Išmanioji stiklo danga vėsina stiklinius pastatus
Statybos pramonė yra viena didžiausių šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetėjų. Vokietijos aplinkos agentūros duomenimis, pastatai išmeta apie 30 procentų šalies CO2 emisijų ir 35 procentus suvartojamos energijos. Pastatai su dideliais stikliniais fasadais ir stogais, pavyzdžiui, biurų pastatai, dominuojantys šiuolaikiniuose miestuose, yra ypač problemiški. Jie įkaista saulėje, ypač vasarą. Tačiau žaliuzių ir žaliuzių naudojimas šešėliui suteikti paprastai yra nepageidautinas, nes jie kenkia stiklo estetikai ir trukdo matyti lauką. Vietoj to, vidus vėsinamas oro kondicionieriumi, o tai reikalauja daug elektros energijos ir padidina pastato anglies pėdsaką.
Fraunhoferio silikatų tyrimų institutas Viurcburge ir Fraunhoferio organinių elektronų, elektronų pluošto ir plazmos technologijos FEP Drezdene sukūrė sudėtingą šio klausimo sprendimą. Projekte „Switch2Save“ mokslininkai dirbo su skaidriomis langų ir stiklo fasadų dangomis naudojant elektrochromines ir termochromines medžiagas. Jie suteikia kintamą, permatomą tamsų atspalvį lango išorei, todėl kambarys išlieka vėsus. Vykdydamas šį ES finansuojamą mokslinių tyrimų projektą Fraunhoferio institutas bendradarbiavo su šešių ES šalių universitetais ir pramonės partneriais.
Elektrochromine danga padengiama permatoma laidži plėvelė, kurią vėliau galima „įjungti“. Pritaikius įtampą, perkeliami jonai ir elektronai, kurie tamsina dangą ir atspalvina langą. Kita vertus, termochrominės dangos veikia atspindėdamos saulės šiluminę spinduliuotę, kai pasiekiama tam tikra aplinkos temperatūra, aiškina Dr. Marco Schott, Fraunhofer ISC Electrochromic Systems grupės vadovas.
Naudojant elektrochrominius elementus, jutikliai gali būti naudojami tokiems veiksniams, kaip ryškumas ir temperatūra, matuoti ir rezultatams siųsti į valdymo sistemą. Tai siunčia srovės arba įtampos impulsą į laidžią plėvelę, sukeldamas lango patamsėjimą. Kai temperatūra arba šviesumas tampa per aukštas, stiklo paviršius palaipsniui tamsėja. Tai apsaugo nuo patalpos perkaitimo ir sumažina oro kondicionavimo poreikį, o tai ypač naudinga saulėto klimato sąlygomis ir pastatuose su dideliais stikliniais fasadais. Jis taip pat veikia kaip apsauga nuo akinimo saulėtomis dienomis. Langai išliks šviesūs debesuotomis dienomis ir naktį.
Fraunhoferio tyrėjai taip pat svarstė, ar technologija tinka kasdieniam naudojimui. Schottas paaiškino, kad langai užtemsta ne staiga, o palaipsniui per kelias minutes, naudojant labai mažai energijos. Pageidautinu atveju elektrochrominei plėvelei elektros reikia tik perjungimo proceso metu, o dažymo procesui pradėti pakanka labai žemos įtampos. Termochrominės medžiagos visiškai nereikalauja elektros energijos, bet pasyviai reaguoja į saulės skleidžiamą šilumą. Jie gali būti naudojami perjungiamoms sistemoms papildyti arba kaip alternatyva, kai nereikia perjungiamų sprendimų.
„Switch2Save“ žada daug sutaupyti energijos tose vietose, kur lauko temperatūra aukšta (ty pietiniuose regionuose), sumažindama oro kondicionavimo sistemų naudojimą arba visiškai pašalindama jų poreikį. Dr. John Fahlteich, projekto koordinatorius ir tyrimų grupės vadovas Fraunhofer FEP Switch2Save, paaiškino, kad šiltesniuose Europos regionuose šiuolaikinių pastatų vėsinimo ir šildymo energijos poreikis gali būti sumažintas iki 70 procentų. Vėsesniuose šiauriniuose regionuose sutaupoma nedaug, tačiau čia sistema gali būti naudojama ir kaip apsauga nuo akinimo nuo tiesioginių saulės spindulių.
Iš esmės elektrochrominių ir termochrominių sluoksnių derinys kompozitiniuose languose suteikia didžiausią įmanomą lankstumą. Naudodami jį architektai ir vystytojai gali pateikti individualius sprendimus įvairioms vietovėms ir pastatams. Diegiame technologiją antros pagal dydį ligoninės vaikų klinikoje Atėnuose (Graikija) ir biurų pastate Upsaloje (Švedija). Abiejuose pastatuose energijos suvartojimas bus stebimas ir lyginamas visus metus prieš ir po naujų langų montavimo. Tai darydami galime parodyti tikrąjį „Switch2Save“ technologijos veikimą ir toliau bandyti bei tobulinti technologiją skirtingoms klimato zonoms, sakė Fahlteichas.
Tyrėjai taip pat sprendė gamybos iššūkius. Elektrochrominės dangos padengiamos polimerinės plėvelės pagrindais. Kita vertus, termochrominėms dangoms naudojami ploni stiklo pagrindai. Ekonomiškoms ritininio ritinio gamybos sistemoms naudojami šlapio cheminio ir vakuuminio dengimo procesai. Tada perjungiamas blokas vakuuminiu būdu laminuojamas ant 4 mm storio lango stiklo, kuris vėliau integruojamas į izoliacinį stiklo paketą. Dengimo procesas taip pat ekonomiškai pagrįstas pramoniniu mastu. Elektrochrominiai ir termochrominiai perjungiami elementai yra vos kelių šimtų mikronų storio ir mažiau nei 500 gramų vienam kvadratiniam metrui. Dėl to jie beveik neprideda langams svorio, o tai reiškia, kad juos galima montuoti esamuose pastatuose nekeičiant pastato konstrukcijos.
Šiuo metu projekto konsorciumas siekia toliau tobulinti technologiją. Pavyzdžiui, ekspertų komandos tiria, kaip sujungti elektrochrominius ir termochrominius elementus kompozitiniuose languose, kad būtų galima geriau išnaudoti technologijos potencialą. Kiti tyrimo tikslai apima dangos pritaikymą lenktoms stiklo formoms ir esamų mėlynos bei pilkos spalvos variantų papildymą.
Pasaulio atšilimas ir Europos žaliojo kurso tikslai artimiausiais metais gerokai padidins energiją taupančių pastatų technologijų paklausą – tikimasi, kad iki 2050 m. visi pastatai ES bus neutralūs anglies dioksido atžvilgiu. ES projektas „Switch2Save“, skirtas elektrochrominiams ir termochrominiams langams svarbus indėlis prie to.