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Intelligentes Fenster schirmt Sonnenstrahlung mit reflektierender Silberschicht ab
Große Glasflächen sorgen für Tageslicht, können Innenräume bei Sonnenschein aber stark aufheizen. Ein neu entwickeltes intelligentes Fenster lässt sich elektrisch von einem farbig transparenten in einen weitgehend undurchsichtigen, reflektierenden Zustand schalten und kann zugleich Wärme abstrahlen. Bei Versuchen unter freiem Himmel zeigten sich gegenüber zwei Arten von Vergleichsverglasungen deutliche Temperaturunterschiede.
Wuhan (China). Fenster sind für eine energiesparende Gebäudekühlung ein schwieriges Bauteil. Sie sollen Licht hereinlassen, zugleich aber verhindern, dass sich Räume unter starker Sonneneinstrahlung übermäßig aufheizen.
Herkömmliche Beschichtungen können den Eintrag von Sonnenenergie verringern, doch eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine starke Abschirmung bei Bedarf lassen sich nur schwer verbinden. Eine zusätzliche Möglichkeit ist die Strahlungskühlung, bei der Oberflächen Wärme im mittleren Infrarotbereich an die Umgebung abgeben.
Forscher der Huazhong University of Science and Technology (HUST) um Prof. Run Hu haben gemeinsam mit Kollegen eine schaltbare Fensterschicht entwickelt, die mehrere Funktionen verbindet. Im Mittelpunkt stehen miteinander gekoppelte Nanokavitäten, also sehr dünne optische Hohlräume zwischen Schichten, und eine elektrisch steuerbare Abscheidung von Silber.
Durch die angelegte Spannung scheidet sich Silber an einer Elektrode ab oder wird wieder aufgelöst. Mit dieser Veränderung wird das Fenster stärker reflektierend und kann zwischen einem farbig transparenten und einem weitgehend undurchsichtigen, ebenfalls farbigen Zustand wechseln.
Die Farbe hängt zugleich von der Interferenz des Lichts in den winzigen Schichtstrukturen ab. Die Silberablagerung verändert dafür optische Resonanzen, wodurch sich nicht nur die Lichtdurchlässigkeit, sondern auch der jeweilige Farbeindruck beeinflussen lässt.
Den Angaben der Fachpublikation zufolge lässt sich die durchschnittliche Durchlässigkeit für sichtbares Licht um mehr als 40 Prozent verändern. Die möglichen Farben decken 99,5 Prozent des sRGB-Farbraums ab, eines verbreiteten Standards zur Beschreibung darstellbarer Farbtöne.
Für den Kühleffekt ist entscheidend, dass sich Sonnenstrahlung zurückwerfen lässt, ohne die Abgabe von Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich zu unterbinden. Die Schicht behält nach den Messungen auch im reflektierenden Zustand eine hohe Emissivität, also die Fähigkeit, Energie als Wärmestrahlung abzugeben.
So vereint das Fenster eine regelbare Abschirmung gegen Sonnenlicht mit der sogenannten Strahlungskühlung. Diese kann Wärme durch Infrarotstrahlung abführen, während der Lichteinfall je nach gewünschtem Zustand elektrisch gesteuert wird.
Bei Freilandversuchen wurde das neue Fenstersystem mit gewöhnlichem Glas und einer kommerziell erhältlichen elektrochromen Verglasung verglichen. Die Studie nennt Temperaturunterschiede von etwa sieben Grad Celsius gegenüber normalem Glas und rund 8,7 Grad Celsius gegenüber der kommerziellen Schaltverglasung.