Eine intelligente Glasbeschichtung könnte Glasgebäude kühlen

Forscher des Fraunhofer-Instituts haben eine intelligente Beschichtung für Bauglas entwickelt, die sich bei Sonneneinstrahlung automatisch verdunkelt. Diese Technologie kombiniert elektrochrome und thermochrome Materialien und reagiert sowohl auf elektrische Impulse als auch auf Temperaturänderungen. In modernen Gebäuden mit großflächigen Glasfassaden reduziert die Beschichtung effektiv die durch Sonneneinstrahlung verursachte Überhitzung im Innenraum und verringert so die Abhängigkeit von energieintensiven Klimaanlagen.

Die Bauindustrie ist eine der Hauptquellen für globale Treibhausgasemissionen. In Deutschland beispielsweise entfallen laut Statistik des Umweltbundesamtes etwa 30 % der Kohlendioxidemissionen und 35 % des Energieverbrauchs auf den Gebäudesektor. Gebäude mit großen Glasfassaden und -dächern, insbesondere Bürogebäude, erfahren bei starker sommerlicher Sonneneinstrahlung einen starken Anstieg der Innentemperaturen. Herkömmliche Verschattungsvorrichtungen wie Jalousien und Vorhänge beeinträchtigen oft die visuelle Ästhetik und versperren die Aussicht. Infolgedessen sind solche Gebäude häufig auf Klimaanlagen zur Kühlung angewiesen, was zu einem hohen Stromverbrauch und einem erhöhten CO2-Fußabdruck führt.

Um dieses Problem anzugehen, haben das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) und das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) gemeinsam das von der EU geförderte Projekt "Switch2Save" geleitet. Sie arbeiteten mit Universitäten und Industriepartnern in mehreren europäischen Ländern zusammen, um die Entwicklung und Anwendung der intelligenten Fensterbeschichtungstechnologie voranzutreiben.

In diesem intelligenten Beschichtungssystem basiert die elektrochrome Komponente auf einem transparenten, leitfähigen Film. Das Anlegen einer Spannung an den Film löst die Wanderung von Ionen und Elektronen aus, wodurch das Glas reversibel von transparent zu dunkel wechseln kann. Die thermochrome Beschichtung hingegen reflektiert automatisch die Sonnenwärme, wenn die Umgebungstemperatur einen bestimmten Schwellenwert erreicht, und arbeitet ohne externe Stromversorgung als passiver Reaktionsmechanismus.

Die elektrochromen Elemente können mit Sensoren und einem Steuerungssystem integriert werden, um die Lichtintensität und die Temperatur in Echtzeit zu überwachen. Wenn die Werte festgelegte Parameter überschreiten, sendet das System ein elektrisches Signal an den leitfähigen Film, wodurch sich das Glas allmählich verdunkelt. Dies blockiert effektiv den Wärmeeintrag und bietet eine Blendschutzfunktion. An bewölkten Tagen oder in der Nacht kehrt das Glas zu voller Transparenz zurück und maximiert so die Einführung von natürlichem Licht.

Die Technologie wurde bereits in praktischen Gebäuden eingesetzt. So wurde dieses intelligente Glassystem beispielsweise in der Kinderklinik eines großen Krankenhauses in Athen, Griechenland, und in einem Bürogebäude in Uppsala, Schweden, installiert. Die Forscher werden eine einjährige Studie zur Überwachung des Energieverbrauchs durchführen, um den Stromverbrauch von Klimaanlagen vor und nach der Nachrüstung zu vergleichen und die Energieeinsparung unter realen klimatischen Bedingungen zu überprüfen.

In Bezug auf die Herstellung verwendet das Team nasschemische Verfahren und Vakuum-Beschichtungstechnologie. Die elektrochrome Beschichtung wird auf einen flexiblen Polymerfilm integriert, während die thermochrome Schicht auf einem ultradünnen Glassubstrat hergestellt wird. Roll-to-Roll-Produktionsmethoden ermöglichen eine wirtschaftliche und skalierbare Herstellung. Das Endprodukt ist nur wenige hundert Mikrometer dick und wiegt weniger als 500 Gramm pro Quadratmeter, wodurch es einfach in bestehende Gebäudefenster ohne bauliche Veränderungen eingebaut werden kann.

Derzeit konzentriert sich das Projektteam auf die weitere Verbesserung der Anwendbarkeit der Technologie. Zu den Bemühungen gehören die Kombination von elektrochromen und thermochromen Einheiten zur Verbesserung der regulatorischen Flexibilität, die Entwicklung von Beschichtungsverfahren, die für gebogenes Glas geeignet sind, und die Erweiterung der Farboptionen über Grau und Blau hinaus, um den vielfältigen architektonischen ästhetischen Bedürfnissen gerecht zu werden.

Mit der globalen Erwärmung und dem EU Green Deal wächst die Nachfrage nach energieeffizienten Gebäudetechnologien rasant. Bis 2050 sollen alle Gebäude in der EU Klimaneutralität erreichen. Intelligente Fenstertechnologien wie Switch2Save werden eine Schlüsselrolle bei der Förderung der kohlenstoffarmen Transformation der Bauindustrie spielen.