Smarte Fenster bieten in Gebäuden Potenzial für die Reduzierung des Energiebedarfs von Heizung, Kühlung und Beleuchtung. Mit der Hilfe von elektrochromem Glas können diese Fenster mit einem Knopfdruck innerhalb von Sekunden verdunkelt werden. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für effizienten Sonnen- und Wärmeschutz in Gebäuden.
Die globalen Ausgaben für den Bau energieeffizienter Gebäude sind in den vergangenen Jahren kontinuierlich gestiegen und erreichten 2022 etwa 255 Milliarden US-Dollar. Prognosen zufolge könnten diese bis zum Jahr 2030 jährlich den Wert von 570 Milliarden US-Dollar übersteigen.
Dabei kommen zunehmend Materialien und Technologien zum Einsatz, die den Energiebedarf von Gebäuden senken. Dazu zählen neben hochwertigen Dämmstoffen, effizienten Heiz- und Kühlsysteme oder intelligenter Gebäudetechnik auch moderne Fenster.
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Während Heizung, Kühlung und Beleuchtung einen großen Anteil am Endenergieverbrauch haben, tragen Fenster mit einer herkömmlichen Verglasungen bislang dazu bei, dass ein beträchtlicher Teil dieser Energie wieder verpufft. Denn Sonnenstrahlung und Wärme können diese weitgehend unkontrolliert passieren.
Die Wissenschaft arbeitet daher bereits seit Jahren an der Entwicklung von elektrochromem Glas, das die Energieeffizienz von Gebäuden deutlich steigern könnte. Forscher der Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing haben ein dualband-elektrochromes Fenster entwickelt, das sich elektrisch steuern lässt und sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung sehr stark regulieren kann — um mehr als 70 Prozent.
Sieht so das smarte Fenster der Zukunft aus?
Das Forscherteam hat ein dualband-elektrochromes Fenster entwickelt, das sichtbares Licht und Nahinfrarotstrahlung getrennt voneinander regulieren kann. Dafür nutzt das Fenster eine sehr dünne Beschichtung aus speziellen Materialien — sobald eine elektrische Spannung angelegt wird, werden Ionen in diese Schicht eingelagert oder wieder herausgelöst.
Dadurch verändern sich die optischen Eigenschaften und das Glas ändert Farbe und Transparenz. So kann das Glas klar bleiben oder deutlich verdunkelt werden.
Dadurch lässt sich also steuern, wie viel sichtbares Licht und wie viel Wärmestrahlung hineinfließen. Dadurch kann Energie für Heizen oder Kühlen gespart, aber auch der Wohnkomfort gesteigert werden.
Das von den Forscher der Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing entwickelte Glas konnte dabei sowohl die Licht- als auch die Wärmedurchlässigkeit um mehr als 70 Prozent beeinflussen. Das System zeigte außerdem auch nach 10.000 Schaltzyklen nur wenige Kapazitätsverluste in Höhe von 3,3 Prozent.
Bei den Tests der Forscher konnte auch eine hohe Energieeinsparungsleistung moderiert werden. So war die durch das Glas dringende Temperatur um 8,8 Grad Celsius niedriger als bei herkömmlichem Glas.
Ist dieses smarte Fenster alltagstauglich?
Entscheidend für den Einsatz an Gebäuden ist neben der schnellen Umschaltfähigkeit des Systems auch dessen Langlebigkeit. Dafür haben Forscher aus China eine neuartige metallorganische Gerüstverbindung entwickelt.
Diese fungiert als elektrochrom aktive Schicht und begünstigen den schnellen Ionentransport. So lasse sich laut den Forschern eine homogene, wenige Mikrometer dünne Schichten erzeugen.
Diese könne transparent bleiben und dennoch ihre Eigenschaften für den gezielten Farbwechsel nutzen. Auf diese Weise entsteht ein Fenster, das Licht wirksam regulieren kann, ohne an Klarheit oder Stabilität einzubüßen.
Da bisher für diese Technologie jedoch zumeist nur kleine Flächen getestet werden, könnte es bis zur Marktreife dieser smarten Fenster allerdings noch dauern. Dennoch bieten sie ein großes Potenzial für die Effizienzsteigerung von Gebäuden.
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