Умные окна для защиты от солнечного излучения

Общество Фраунгофера
14.03.2022 289

В зданиях с большими остекленными фасадами такое покрытие предотвращает чрезмерный нагрев помещений из-за солнечного излучения, тем самым снижая необходимость в энергоемком кондиционировании воздуха.

В зданиях с большими остекленными фасадами установка электрохромных или термохромных окон поможет сэкономить до 70% энергии, расходуемой на нагрев или охлаждение помещений.

Строительный сектор — один из самых крупных источников парниковых газов. Согласно данным немецкого агентства по охране окружающей среды, на здания приходится около 30% выбросов CO2 в стране, а также 35% общего потребления энергии.

Здания с большими остекленными фасадами и крышами представляют особую проблему, в частности, высотные офисные здания современных городов. Они нагреваются на солнце, особенно летом. Однако от использования жалюзи и ставен для затемнения помещений зачастую отказываются, поскольку они портят эстетичный внешний вид стекол и заслоняют вид из окон. Вместо этого, помещения охлаждают с помощью кондиционирования воздуха, на что требуется огромное количество электроэнергии, и углеродный след здания увеличивается.

В Центре исследования силикатов (Вюрцбург) и Институте органической электроники и электронно-пучковых и плазменных технологий (Дрезден) Общества Фраунгофера разработали изобретательное решение этой проблемы. В рамках проекта Switch2Save исследователи разрабатывали прозрачные покрытия для окон и остекленных фасадов с использованием электрохромных и термохромных материалов. Они придают внешней стороне окон изменчивый прозрачный темный оттенок, благодаря которому в помещениях поддерживается прохлада. Общества Фраунгофера сотрудничает с университетами и промышленными партнерами в шести странах ЕС в рамках исследовательского проекта, финансируемого ЕС.

Конструкция окна с технологией Switch2Save: возможны разные варианты использования электрохромных или термохромных покрытий, а также совмещение обеих технологий в одном окне.

Электрохромные и термохромные покрытия

«Электрохромное покрытие наносится на прозрачную токопроводящую пленку, которую можно «включать». Электрическое напряжение запускает передачу ионов и электронов, которые затемняют покрытие и придают окну определенный оттенок. С другой стороны, термохромное покрытие действует пассивно. Когда достигается определенная температура окружающей среды, оно отражает тепловое излучение солнца», — рассказывает доктор Марко Скотт, руководитель группы электрохромных систем в Центре исследования силикатов Общества Фраунгофера.

При использовании электрохромных элементов можно применять датчики, которые будут измерять такие параметры, как яркость и температура, и отправлять результаты в системы управления. Тогда на проводящую пленку посылается импульс тока или напряжения, запускающий затемнение окна. Поверхность стекла постепенно темнеет, когда уровень температуры или яркости становится слишком высоким. Это защищает помещения от перегрева и снижает необходимость в кондиционировании воздуха, что особенно полезно в солнечном климате и в зданиях с большими остекленными фасадами. В солнечные дни покрытие также защищает от бликов. В пасмурные дни и вечером окна остаются прозрачными.

Исследователи Общества Фраунгофера также подумали и об экологической безопасности технологии при ежедневном применении.

«Окна не темнеют внезапно, а постепенно затемняются в течение нескольких минут», — поясняет Скотт. Потребление энергии очень низкое. В оптимальных условиях электрохромному покрытию требуется электричество только для процесса переключения, и чтобы запустить затемнение достаточно очень низкого напряжения.

Такие покрытия производят методом рулонной подачи. Как электрохромное покрытие, так и термохромная подложка из тонкого стекла, очень тонкие, всего несколько сотен микрометров.

Термохромным материалам не требуется электричество вообще, вместо этого они пассивно реагируют на тепло солнца. Их можно использовать в дополнение к переключающейся системе или в качестве альтернативы, если возможность переключения не требуется.

Это офисное здание в Уппсале (Швеция) оснащено окнами с технологией Switch2Save. Оно служит демонстрационным целям и помогает испытывать и развивать данную технологию.

Демонстрационные здания в Афинах и Уппсале

Проект Switch2Save обещает огромную экономию энергии в регионах, где температура воздуха достаточно высокая, например, в южных областях, благодаря сокращению использования систем кондиционирования воздуха или полному отказу от них. Доктор Джон Фалтейк, координатор проекта Switch2Save и глава исследовательской группы в Институте органической электроники и электронно-пучковых и плазменных технологий, рассказывает: «В теплых регионах Европы энергозатраты на охлаждение и нагрев в помещениях современных зданий можно сократить на 70%». Экономия не настолько существенна в более холодных северных регионах, однако эти системы также можно использовать как антибликовое покрытие от прямых солнечных лучей.

По сути, сочетание электрохромных и термохромных слоев в окнах обеспечивает наибольшую возможную гибкость решений. С их помощью архитекторы и инженеры могут создавать индивидуальные проекты для разных регионов и зданий. «В данный момент мы занимаемся установкой этой технологии в детском отделении самой большой больницы в Греции (в Афинах) и в офисном здании в Уппсале (Швеция). Потребление энергии в обоих зданиях будут контролировать и сравнивать в течение года до и после установки новых окон. Таким образом, мы сможем продемонстрировать на практике эффективность технологии Switch2Save и продолжить проводить испытания и совершенствовать технологию для различных климатических зон», — говорит Фалтейк.

