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Mehr Energieeffizienz bei Gebäuden

Mit smartem Fensterglas bleibt die Hitze draußen

6. September 2021, 13:09 Uhr | Kathrin Veigel

Bei Gebäuden mit großen Glasfronten ermöglicht die Ausstattung mit elektro- oder thermochromen Fenstern Energieeeinsparungen von bis zu 70 Prozent bei Heizung und Kühlung.

Fraunhofer-Forscher haben eine intelligente Beschichtung für Glasfenster entwickelt, die sich bei Sonneneinstrahlung verdunkelt. Möglich machen dies elektro- und thermochrome Materialien, die auf Strom beziehungsweise Wärme reagieren.

Der Gebäudesektor zählt zu den größten Verursachern von Treibhausgas-Emissionen. Besonders problematisch sind Gebäude mit großen Glasflächen, beispielsweise die für Großstädte typischen Bürohochhäuser. Besonders im Sommer heizen sie sich durch die Sonneneinstrahlung auf. Die Temperatur in den Räumen wird deshalb meist durch Klimaanlagen heruntergekühlt – was viel Strom benötigt und die Klimabilanz des Gebäudes verschlechtert.

Eine intelligente Lösung für dieses Problem haben das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP entwickelt. Im Projekt Switch2Save setzen die Forscher auf eine transparente Beschichtung der Fenster oder Glasfassaden mit elektro- beziehungsweise thermochromen Materialien. Diese sorgen für eine stufenlose transparente Abdunkelung der Fensterfronten und verhindern damit das Aufheizen der Räume. Bei dem EU-geförderten Forschungsvorhaben arbeiten die Fraunhofer-Institute mit Universitäten und Industriepartnern aus sechs EU-Staaten zusammen.

Elektrochrome und thermochrome Beschichtung

»Die elektrochrome Beschichtung wird auf einer transparenten, stromleitfähigen Folie aufgebracht und ist aktiv schaltbar. Wird Spannung angelegt, findet ein Ladungs- und Ionenaustausch statt, und die Beschichtung dunkelt ein, was zu einer Verschattung im Fenster führt. Die thermochrome Variante hingegen arbeitet rein passiv und reflektiert ab einer bestimmten Umgebungstemperatur die Wärmestrahlung der Sonne«, erklärt Dr. Marco Schott, Gruppenleiter Elektrochrome Systeme am Fraunhofer ISC.

Bei den elektrochromen Elementen können Sensoren Werte wie Helligkeit oder Temperatur messen und an die Steuerelektronik schicken. Diese sendet einen Strom- oder Spannungsimpuls in die leitfähige Folie und löst damit die Verschattung des Fensters aus. Je nach Wärme oder Sonneneinstrahlung verdunkelt sich die Glasfläche stufenlos. Gerade in südlichen Breitengraden oder bei Gebäuden mit großen Fensterflächen, die nach Süden weisen, verhindert die Einfärbung, dass sich der Raum aufheizt und die Klimaanlage anspringen muss. Zudem dient sie als Blendschutz, wenn die Sonne in den Raum scheint. An einem bewölkten Tag oder am Abend bleiben die Fenster hell. Die wegen der Beschichtung unvermeidliche Resteinfärbung ist für das Auge nicht störend.

Die Einfärbung vollzieht sich nicht schlagartig, sondern sanft innerhalb einiger Minuten. Der Stromverbrauch ist dabei sehr gering: Zum einen benötigt die elektrochrome Folie im Idealfall nur bei Schaltvorgängen Strom, zum anderen genügen wenige Volt, um den Verdunklungsprozess anzustoßen. Gar keinen Strom benötigen die thermochromen Materialien, da sie rein passiv auf die durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärme reagieren. Diese dienen entweder als Ergänzung zu einem aktiv schaltbaren System oder als Alternative in Szenarien, bei denen keine aktive Schaltbarkeit erforderlich ist.