Ein Forscherteam hat ein smartes Fenster entwickelt, das Sonnenstrahlung mittels reversibler Silberschicht auf eine bestimmte Weise reflektiert. Die Technik soll variablen Sonnenschutz und passive Strahlungskühlung miteinander verbinden. Ob sie sich für reale Gebäude eignet, muss aber noch geprüft werden.
Das Team hat die Arbeit in Nano Letters veröffentlicht und den Prototypen in Shanghai präsentiert. Bei Außentests wurden kleine elektrochrome Fenster über Testobjekte platziert und direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Die Scheiben können eine reflektierende Silberschicht aufbauen und wieder entfernen. Dadurch blieb ein Testkörper temporär bis zu sieben Grad kühler; verglichen mit üblichem Glas. Auch in einem Modellhaus konnte eine Verringerung der Innentemperatur nachgewiesen werden.
Was sind smarte Fenster?
Smartfenster besitzen Eigenschaften, die sich automatisch oder per Knopfdruck verändern. So lässt sich zum Beispiel die Lichtdurchlässigkeit, Tönung oder Wärmedämmung anpassen – und steuern, wie viel Sonnenlicht und Wärme in einen Raum gelangt.
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Mithilfe spezieller Technologien können smarte Fenster beispielsweise Energie sparen, Räume vor Überhitzung schützen und den Wohnkomfort allgemein erhöhen. Sie werden sowohl in modernen Wohnhäusern als auch in Bürogebäuden eingesetzt.
Smart Window der neuen Generation
Das hier vorgestellte Smart Window ist eine Lösung im Bereich der transparenten Strahlungskühlung. Sie soll den Kühlbedarf senken und die Nutzung von Tageslicht gewährleisten und dabei gleichzeitig eine starke Sonnenabweisung, Strahlungswärmeableitung und eine breite Farbpalette erzielen.
Dafür setzen die Forscher auf eine dünne Silberschicht, die sich im Inneren des Fensters unter Spannung bildet und durch Umkehrung der elektrischen Spannung wieder auflöst. Auf der Außenseite befindet sich eine spezielle Silikonbeschichtung, die zusätzlich dafür sorgt, dass Wärme als mittlere Infrarotstrahlung an die Umgebung abgegeben wird.
Der Clou besteht darin, zwei Funktionen zu verbinden, die bei Smartfenstern bislang getrennt waren: verstellbaren Sonnenschutz und passive radiative Kühlung. Ein weiterer Vorteil: Je nach Aufbau kann das Glas unterschiedliche Farbtöne annehmen und sogar nahezu vollständig blickdicht werden. So lassen sich Sonnenschutz, Kühlung und Sichtschutz in einem einzigen Fenstersystem kombinieren.
Interessante Testergebnisse und offene Fragen
Im Außentest ist die mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht von etwa 44 Prozent (im transparenten Zustand) auf unter 5 Prozent nach der Metallabscheidung gesunken, während die Reflexion im nahen Infrarot von zirka 54 auf 83 Prozent gestiegen ist. Exakt dieser Spektralbereich umfasst einen erheblichen Anteil der solaren Strahlungsenergie, trägt jedoch nicht unmittelbar zur wahrgenommenen Helligkeit von Räumen bei.
Beim Test mit simulierter Sonneneinstrahlung lag die Innenluft in einem kleinen Modellhaus im Durchschnitt rund 4,3 Grad unter dem Vergleichselement mit Quarzglas. Durch die reflektierende Metallschicht ging der Wert auf etwa 5,9 Grad hoch.
Für die Funktionsprüfung ist das aussagekräftig, weil die Messung die optischen Eigenschaften mit einer tatsächlichen Temperaturreaktion verbindet. Bei einem bewohnten Gebäude würden aber Aspekte wie Raumvolumen, Sonnenstand, Dämmung und Luftaustausch die Energiebilanz deutlich beeinflussen.
Vom Entwicklungsstadium in die Realität?
Die mehrfache Funktionsfähigkeit der elektrochemischen Umschaltung wurde bis dato nur im Labormaßstab erprobt. Ob sie den Weg von kleinen experimentellen Aufbauten in normale Gebäude schafft, muss daher gründlich untersucht werden. Hier stellt sich vor allem die Frage nach der Skalierbarkeit.
Weitere Faktoren, die für echte Bauelemente zu klären wären, sind unter anderem Materialkosten, elektrische Anschlüsse, Schaltgeschwindigkeit, Brandschutz und die Verträglichkeit des Elektrolyten mit Randverbünden.
Sollte die Langzeitbeständigkeit unter realen Umweltbedingungen und eine zuverlässige Elektrolytversiegelung sowie gleichmäßige Schaltung großflächiger Fenster nachgewiesen werden, könnte das neue Smartfenster dabei helfen, Gebäude ohne zusätzlichen Energieaufwand für aktive Kühlung vor übermäßiger Sonneneinstrahlung zu schützen.
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