Schaltbare elektrochrome Folien können dazu beitragen, den Lichteinfall durch Fenster und Glasfassaden zu regulieren und Energie zu sparen, während gleichzeitig der Durchblick erhalten bleibt. Diese Folien färben sich dunkel ein, bleiben aber trotzdem transparent. Ein Forschungsprojekt in Dresden soll nun zeigen, dass sie auch in bereits bestehenden Gebäuden nachgerüstet werden können.
In den Sommermonaten verbrauchen Klimaanlagen enorme Mengen an Strom, um die von der Sonne aufgewärmten Zimmer zu kühlen. Im Winter wiederum soll die Wärme idealerweise ins Zimmer gelangen und dort verbleiben. Wie schön wäre es also, schaltbare Folien auf Fenster und Glasfassaden aufzubringen, die je nach Bedarf Wärme in das Gebäude lassen oder abblocken?
Elektrochrome Folien weiterentwickelt
Im neuen Projekt »FLEX-G 4.0« soll eine kostengünstige Nachrüstlösung mit schaltbaren Folien entwickelt werden, die möglichst einfach auf bestehende Glasflächen aufgebracht werden kann. Im Vorgängerprojekt »FLEX-G« wurden bereits entscheidende technologische Grundlagen dafür geschaffen: elektrochrome Folien im Labormaßstab, die nun im Hinblick auf eine industrielle Fertigung weiterentwickelt werden sollen.
„Die schaltbaren Folien können signifikant zur Senkung des Gesamtenergiedurchlassgrades der Fenster und damit des Energiebedarfs des Gebäudes beitragen,“ erklärt Dr. Cindy Steiner, Projektkoordinatorin am Fraunhofer FEP.
Hauptziel des neuen Projektes ist es zu erforschen, welche Fertigungstechnologien sich besonders dafür eignen, um großflächige elektrochrome Folien herzustellen, die sich direkt auf der Baustelle verarbeiten lassen. Außerdem möchten die Forschenden robuste Verfahren entwickeln, um die Folien auf möglichst einfache Art und Weise auf Fenster und Fassaden in Bestandsgebäuden zu applizieren.
Forschungsprojekt gemeinsam mit Schule
„Uns ist es bei diesem Projekt ein großes Anliegen, die Ergebnisse des Projektes in realer Umgebung zu demonstrieren und hierfür junge Menschen mit einbeziehen zu können – Schüler einer Dresdner Schule, die auch im Unterricht von der Arbeit profitieren sollen“, so Dr. Cindy Steiner.
Für die Demonstration und das Monitoring ist deshalb geplant, die Nachrüstfolien an einem Bestandsgebäude – der 46. Oberschule Dresden – sowie im Neubau eines Labor- und Technikumsgebäudes des Fraunhofer FEP zu integrieren.
Zusätzlich werden die Fraunhofer-Institute FEP und ISC Unterrichtsmaterialien für naturwissenschaftliche Fächer bereitstellen und Orientierungspraktika für Schüler anbieten. Ebenso ist die Einbeziehung der Schüler in die Messungen und Auswertungen der Ergebnisse geplant. Damit soll das Interesse der nächsten Generation für technische und wissenschaftliche Berufsfelder sowie für energiesparende, nachhaltige Technologien und deren Entwicklung geweckt werden.
Vom Labor- zum Industriemaßstab
Um die elektrochromen Folien weiter zu optimieren und eine praktikable Nachrüstlösung zu schafffen, befassen sich die Projektpartner u.a. mit dem Laminationsverfahren sowie der Materialoptimierung der elektrochromen Zelle.
Konkret werden beispielsweise Materialien und Rolle-zu-Rolle (R2R)-Applikationsverfahren für einen Polymerelektrolyten erforscht. Er verbindet die zwei Teilfolien der elektrochromen Zelle nach Art eines Haftklebers miteinander, ist ionenleitend und isoliert gleichzeitig elektrisch, was entscheidend für den Schaltvorgang ist. Für das Aufbringen der elektrochromen Folien auf Fensterglas wird außerdem ein Laminierklebstoff mit langer Lebensdauer entwickelt. Ein robuster baustellentauglicher Applikationsprozess soll das Projekt komplettieren.
Um spezifische anlagentechnische Fragestellungen zur Überführung der Prozesse in die industrielle Fertigung kümmert sich der Projektpartner Coatema
Damit die Folien am Ende angesteuert werden können, erarbeiten die Projektbeteiligten zudem Lösungen für die netzunabhängige Energieversorgung (beispielsweise über Solarzellen). Dazu beschäftigt sich der Projektpartner Enerthing mit IoT-Systemen (IoT= Internet of Things), der Auslegung der Energieversorgung, den Sensortechnologien für die kabellose und automatisierte Steuerung des Schaltzustands der Folien und der Einbindung der Sensorik in die bestehende Gebäudeleittechnik. Mit diesem System wird eine Optimierung der Energieeinsparung angestrebt.
Umsetzung vor Ort
Die fertigen Nachrüstfolien werden zunächst an den beiden Gebäuden in Dresden angebracht, um das tatsächliche Energieeinsparpotenzial zu ermitteln. Hierzu finden enge Abstimmungen zwischen den Entwicklern des Konsortiums, der Landeshauptstadt Dresden und der Schule statt.
Was theoretisch an Energieeinsparung möglich ist, berechnet vorab die Hochschule für Technik Stuttgart mithilfe von Gebäudemodellierungen. Diese werden dann mit den Eigenschaften der Nachrüstfolien an den Schulfenstern und den Ergebnissen von Labormessungen abgeglichen, um Verbesserungsmöglichkeiten auszuschöpfen. Außerdem werden der gesamte Produktlebenszyklus und die Kosten über die gesamte Lebensdauer untersucht.
Über zwölf Monate hinweg wird das Einsparpotenzial hinsichtlich Kühl- und Heizenergiebedarf in den beiden Demonstrationsgebäuden bestimmt. Hier sollen auch die Schüler in die Forschungsarbeit einbezogen werden. Mit Lernmaterialien für den Unterricht sowie dem Angebot für Orientierungspraktika unterstützen die Projektpartner das Bestreben, Umweltbewusstsein und Interesse der Schüler für neue Technologien zu stärken.
