建物を涼しく保つインテリジェントなガラスコーティング
フラウンホーファーの研究者は、太陽の下で暗くなる窓用のスマートコーティングを開発しました。 これは、電気的および熱的に反応するエレクトロクロミックおよびサーモクロミック材料を使用しています。 大きなガラスのカーテンウォールがある建物では、太陽放射による部屋の過熱を防ぎ、エネルギー集約型のエアコンの需要を減らすことができます。
建設業界は、温室効果ガスの主要な排出源の 30 つです。 ドイツ環境庁のデータによると、建物は国の CO2 排出量の約 35%、エネルギー消費量の XNUMX% を占めています。 近代的な都市を支配するオフィスビルなど、大きなガラスのカーテンウォールと屋根を持つ建物は特に問題があります。 特に夏は、太陽の下で暑くなります。 ただし、ブラインドやシャッターを使用して日陰を提供することは、ガラスの美的感覚を低下させ、外の視界を妨げるため、一般的に歓迎されません。 代わりに、空調は冷却のために内部で使用されます。これには多くの電力が必要であり、建物の二酸化炭素排出量が増加します。
ヴィルツブルクの Fraunhofer Silicate Research Institute (ISC) とドレスデンの Fraunhofer Organic Electron, Electron Beam and Plasma Technology FEP Institute は、この問題を解決するための複雑なソリューションを開発しました。 Switch2Save プロジェクトでは、研究者は、エレクトロクロミックおよびサーモクロミック材料を使用して、窓とガラス カーテンウォールの透明コーティングを研究しています。 これらは、部屋を涼しく保つために、窓の外側に可変の透明な暗い色調を追加します。 フラウンホーファー研究所は、EU が資金提供するこの研究プロジェクトを実施するために、EU XNUMX カ国の大学および産業界のパートナーと提携しています。
エレクトロクロミックコーティングは、透明な導電性フィルムにコーティングされており、「開く」ことができます。 電圧を印加すると、イオンと電子の移動がトリガーされ、コーティングが暗くなり、窓が着色されます。 一方、サーモクロミックコーティングが役割を果たします。 Fraunhofer ISC エレクトロクロミック システム チームのマネージャーである Dr. Marco Schott は、特定の周囲温度に達すると、太陽の熱放射を反射すると説明しました。
エレクトロクロミック素子を使用すると、センサーを使用して明るさや温度などの要素を測定し、結果を制御システムに送信できます。 これにより、フィルムが電流パルスまたは電圧パルスを送信するようになり、トリガー ウィンドウが暗くなります。 温度や明るさが高くなりすぎると、ガラスの表面が徐々に黒ずんでいきます。 これにより、部屋が過熱するのを防ぎ、エアコンの必要性を減らします。これは、日当たりの良い気候や大きなガラスのカーテンウォールがある建物で特に役立ちます。 晴れた日のアンチグレア保護の役割も果たします。 曇りの日や夜でも窓が明るくなります。
フラウンホーファーの研究者は、この技術が日常的な使用に適しているかどうかも検討しました。 窓は突然暗くなるのではなく、数分以内に徐々に暗くなります。 Short 氏は、エネルギー消費量が非常に少ないと説明しました。 より良いケースでは、エレクトロクロミックフィルムは変換プロセスで電力を必要とするだけであり、着色プロセスを開始するには非常に低い電圧で十分です。 サーモクロミック材料は電気をまったく必要としませんが、太陽によって生成された熱に受動的に反応します。 これらは、切り替え可能なシステムを補完するために、または切り替え可能なソリューションを必要としない代替手段として使用できます。
Switch2Save は、空調システムの使用を減らすか、空調システムの需要を完全に排除することにより、屋外温度が高い地域 (つまり南部地域) で多くのエネルギーを節約することを約束します。 Switch2Save プロジェクトのコーディネーターで Fraunhofer FEP の研究チームの責任者である John Fahlteich 博士は、ヨーロッパの温暖な地域では、近代的な建物の冷暖房エネルギー需要を 70% も削減できると説明しました。 より寒い北部地域では、コスト削減は大きくありませんが、システムはここでも直射日光を防ぐアンチグレア保護として使用できます.
原則として、複合ウィンドウ内のエレクトロクロミック層とサーモクロミック層の組み合わせにより、柔軟性が向上します。 これを使用することで、建築家や開発者はさまざまなエリアや建物にパーソナライズされたソリューションを提供できます。 この技術は、ギリシャのアテネにある 2 番目に大きな病院の小児科クリニックと、スウェーデンのウプサラにあるオフィス ビルに導入されています。 両方の建物で、エネルギー消費量を監視し、新しい窓の設置前後の年間を通して比較します。 そうすることで、SwitchXNUMXSave テクノロジの実際のパフォーマンスを示し、さまざまな気候地域でテクノロジのテストと改善を続けることができると Fahlteich 氏は述べています。
研究者は、製造上の課題にも取り組みました。 エレクトロクロミックコーティングは、ポリマーベースのフィルム基材に適用されます。 一方、サーモクロミックコーティングは薄いガラス基板を使用します。 湿式化学および真空コーティング プロセスは、経済的なコイル ツー コイル製造システムで使用されます。 次に、切り替え可能なコンポーネントを真空下で厚さ 4 mm の窓ガラスにラミネートし、断熱ガラス ユニットに組み込みます。 コーティングプロセスは、工業規模でも経済的に実行可能です。 エレクトロクロミックおよびサーモクロミックの切り替え可能なコンポーネントは、わずか数百ミクロンの厚さで、500 平方メートルあたり XNUMX グラム未満です。 その結果、窓にほとんど重量を加えないため、建物の構造を変更することなく、既存の建物に後付けできます。
プロジェクトアライアンスは現在、技術をさらに改善するために取り組んでいます。 たとえば、専門家チームは、複合ウィンドウでエレクトロクロミック要素とサーモクロミック要素を組み合わせて、この技術の可能性をより有効に活用する方法を研究しています。 さらなる研究の目的には、コーティングを湾曲したガラスの形状に適合させること、および既存の青とグレーのオプションにさらに色を追加することが含まれます。
世界温暖化と欧州グリーン協定の目標により、今後数年間で省エネ建築技術の需要が大幅に増加します。2050 年までに、EU 内のすべての建物がカーボン ニュートラルになると予想されています。 エレクトロクロミックおよびサーモクロミック ウィンドウの EU の Switch2Save プロジェクトは、これに重要な貢献をすることができます。
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