Fenster sind intelligenter geworden – sie sind nicht mehr nur ein Stück unbewegliches und zerbrechliches Glas mit Blick auf die Welt, sondern multifunktionale Geräte in der Wand. Die Fenster der Zukunft stehen gerade erst vor der Tür und werden noch sehr selten angewendet, es gibt mehrere Typen, und sie verfügen über ein Beschattungssystem mit variablen optischen und thermischen Eigenschaften, die den klimatischen Bedingungen und den Bedürfnissen der Nutzer entsprechen.
Durch aktives Management von Beleuchtung und Kühlung werden intelligente Fenster den Energieverbrauch reduzieren und das Potenzial des natürlichen Lichts voll ausschöpfen, wodurch der Komfort und die Produktivität zu Hause verbessert werden. Aus diesem Grund haben die neuesten Anreize im Rahmen der amerikanischen Umweltpolitik auch solche für 'intelligentes Glas' eingeschlossen, das Gebäude erheblich energieeffizienter machen kann.
Anpassung auf Anfrage
Der amerikanische Präsident Joe Biden hat kürzlich einen 30 Prozent Steuerabzug für die Nutzung von intelligenten Fenstern unterzeichnet, und obwohl dies nicht viel öffentliche Aufmerksamkeit erregt hat, da es beispielsweise nicht um Elektroautos geht, wird es sicherlich Auswirkungen auf die Ausstattung neuer Gebäude mit der neuesten Technologie sowie auf die energetische Sanierung alter Gebäude haben, die intelligentes oder dynamisches Glas verwenden, wie es auch genannt wird.
Laut einigen Schätzungen tragen Gebäude jährlich 27 Prozent der globalen Kohlenstoffdioxidemissionen bei, sodass die Umwandlung klassischer Fenster in technologisch moderne Fenster die ökologischen Standards erheblich erhöhen wird.
Intelligentes, dynamisches oder elektrochromatisches Glas unterscheidet sich von gewöhnlichem Glas dadurch, dass sein Tönungsgrad auf Anfrage angepasst werden kann. Es enthält dünne Schichten aus Metalloxid, und wenn kleine Mengen Strom zu diesen Schichten hinzugefügt werden, ändern die sich zwischen ihnen bewegenden Ionen den Farbton des Glases.
An heißen Sommertagen, an denen Sonnenlicht auf das Fenster und die Wand des Gebäudes scheint, kann der Tönungsgrad erhöht werden, indem Licht durchgelassen wird, während ein Teil der Sonnenstrahlung blockiert wird, wodurch die eingehende Wärme reduziert wird. Andererseits wird an kalten Tagen und in kalten Jahreszeiten der Tönungsgrad verringert, sodass mehr natürliche Wärme eindringen kann.
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Explosion der Nachfrage
Laut Schätzungen des US-Energieministeriums kann intelligentes Glas dazu beitragen, den Energiebedarf für die Heizung oder Kühlung von Gebäuden um etwa 20 Prozent jährlich zu senken. Darüber hinaus wird in einer Stadt, in der viele Gebäude mit intelligentem Glas ausgestattet sind, die Belastung des lokalen Stromnetzes während der Spitzenverbrauchszeiten sinken.
– Die Nachfrage nach intelligentem Glas wird hier explodieren – sagte Rao Mulpuri, CEO der intelligenten Glasfabrik View, und kommentierte den Steuerabzug.
Die Glassysteme von View sind cloud-verbunden und werden von Software für die automatische Tönung verwaltet. Das Glas des genannten Unternehmens wurde bereits installiert oder wird installiert am Phoenix Sky Harbor International Airport, im Büro von Amazon in Redmond, Washington, und im 10 World Trade Center, das eines der grünsten Gebäude in Boston werden soll. Andere Unternehmen, die intelligentes Glas produzieren, konzentrieren sich derzeit auf dessen Anwendung in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
– In Kombination mit Chipanreizen, die das Wachstum der Halbleiterindustrie fördern, könnten Anreize für grüne Technologie die US-Hochtechnologie-Hardwareindustrie ankurbeln – erklärte Mulpuri.
