Покрытие для умного стекла может охладить стеклянные здания

Исследователи из Института Фраунгофера разработали умное покрытие для строительного стекла, которое может автоматически затемняться на солнце. Эта технология сочетает в себе электрохромные и термохромные материалы, реагирующие как на электрические импульсы, так и на изменения температуры. В современных зданиях с обширными стеклянными навесными стенами покрытие эффективно снижает перегрев помещений, вызванный солнечным излучением, тем самым уменьшая зависимость от энергоемких систем кондиционирования воздуха.

Строительная отрасль является одним из основных источников глобальных выбросов парниковых газов. В Германии, например, согласно статистике Федерального агентства по охране окружающей среды, на строительный сектор приходится примерно 30% выбросов углекислого газа в стране и 35% потребления энергии. Здания с большими стеклянными фасадами и крышами, особенно офисные здания, испытывают резкое повышение температуры внутри помещений во время сильного летнего солнечного излучения. Традиционные солнцезащитные устройства, такие как жалюзи и шторы, часто ухудшают визуальную эстетику и загораживают вид. В результате такие здания обычно полагаются на кондиционирование воздуха для охлаждения, что приводит к высокому потреблению электроэнергии и увеличению углеродного следа.

Чтобы решить эту проблему, Институт силикатных исследований (ISC) Фраунгофера и Институт органической электроники, электронно-лучевых и плазменных технологий (FEP) Фраунгофера совместно возглавили финансируемый ЕС проект "Switch2Save". Они сотрудничали с университетами и отраслевыми партнерами в нескольких европейских странах для продвижения разработки и применения технологии умного оконного покрытия.

В этой системе умного покрытия электрохромный компонент основан на прозрачной проводящей пленке. При подаче напряжения на пленку запускается миграция ионов и электронов, что позволяет стеклу обратимо переходить от прозрачного к темному. Термохромное покрытие, с другой стороны, автоматически отражает солнечное тепло, когда температура окружающей среды достигает определенного порога, работая без внешнего питания в качестве пассивного механизма реагирования.

Электрохромные элементы могут быть интегрированы с датчиками и системой управления для мониторинга интенсивности света и температуры в режиме реального времени. Когда значения превышают заданные параметры, система посылает электрический сигнал на проводящую пленку, постепенно затемняя стекло. Это эффективно блокирует попадание тепла и обеспечивает функцию защиты от бликов. В пасмурные дни или ночью стекло возвращается к полной прозрачности, максимально увеличивая поступление естественного света.

Технология уже внедрена в практических строительных приложениях. Например, эта система умного стекла была установлена в педиатрической клинике большой больницы в Афинах, Греция, и в офисном здании в Уппсале, Швеция. Исследователи проведут годовое исследование мониторинга потребления энергии, чтобы сравнить потребление электроэнергии системами кондиционирования воздуха до и после модернизации, проверяя энергосберегающие характеристики в реальных климатических условиях.

С точки зрения производства, команда использует процессы мокрой химии и технологию вакуумного напыления. Электрохромное покрытие интегрировано на гибкую полимерную пленку, а термохромный слой изготавливается на ультратонкой стеклянной подложке. Методы производства рулон-к-рулону обеспечивают экономичное и масштабируемое производство. Конечный продукт имеет толщину всего несколько сотен микрометров и весит менее 500 граммов на квадратный метр, что упрощает его установку в существующих оконных проемах зданий без структурных изменений.

В настоящее время команда проекта сосредоточена на дальнейшем улучшении применимости технологии. Усилия включают в себя объединение электрохромных и термохромных блоков для повышения регуляторной гибкости, разработку процессов нанесения покрытий, подходящих для изогнутого стекла, и расширение цветовых вариантов за пределы серого и синего, чтобы удовлетворить разнообразные архитектурные эстетические потребности.

По мере продвижения глобального потепления и Европейского зеленого соглашения спрос на энергоэффективные строительные технологии быстро растет. Ожидается, что все здания в ЕС достигнут углеродной нейтральности к 2050 году. Технологии умных окон, такие как Switch2Save, призваны сыграть ключевую роль в содействии низкоуглеродной трансформации строительной отрасли.