Gebäude in Isolierflüssigkeit

Großflächige Fluidfenster sind mit Mikrokanälen ausgestattet, die eine Flüssigkeit enthalten, so dass sie die Umgebungswärme und Solarenergie aufnehmen und den Wärmeaustausch steuern können. Dadurch erhöht sich die Energieeffizienz.

© LAWIN

Gegenüber früheren Technologien hat sich die Energieeffizienz durch dreifach verglaste Fenster stark verbessert. Das Projekt LAWIN (Large-Area Fluidic Windows) hat das Ziel, diese Leistung noch weiter zu verbessern, jedoch mit einem neuartigen Ansatz. Die Forscher von LAWIN entwickeln gerade Fenster, die mithilfe einer aktiven Umhüllung des Gebäudes eine hocheffiziente Gewinnung von Solarenergie und einen Wärmeaustausch erzielen können.

„Im Wesentlichen geht es darum, ein Gebäude mit einer flüssigen Schicht zu umschließen und die Temperatur zu kontrollieren“, sagt Professor Lothar Wondraczek vom Otto-Schott-Institut für Materialforschung (OSIM) der Universität Jena, der dieses Projekt koordiniert.

Der Kern dieser Technologie besteht aus strukturiertem Glas, in das Mikrofluidkanäle geprägt wurden, in denen eine funktionelle Flüssigkeit zirkuliert. Durch die Flüssigkeit ist es möglich, den Lichteinfall automatisch zu regulieren oder Wärme von außen aufzunehmen, die zu einer Wärmepumpe weitertransportiert wird. Beim aktuellen Prototyp wird eine wässrige Lösung verwendet, aber generell könnte jede Flüssigkeit genutzt werden, die über hohe Wärmeaustauscheigenschaften verfügt und zudem weitere Funktionalitäten wie Mehrfarbigkeit aufweist (bei der die optischen Adsorptionseigenschaften der Flüssigkeit von der Stärke der einfallenden Wärmeeinstrahlung abhängt oder elektrisch eingestellt werden kann).

Netto-Nullenergiefenster

Die großflächigen Mikrofluid-Fenster und -Fassadenelemente des Projekts LAWIN basieren auf vier Arten von neuen Materialien: kostengünstigem dünnem und starkem Deckglas, mikrostrukturiertem Walzglas mit architektonischer Qualität, einer Glas-Glas-Verbindung mit Mikrofluidkanälen und einer Wärmespeicherflüssigkeit, die für Transparenz und/oder aktive Funktionalitäten zur Anwendung für Fassaden und Fenster konzipiert wurde. Das Projektkonsortium will die graue Energie und die CO2-Emissionen für Fensterflächen innerhalb von vier Monaten der Nutzung auf null reduzieren. Zudem möchte man im Projekt LAWIN die Wärmedämmung für Fensterflächen um mindestens 20 % verbessern und die Energie, die innerhalb des Gebäudelebenszyklus' verbraucht wird, um 10 % verringern.

Vermarktung

Das Team von LAWIN hofft, einen schnellen Zugang zum Markt und eine hohe Akzeptanz für die neuen Fenster- und Fassadenelemente zu erreichen.

„Das Wichtigste ist der groß angelegte Produktionsprozess“, sagt Professor Wondraczek. „Ein entscheidendes Ziel ist, die Technologie in das herkömmliche Verfahren zur Herstellung dreifach verglaster Fenster einzubinden.“

Um die Technologie wirklich erproben zu können, plant man bei LAWIN, bis 2017 einen endgültigen Prototyp in halbtechnischem Maßstab vorzulegen. Dazu müssen die Forscher von LAWIN jedoch zunächst ein Hindernis überwinden.

Man braucht ein extrem dünnes Glas, um ein Millimeter starke Mikrokanäle hineinzuprägen und das Glas anschließend auf ein anderes zu laminieren. Derzeit sind die Glasplatten, die im sogenannten Walzverfahren hergestellt werden, von Natur aus gewellt. Die Mitglieder des Konsortiums versuchen, dieses Problem zu lösen, indem sie neue Geräte zur Verarbeitung entwickeln und den Produktionsprozess anpassen. Im Ergebnis wird ein qualitativ höherwertiges, sehr dünnes Glas entstehen, das man auch für Sicherheitsfenster oder andere High-End-Anwendungen einsetzen kann.

Größe macht den Unterschied

„Ein großes Problem ist, die Fenster zu äußerst geringen Kosten in einer großen Größe bereitzustellen“, sagt Professor Wondraczek. Das aktuelle Vorzeigemodell beträgt 0,25–0,5 m², aber man möchte im Projekt eine endgültige Version von 2 m² erzielen. Der aktuelle Prototyp wird 2017 beispielhaft in Gebäuden in Nord- und Südeuropa installiert, so dass man verschiedene klimatische Bedingungen berücksichtigen kann. Die tatsächlichen Ergebnisse werden dann mit den Simulationen im Modell verglichen. Die Ergebnisse aus den Versuchen und Simulationen werden anschließend genutzt, um die Parameter, wie die Durchflussleistung der Flüssigkeit, die Größe der Kanäle und den Druck der Flüssigkeit in den Kanälen, auf Gültigkeit zu prüfen und zu optimieren. Sie werden dann in der abschließenden 2-m²-Version berücksichtigt. Darüber hinaus sollen die Ergebnisse in die Modelle eingehen, die für Gebäudeentwürfe eingesetzt werden.

Das Konsortium schätzt, dass die High-End-Fenster das 2,5-fache der modernen dreifach verglasten Fenster kosten werden. Der höhere Preis wird jedoch teilweise durch Energieeinsparungen und fortgeschrittene funktionale oder ästhetische Eigenschaften ausgeglichen werden.

Die Konsortiumsmitglieder von LAWIN glauben, dass mit den Fenstern jährlich mindestens 123.000 Tonnen CO2 eingespart werden könnten, die durch das Heizen entstehen. Zudem werden sie mindestens 2 % der Scheibenheizungen in Europa ersetzen.

„Die großflächigen Fluidfenster eignen sich für praktisch jede Art von Gebäude, und die Bauträger können die herkömmlichen Fenster einfach austauschen“, sagt Professor Wondraczek.

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