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Passiv und Aktiv
Es gibt zwei Arten von dynamischen oder intelligenten Fenstern: passiv und aktiv. Passive (photochrome und thermochrome) Fenster reagieren direkt auf die Umgebung, wie Lichtverhältnisse oder Temperatur, während aktive Fenster direkt nach den Bedürfnissen der Nutzer und abhängig vom Heiz- und Kühlsystem gesteuert werden können.
Photochrome Materialien ändern die Transparenz als Reaktion auf die Lichtintensität. Diese Materialien wurden in Brillen verwendet, die sich bei schwachem Innenlicht von klar zu dunkel im Freien ändern. Photochrome können in Kombination mit natürlichem Licht nützlich sein, da sie genügend Licht für die Beleuchtung zulassen und gleichzeitig überschüssiges Sonnenlicht eliminieren, das Blendung erzeugt und das Kühlsystem überlastet.
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Gebäude sind Schätzungen zufolge für 27 Prozent aller globalen Kohlenstoffdioxidemissionen jedes Jahr verantwortlich
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Und während photochrome Materialien die Transparenz von intelligentem Glas beeinflussen, beeinflussen thermochrome Materialien die Tönung und können sich an Änderungen der Sonnenlichtintensität anpassen, um die thermische Belastung in Gebäuden zu reduzieren. Es ist wünschenswert, dass thermochrome Schichten in Fenstern kontinuierlich die Transmission über Temperaturbereiche ändern, sodass sie nicht nur die thermischen Lasten reduzieren, insbesondere während der Spitzenzeiten, sondern auch das Tageslicht erhöhen.
Thermochromer Filter wird auf die Innenseite des äußeren Glases von Doppelverglasungen aufgebracht, und die Luftkammer trennt ihn vom inneren Glasscheibe und der Standardbeschichtung, was eine unschlagbare Kombination zur Aufrechterhaltung der Energieeffizienz in Gebäuden während des gesamten Jahres darstellt. Der Filter wird aktiviert, wenn die Temperatur des äußeren Glases über die Übergangstemperatur steigt, und das Fenster wird getönt, wodurch der Eintritt von Solarwärme blockiert wird, die Blendung reduziert und die Belastung der mechanischen Systeme verringert wird.
In kälteren Monaten bleibt der Filter klar, um Sonnenlicht und Licht durchzulassen. All dies geschieht automatisch, ohne manuelle Anpassung, Steuerung oder Verwendung von Elektrizität.
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Echte Sensitivität
Wenn sie richtig gestaltet sind, sind thermochrome Schichten minimal empfindlich gegenüber Änderungen der externen oder Umgebungstemperatur, reagieren jedoch dramatisch auf Änderungen der Menge an direktem Sonnenlicht auf den Fenstern. Thermochrome Fenster, die auf Sonnenlicht reagieren, nutzen Solarenergie, um die Fenster zu tönen und die Solarenergie zu blockieren, die andernfalls als thermische Belastung im Gebäude enden würde. Neben der Reduzierung von Wärme und der Erhöhung des Tageslichts helfen thermochrome Schichten, Blendung und Lärm zu reduzieren und die Sicherheit zu erhöhen.
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Joe Biden unterzeichnete einen Steuerabzug von 30 Prozent für die Nutzung von intelligenten Fenstern in den USA.
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Die vielversprechendste Technologie für schaltbare Fenster ist heute jedoch in elektrochromatischen (EC) Fenstern zu finden. Eine elektrochromatische Dünnschicht wird auf ein Glassubstrat aufgebracht und ist etwa einen Mikrometer dick, bestehend aus keramischen Beschichtungen von Metalloxiden mit drei elektrochemischen Schichten, die zwischen zwei transparenten elektrischen Leitern eingebettet sind.
