Leichte, schaltbare und smarte Glastechnologien können das Energiemanagement von Gebäuden mit großflächigen Fenstern und Glasfassaden signifikant verbessern und zur Senkung des Energieverbrauches für Heizung oder Kühlung beitragen. Die Verbesserung der Verfügbarkeit und Kosteneffizienz solcher Gläser und dessen Fertigungsprozesse ist das Ziel des EU-geförderten Verbundprojektes Switch2Save. Die Projektpartner haben erste elektrochrome Isolierglaseinheiten zur Überprüfung des Einsparpotenzials in einem Bürogebäude installiert. Auf der Messe BAU, vom 17. – 22. April 2023, in München, am Fraunhofer Gemeinschaftsstand werden diese und weitere Lösungen für Fenster und Gebäudefassaden präsentiert.
Der Energieaustausch zwischen den Innenräumen von Gebäuden und der Umwelt wird stark durch Fenster und Glasfassaden beeinflusst. Sonneneinstrahlung kann so effektiv zur Unterstützung der Heizung genutzt werden. Ebenso ist die Verschattung zur Senkung der Kühlenergie im Gebäude von Bedeutung. Smarte Gläser, wie beispielsweise elektrochrome (EC) und thermochrome (TC) Fenster erlauben die Steuerung der Wärmestrahlung in das Gebäude per „Knopfdruck“ und ermöglichen es, den Heiz- und Klimatisierungs-Energiebedarf großer Gebäude drastisch zu reduzieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Jalousien oder Sonnenschutzvorrichtungen bieten sie einen hohen Lichtkomfort im Innenbereich.
Elektrochromie basiert auf Materialien, die ihre Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren und infraroten Bereich durch Anlegen einer elektrischen Spannung ändern, während Thermochromie auf Materialien basiert, die ihre Infrarot-Reflexionseigenschaften mit steigender Temperatur ändern.
Im EU-geförderten Projekt Switch2Save arbeiten Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industriepartner zusammen. Ihr Ziel ist es, leichte und energieeffiziente Isolierglaseinheiten mit EC- und TC-Systeme zu realisieren. Dazu werden die Fertigungstechnologien weiterentwickelt, um große Fenster und Glasfassaden auszustatten. Dadurch soll auch eine höhere Verfügbarkeit und Kosteneffizienz geschaffen werden.
Seit dem Projektstart 2019 ist viel geschehen. Inzwischen wurden Prototypen von neuartigen schaltbaren Fenstern entwickelt. Projektkoordinator Dr. Matthias Fahland vom Fraunhofer FEP erklärt dazu: „Diese Fenster können in bestehenden Gebäuden nachgerüstet werden und so die Energieeffizienz von Heizungs- und Klimaanlagen unterstützen. Die neue Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass sie verschiedene Arten von optisch variablen intelligenten Beschichtungen in eine Gebäudehülle integrieren kann.“
Die Partner Chromogenics AB aus Schweden und das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC haben dafür neuartige elektrochrome Beschichtungen entwickelt. Diese ermöglichen es, ein Fenster zwischen einem dunklen und einem klaren Zustand umzuschalten.
Das Fraunhofer FEP und die Westböhmische Universität Pilsen haben einen Rolle-zu-Rolle-Abscheidungsprozess für thermochromes Vanadiumoxid realisiert. Dieses Material führt zu einer autarken Regulierung der durchgelassenen Wärmestrahlung in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Die Nutzung der Rolle-zu-Rolle-Technologie unterstützt außerdem die Entwicklung einer kosteneffizienten Fertigung.
Beide Arten dieser intelligenten Beschichtungen sind auf leichten, flexiblen Substraten wie zum Beispiel ultradünnem Glas und PET-Folien herstellbar. Im Projekt wurden zwei Gebäude mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen in Griechenland und in Schweden ausgewählt, die mit 50 Fenstern und 200 m² Glasfassadenfläche ausgestattet werden sollen. An diesen soll das Energieeinsparpotenzial der neuen Lösungen real eruiert und überwacht werden.
Nach drei Jahren Entwicklungsarbeit sind die Projektpartner hochzufrieden, dass diese entstandenen Glaslösungen Ende 2022 installiert werden konnten. Das ausgewählte Bürogebäude in Uppsala (Schweden) schmücken seit Kurzem die neuen Isolierglaseinheiten und es wird ein „Vorher-Nachher“-Vergleich des Energiebedarfs für einen gesamten Jahreszyklus durchgeführt.
Im nächsten Schritt wollen die Forscher die Technologien weiter aufskalieren. Außerdem stehen Projekte mit größeren Demostandorten im Fokus. Während der Messe BAU, vom 17. – 22. April 2023, präsentieren die Forscher des Fraunhofer FEP am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Nr. 528 in Halle C2 in München ein schaltbares Glas sowie weitere Ergebnisse zu thermochromen und elektrochromen Beschichtungen sowie hydrophile Schichten für Gebäudelösungen aus den Projekten Switch2save, NewSkin (FKZ: 862100) und FLEX-G4.0 (03EN1048A).