвременните градове, са особено проблематични. Те се нагряват на слънце, особено през лятото. Въпреки това, използването на щори и щори за осигуряване на сянка като цяло е нежелателно, тъй като нарушават естетиката на стъклото и пречат на гледките навън. Вместо това интериорът се охлажда с климатик, който изисква много електричество и увеличава въглеродния отпечатък на сградата.

Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC във Вюрцбург и Fraunhofer Institute for Organic Electron, Electron Beam and Plasma Technology FEP в Дрезден разработиха комплексно решение на този въпрос. В проекта Switch2Save изследователите работят върху прозрачни покрития за прозорци и стъклени фасади, използвайки електрохромни и термохромни материали. Те добавят променлив, прозрачен тъмен нюанс към външната страна на прозореца, поддържайки стаята хладна. Институтът Fraunhofer си сътрудничи с университетски и индустриални партньори в шест държави от ЕС по този финансиран от ЕС изследователски проект.

Електрохромното покритие се нанася върху прозрачен проводим филм, който след това може да бъде "включен". Прилагането на напрежение задейства преноса на йони и електрони, които потъмняват покритието и оцветяват прозореца. Термохромните покрития, от друга страна, работят, като отразяват топлинното лъчение от слънцето, когато се достигне определена околна температура, обяснява д-р Марко Шот, групов мениджър на Fraunhofer ISC Electrochromic Systems.

С електрохромните елементи сензорите могат да се използват за измерване на фактори като яркост и температура и изпращане на резултатите до система за управление. Това изпраща импулс на ток или напрежение към проводимия филм, задействайки потъмняването на прозореца. Когато температурата или яркостта станат твърде високи, стъклената повърхност постепенно ще потъмнее. Това предпазва помещението от прегряване и намалява необходимостта от климатизация, което е особено полезно при слънчев климат и сгради с големи стъклени фасади. Освен това действа като защита против отблясъци в слънчеви дни. Прозорците ще останат светли в облачни дни и през нощта.

Изследователите на Fraunhofer също обмислят дали технологията е подходяща за ежедневна употреба. Прозорците не затъмняват внезапно, а постепенно затъмняват за няколко минути, с много ниска консумация на енергия, обясни Шот. В предпочитания случай електрохромният филм изисква електричество само по време на процеса на превключване и много ниски напрежения са достатъчни, за да започне процеса на оцветяване. Термохромните материали изобщо не изискват електричество, но реагират пасивно на топлината, генерирана от слънцето. Те могат да се използват като допълнение към превключваеми системи или като алтернатива, когато не се изискват превключваеми решения.

Switch2Save обещава значителни икономии на енергия в райони с високи външни температури (т.е. южни региони) чрез намаляване на използването на климатични системи или елиминиране на необходимостта от тях като цяло. Д-р Джон Фалтайх, координатор на проекта и ръководител на изследователска група в Switch2Save на Fraunhofer FEP, обясни, че в по-топлите региони на Европа нуждите от енергия за охлаждане и отопление на съвременните сгради могат да бъдат намалени с до 70 процента. В по-хладните северни райони спестяванията не са големи, но системата може да се използва и тук като защита срещу отблясъци от пряка слънчева светлина.

По принцип комбинацията от електрохромни и термохромни слоеве в композитните прозорци предлага възможно най-голямата гъвкавост. Използвайки го, архитектите и предприемачите могат да предоставят индивидуални решения за различни площи и сгради. Ние инсталираме технологията в педиатричната клиника на втората по големина болница в Атина, Гърция, и офис сграда в Упсала, Швеция. И в двете сгради потреблението на енергия ще бъде наблюдавано и сравнявано за цяла година преди и след поставянето на нови прозорци. Правейки това, можем да демонстрираме действителната производителност на технологията Switch2Save и можем да продължим да тестваме и подобряваме технологията за различни климатични зони, каза Fahlteich.

Изследователите също се справиха с предизвикателствата на производството. Електрохромните покрития се нанасят върху филмови субстрати на полимерна основа. Термохромните покрития, от друга страна, използват тънки стъклени субстрати. Мокрите химически процеси и процесите на вакуумно нанасяне на покритие се използват за икономични производствени системи от ролка до ролка. След това превключващият се модул се ламинира вакуумно върху прозоречно стъкло с дебелина 4 mm, което след това се интегрира в изолационния стъклопакет. Процесът на нанасяне на покритие също е икономически осъществим в индустриален мащаб. Електрохромните и термохромните превключваеми елементи са с дебелина само няколкостотин микрона и по-малко от 500 грама на квадратен метър. В резултат на това те не добавят никаква тежест към прозорците, което означава, че могат да бъдат модернизирани в съществуващи сгради, без да променят структурата на сградата.

Консорциумът по проекта в момента работи за по-нататъшно подобряване на технологията. Например, екипи от експерти проучват как да комбинират електрохромни и термохромни елементи в композитни прозорци, за да използват по-добре потенциала на технологията. Допълнителните изследователски цели включват адаптиране на покритието към извити стъклени форми и добавяне на повече цвят към съществуващите сини и сиви опции.

Световното затопляне и целите на Европейската зелена сделка ще увеличат значително търсенето на енергийно ефективни строителни технологии през следващите години - всички сгради в ЕС се очаква да бъдат въглеродно неутрални до 2050 г. Проектът Switch2Save на ЕС за електрохромни и термохромни прозорци може да направи важен принос за това.