Производство с рулонной подачей

Исследователи также решили проблемы, связанные с производством. Электрохромное покрытие наносится на пленочную подложку на основе полимера. Термохромное покрытие, в свою очередь, наносится на подложку из тонкого стекла. Нанесение покрытий методом осаждения из жидких реактивов и методом вакуумного напыления выполняется с помощью экономически эффективной системы с рулонной подачей. Переключаемые компоненты наносятся в условиях вакуума на лист оконного стекла толщиной 4 мм, который затем помещается в стеклопакет. Процесс нанесения покрытий также экономически осуществим в промышленных масштабах. Толщина электрохромных и термохромных элементов составляет всего около 100 мкм, а их вес меньше 500 г/м2.  Таким образом, они практически на добавляют окну вес, что означает, что их можно использовать в уже существующих зданиях без необходимости вносить изменения в конструкцию.

Изогнутое стекло и цветные окна

Проектный консорциум занимается дальнейшим развитием технологии. Например, команда экспертов изучает, как объединить электрохромные и термохромные элементы в одном окне, чтобы еще больше раскрыть потенциал данной технологии. Среди дальнейших целей исследования адаптация покрытия под стекла изогнутой формы и добавление большего количества цветов к имеющимся вариантам (синий и серый). Глобальное потепление и цели «Зеленого пакта для Европы» значительно повысят спрос на технологию энергоэффективных зданий в ближайшие несколько лет. Предполагается, что все здания в ЕС должны стать углеродно-нейтральными к 2050 году. Электрохромные и термохромные окна проекта Switch2Save могут внести в это существенный вклад.

Под редакцией Центра исследования силикатов (Вюрцбург) и Института органической электроники и электронно-пучковых и плазменных технологий (Дрезден) Общества Фраунгофера, Германия

ines.schedwill@fep.fraunhofer.de

marie-luise.righi@isc.fraunhofer.de

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Передовая технология цинкования продлевает срок службы металлических конструкций
Передовая технология цинкования продлевает срок службы металлических конструкций
Одной из самых серьезных проблем при "обновлении" старых горячеоцинкованных стальных конструкций опор линий электропередач является…
Рик Симпсон
17.01.2022
199
Органические матирующие средства улучшают эстетические характеристики покрытий с алюминиевыми чешуйчатыми пигментами
Органические матирующие средства улучшают эстетические характеристики покрытий с алюминиевыми чешуйчатыми пигментами
Алюминиевые чешуйчатые пигменты используются в широком диапазоне областей применения для придания покрытиям сверкающего вида. В…
Стивен Серфасс, Митч Халперт
16.06.2021
295
Декоративные особенности текстурированных металлолаковых покрытий
Декоративные особенности текстурированных металлолаковых покрытий
Рассмотрены декоративные особенности поверхности различных металлов после текстурирования и электрохимического тонирования.
Т.В. Ершова, Т.Ф. Юдина, Т. В. Щапова, М.С. Чайка, Ивановский ГХТУ
12.07.2018
785
Практические рекомендации по  очистке сточных вод и отработанных растворов гальванических производств
Практические рекомендации по очистке сточных вод и отработанных растворов гальванических производств
В последние годы существенно обострились проблемы, связанные с загрязнениями воды. Кардинальное решение проблемы охраны окружающей…
Перелыгин Ю.П., Пензенский ГУ
21.06.2018
1611
Цементирующие покрытия для ремонта и защиты бетона
Цементирующие покрытия для ремонта и защиты бетона
Разрушение бетона происходит повсеместно и может серьезно отразиться на долговечности железобетонных конструкций. Основное химическое воздействие…
Грэм Джеймс, Крис Ллойд
31.08.2021
291
Индикатор кислорода для интеллектуальной упаковки пищевых продуктов
Индикатор кислорода для интеллектуальной упаковки пищевых продуктов
В новом исследовании описывается разработка новой бумаги с покрытием из галловой кислоты и ацетата целлюлозы…
03.11.2022
62
Предотвращение растрескивания под напряжением клеевых соединений
Предотвращение растрескивания под напряжением клеевых соединений
Немецкий центр пластмасс (SKZ) и Институт производственных технологий и прикладных исследований материалов им. Фраунгофера (IFAM)…
08.12.2022
94
Самый большой в мире бизон готовится к покраске
Самый большой в мире бизон готовится к покраске
Представитель Jamestown Tourism в Северной Дакоте недавно сообщил, что 63-летняя главная достопримечательность штата — бетонная…
12.08.2022
595
Новые плоды на старом дереве: порошковые покрытия вдыхают новую жизнь в покрытия для древесины.
Новые плоды на старом дереве: порошковые покрытия вдыхают новую жизнь в покрытия для древесины.
Порошковые покрытия успешно используются для изделий из древесины уже более 20 лет. Однако многие не…
Джефф Хейл
06.07.2020
498