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Sep 13, 2023

日射から保護するスマートウィンドウは温室効果ガスの削減に役立ちます

1 settembre 2021

2021年9月1日

フラウンホーファー協会による

フラウンホーファーの研究者は、太陽の下で暗くなるガラス窓用のインテリジェントなコーティングを開発しました。 電気と熱に反応するエレクトロクロミック材料とサーモクロミック材料を使用しています。 大きなガラスのファサードを持つ建物では、太陽放射による室内の温度上昇を防ぎ、エネルギー集約型の空調の需要を削減します。

建築部門は最も温室効果ガスを排出している部門の 1 つです。 ドイツ環境庁によると、建物は国の CO2 排出量の約 30%、最終エネルギー消費量の 35% を占めています。 現代都市の大半を占めているオフィスタワーなど、大きなガラスのファサードと屋根を備えた建物は特に問題があります。 特に夏は、太陽の光で熱くなります。 しかし、日陰を作るためにブラインドやブラインドを使用することは、ガラスの美的魅力を損ない、外の景色を妨げるため、不人気な場合が多いです。 代わりに、内部は空調で冷却されますが、これには膨大な電力が必要となり、建物の二酸化炭素排出量が増加します。

ヴュルツブルクのフラウンホーファー珪酸塩研究研究所 ISC とドレスデンのフラウンホーファー有機エレクトロニクス、電子ビーム、プラズマ技術研究所 FEP は、この問題に対する洗練された解決策を開発しました。 Switch2Save プロジェクトでは、研究者たちはエレクトロクロミックおよびサーモクロミック材料を使用した窓とガラスのファサードの透明コーティングに取り組んできました。 これらは窓の外側に透明で暗い色合いを変化させ、部屋を涼しく保ちます。 フラウンホーファー研究所は、この EU 資金による研究プロジェクトのために、EU 6 か国の大​​学および産業界パートナーと提携しました。

「エレクトロクロミック コーティングは、透明な導電性フィルムに塗布され、その後「スイッチを入れる」ことができます。電圧を印加すると、イオンと電子の移動が引き起こされ、コーティングが暗くなり、窓に色がつきます。一方、サーモクロミック コーティングは機能します。特定の周囲温度に達すると、太陽の熱放射が反射されます」とフラウンホーファー ISC のエレクトロクロミック システムのグループ マネージャーであるマルコ ショット博士は説明します。

エレクトロクロミック素子を使用すると、センサーを使用して明るさや温度などの要素を測定し、結果を制御システムに送信できます。 これにより、電流または電圧パルスが導電性フィルムに送信され、ウィンドウが暗くなります。 温度や明るさのレベルが高すぎると、ガラスの表面は徐々に暗くなります。 これにより、部屋の過熱が防止され、エアコンの必要性が減ります。これは、日当たりの良い気候や、大きなガラス張りのファサードを持つ建物で特に役立ちます。 晴れた日には防眩効果もあります。 曇りの日や夕方でも窓を明るい状態に保ちます。

フラウンホーファーの研究者は、日常使用におけるテクノロジーの適合性についても検討しました。 「窓は突然暗くなるのではなく、数分かけて徐々に色がついていきます」とショット氏は説明する。 エネルギー消費量は非常に少ないです。 最適な状況では、エレクトロクロミック フィルムはスイッチング プロセスにのみ電力を必要とし、着色プロセスを開始するには非常に低い電圧で十分です。 サーモクロミック材料は電気をまったく必要とせず、代わりに太陽から発生する熱に受動的に反応します。 これらは、切り替え可能なシステムを補完するために、または切り替え可能なソリューションが必要ない場合の代替として使用できます。

Switch2Save は、外気温が高い地域、つまり南部地域において、空調システムの使用を減らすか、その必要性を完全になくすことで、大幅なエネルギー節約を約束します。 フラウンホーファー FEP の Switch2Save プロジェクト コーディネーター兼研究グループ長のジョン・ファールタイヒ博士は、「ヨーロッパの温暖な地域では、現代の建物の冷暖房エネルギー需要を最大 70% 削減できます。」と説明しています。 寒冷な北方地域では節約効果はそれほど大きくありませんが、このシステムは直射日光に対する眩しさ防止としても使用できます。

原理的には、複合ウィンドウ内でエレクトロクロミック層とサーモクロミック層を組み合わせると、最大限の柔軟性が得られます。 これを利用することで、建築家や開発者は、さまざまな地域や建物に対して個別のソリューションを提供できるようになります。 「私たちは、アテネにあるギリシャで 2 番目に大きな病院の小児科クリニックと、スウェーデンのウプサラにあるオフィスビルにこの技術を導入しているところです。両方の建物で、エネルギー消費量が 1 年間監視され、比較される予定です」 「新しい窓の設置前と設置後の両方で行います。これにより、Switch2Save テクノロジーの実際のパフォーマンスを実証することができ、さまざまな気候帯に合わせてテクノロジーのテストと改良を続けることができます」と Fahltaich 氏は言います。

研究者らは製造上の課題も解決しました。 エレクトロクロミック コーティングはポリマーベースのフィルム基板に塗布されます。 一方、サーモクロミックコーティングは薄いガラス基板を使用します。 湿式化学プロセスと真空コーティングプロセスは、コスト効率の高いロールツーロール製造システムで使用されます。 次に、切り替え可能なコンポーネントを真空下で厚さ 4 mm の窓ガラスに積層し、その後断熱ガラス ユニットに統合します。 コーティングプロセスは工業規模でも経済的に実行可能です。 エレクトロクロミックおよびサーモクロミックの切り替え可能な要素の厚さはわずか数 100 μm、平方メートルあたり 500 g 未満です。 したがって、窓にほとんど重量を加えないため、建物の構造を変更することなく、既存の建物に後付けすることができます。

プロジェクト コンソーシアムは現在、技術のさらなる向上に取り組んでいます。 たとえば、専門家チームは、エレクトロクロミック要素とサーモクロミック要素を複合ウィンドウ内でどのように組み合わせて、テクノロジーの可能性をさらに有効に活用できるかを研究しています。 さらなる研究目標には、コーティングを曲面ガラスの形状に適応させることや、青とグレーの既存のオプションにさらに多くの色を追加することが含まれます。

地球温暖化と欧州グリーンディールの目標により、今後数年間でエネルギー効率の高い建築技術に対する需要が大幅に増加し、EU 内のすべての建築物は 2050 年までにカーボンニュートラルになると予想されています。 EU のエレクトロクロミックおよびサーモクロミックの窓Switch2Save プロジェクトはこれに重要な貢献をすることができます。