防太阳辐射的智能窗户有助于减少温室气体

夫琅和费的研究人员已经开发出一种智能的玻璃涂层，可以在阳光下变暗。它使用电致变色和热致变色材料对电和热产生反应。在装有大玻璃fa?ades的建筑中，它可以防止房间因太阳辐射而变得太热，从而减少对能源密集型空调的需求。

建筑行业是最大的温室气体排放行业之一。根据德国环境署(German Environment Agency)的数据，德国约30%的二氧化碳排放和35%的最终能源消耗都来自于建筑。带有大型玻璃fa?ades和屋顶的建筑尤其成问题，比如在现代城市中占主导地位的办公楼。它们在阳光下变热，尤其是在夏天。然而，使用百叶窗和百叶窗来提供遮阳往往不受欢迎，因为它们降低了玻璃的美学吸引力，干扰了外部的视野。相反，内部是通过空调制冷的，这需要大量的电力，并增加了建筑的碳足迹。

位于Würzburg的Fraunhofer硅酸盐研究所ISC和位于德累斯顿的Fraunhofer有机电子学、电子束和等离子体技术研究所FEP已经开发了一种复杂的解决方案。在Switch2Save项目中，研究人员一直在研究使用电致变色和热致变色材料的窗户和玻璃的透明涂层fa?ades。这为窗户外部增加了一种可变的、透明的暗色调，使房间保持凉爽。夫琅和费研究所与六个欧盟国家的大学和工业伙伴合作开展了这项由欧盟资助的研究项目。

电致变色和热致变色涂层

电致变色涂层被涂在透明的导电薄膜上，然后可以“接通”。施加电压会引起离子和电子的转移，从而使涂层变暗，使窗户染上颜色。另一方面，热致变色涂层是被动工作的。当达到一定的环境温度时，它会反射太阳的热辐射，”Fraunhofer ISC电致变色系统集团经理Marco Schott博士解释道。

有了电致变色元件，传感器可以用来测量亮度和温度等因素，并将结果发送到控制系统。这向导电薄膜发送电流或电压脉冲，触发窗口变暗。当温度或亮度过高时，玻璃表面就会逐渐变暗。这可以防止房间过热，减少对空调的需求，这在阳光充足的气候和有大型玻璃fa?ades的建筑中特别有用。在阳光明媚的日子，它还可以起到防眩光保护的作用。在阴天和傍晚，窗户将保持明亮状态。

弗劳恩霍夫的研究人员还考虑了这项技术在日常使用中的适用性。“窗户不会突然变暗，而是在几分钟内逐渐变暗，”肖特解释说。能源消耗非常低。在最理想的情况下，电致变色膜只需要电来进行开关过程，非常低的电压就足以启动着色过程。热致变色材料根本不需要电力，而是被动地对太阳产生的热量作出反应。它们可以作为可切换系统的补充，也可以作为不需要可切换解决方案的替代方案。

雅典和乌普萨拉的示范建筑

Switch2Save承诺在室外温度较高的地区，例如南部地区，通过减少使用空调系统或完全取消对它们的需要，可以节省大量能源。Switch2Save项目协调员、Fraunhofer FEP研究小组负责人John Fahlteich博士解释说:“在欧洲温暖地区，现代建筑的制冷和采暖能源需求可以减少70%。”在寒冷的北方地区，这种节能措施并不广泛，但该系统也可以在这里用于防止阳光直射的防眩光保护。

原则上，复合窗中电致变色层和热致变色层的组合提供了最大可能的灵活性。通过使用这种方法，建筑师和开发商可以为各种区域和建筑提供独立的解决方案。“我们正在雅典的希腊第二大医院的儿科诊所和瑞典乌普萨拉的办公楼安装这项技术。在这两座建筑中，安装新窗户前后一整年的能耗都将被监测和比较。通过这样做，我们可以展示Switch2Save技术的实际性能，并可以继续测试和改进不同气候区的技术，”Fahlteich说。

精密卷绕对位制造业

研究人员还解决了制造业面临的挑战。电致变色涂层应用于聚合物基薄膜基板。另一方面，热致变色涂层使用了薄的玻璃基板。湿化学和真空镀膜工艺被用于具有成本效益的卷对卷制造系统。然后，可切换组件在真空下夹到一个4毫米厚的窗玻璃上，然后集成到一个中空玻璃单元。在工业规模上，该涂层工艺在经济上也是可行的。电致变色和热致变色开关元件只有几个100 μm厚，每平方米小于500克。因此，它们几乎不会增加窗户的重量，这意味着它们可以在不改变建筑结构的情况下对现有建筑进行改造。

弯曲的玻璃和彩色的窗户

该项目联盟目前正致力于进一步改进这项技术。例如，专家小组正在研究如何将电致变色和热致变色元件组合在复合窗口中，以更好地利用这项技术的潜力。进一步的研究目标包括使涂层适应弯曲的玻璃形式，并在现有的蓝色和灰色选项中添加更多的颜色。

全球变暖和欧洲绿色协议的目标将在未来几年内显著增加对节能建筑技术的需求——预计到2050年，欧盟所有建筑都将达到碳中和。欧盟Switch2Save项目的电致变色和热致变色窗户可以对此做出重要贡献。