Durch Anlegen einer Spannung zwischen den transparenten elektrischen Leitern wird ein elektrisches Feld erzeugt, das reversibel unterschiedlich gefärbte Ionen (meist Lithium oder Wasserstoff) zwischen der Ionenlagerfolie durch den ionischen Leiter (Elektrolyt) und in den elektrochromatischen Film bewegt. Dies verändert das Glas zwischen klar und einem transparenten blau-grauen Farbton, ohne dass es zu einer Degradation kommt, ähnlich wie bei photochromatischen Sonnenbrillen.
Technologie hinter der Beschichtung
Neben den genannten gibt es auch gaschromatische Fenster, gaschromatische Fenster, die einen ähnlichen Effekt wie elektrochromatische Fenster haben. Um das Fenster zu färben, wird verdünntes Wasserstoffgas (unterhalb der Verbrennungsgrenze von drei Prozent) in eine Öffnung im Isolierglas eingeführt. Die Exposition gegenüber Sauerstoff bringt das Fenster in seinen ursprünglichen transparenten Zustand zurück, und um einen bestimmten Zustand aufrechtzuerhalten, werden die Öffnungen von weiteren Änderungen der Gaszusammensetzung isoliert.
Die optisch aktive Komponente ist eine poröse, säulenartige Beschichtung aus Wolframoxid, die weniger als einen Mikrometer dick ist. Dies beseitigt die Notwendigkeit für transparente Elektroden oder eine Schicht, die Ionen leitet. Änderungen in der Dicke der Beschichtung und der Wasserstoffkonzentration können die Tiefe und Geschwindigkeit der Färbung beeinflussen.
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Die Fenster der Zukunft regulieren Wärme und Licht in Gebäuden selbst. Es gibt mehrere Typen, und einige von ihnen integrieren flüssige Kristalle und suspendierte Partikel
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Die Technologie der intelligenten Fenster integriert auch flüssige Kristalle. Die Technologie der Flüssigkristallanzeigen, die typischerweise in Armbanduhren verwendet wird, wird jetzt für die Verglasung intelligenter Fenster verwendet. Eine sehr dünne Schicht aus flüssigen Kristallen wird zwischen zwei transparenten elektrischen Leitern auf dünnen Kunststofffolien eingefügt, und die gesamte Emulsion oder Verpackung (PDLC oder polymer dispergierte Flüssigkristallvorrichtung) wird zwischen zwei Glasschichten eingeklemmt.
Wenn der Strom abgeschaltet ist, befinden sich die flüssigen Kristalle in einem ungeordneten Zustand und streuen das Licht, sodass das Glas transparent erscheint, aber die direkte Sicht blockiert und Privatsphäre bietet. Dieses Material lässt das meiste eintreffende Sonnenlicht diffus durch, wodurch der Solarwärmegewinn hoch bleibt.
Es gibt auch Fenster aus suspendierten Partikelgeräten (SPD). Dieser elektrisch gesteuerte Film hat eine dünne, flüssigkeitsähnliche Schicht, in der zahlreiche mikroskopische Partikel gefangen sind. Wenn der Strom abgeschaltet ist, sind sie zufällig orientiert und blockieren teilweise die Übertragung von Sonnenlicht und Sicht. Transparente elektrische Leiter ermöglichen die Anwendung eines elektrischen Feldes auf den dispergierten Partikelfilm, wodurch die Partikel ausgerichtet und die Durchlässigkeit erhöht wird.
Die Ersetzung alter Fenster durch intelligentes Glas ist jedoch sehr teuer, sodass es einige Zeit dauern wird, bis ihre Massenadoption beginnt, was auch ihren hohen Preis senken wird. Dennoch werden diejenigen, die sich jetzt für grüne Technologien wie intelligentes Glas entscheiden, langfristig bei den Energiekosten sparen und ihre Investition zurückgewinnen.
