Forskning och utveckling av smarta glas. Gunnar A. Niklasson Institutionen för Teknikvetenskaper Uppsala Universitet

Transkript

1 Forskning och utveckling av smarta glas Gunnar A. Niklasson Institutionen för Teknikvetenskaper Uppsala Universitet

2 ENERGIEFFEKTIVITET Mer än 30% av energianvändningen inom EU sker inom byggnadssektorn. Uppvärmning, belysning, kylning, ventilation Det sker en stark ökning av användningen av luftkonditionering Mycket stor sparpotential (EU beräknar att 22 % av energianvändningen i byggnader kan sparas inom 10 år)

3 VARFÖR FÖNSTER? Visuell kontakt med omvärlden Släpper in dagsljus Energiproblem släpper ut värme på vintern släpper ibland in för mycket solenergi Komfortproblem kallras irriterande solljus på arbetsplatser

4 VAD KAN MAN GÖRA? EXISTERANDE TEKNOLOGI Värmereflekterande glas (energiglas) Solskyddsglas (ljust eller tonat) NY TEKNOLOGI Smarta fönster med styrbara egenskaper Luftrenande fönster för bättre inomhusmiljö

5 SMARTA FÖNSTER Ljustransmissionen kan varieras med en pålagd spänning, med en kontrollerad vätgashalt i ett förseglat fönster eller med temperaturen Idag finns utvecklade prototyper nära kommersialisering samt några få testinstallationer Internationella standarder och testprotokoll utvecklas inom IEA (International Energy Agency)

6 DESIGN AV SMARTA FÖNSTER Polymerfolie inspänd mellan två glas eller laminerad på det ena glaset Tunna filmer på polyester Elektrokroma oxider: W-oxid och Ni-oxid Genomskinliga kontakter: Indium-tenn-oxid (ITO) Laminering av de belagda substraten med en polymer elektrolyt QuickTime och en Foto - JPEG-dekomprimerare krävs för att kunna se bilden.

7 ELEKTROKROM SMART FOLIE ITO/polymer substrat. Deponering av metalliska ledningsbanor längs kanterna. Deponering av tunna filmer av hydratiserad W-oxid resp. Ni-baserad oxid/hydroxid på två olika substrat. Sputterteknologi - en industriell teknik. Förbehandling av den Nibaserade oxiden med UVbestrålning i ozon (oxidering - infärgning). Laminering med en polymer elektrolyt. Försegling runt kanterna. Kontaktering.

8 VIKTIGA FAKTORER FÖR TILLÄMPNINGAR Kontrast i transmission mellan ljusa och mörka tillståndet. Inte för långa omslagstider. Stabilitet vid cykling mellan tillstånden. Hållbarhet vid relevanta temperaturer (upp till o C), och vid fuktighet. Färgnyanser i ljust och mörkt tillstånd. Styrstrategier, komfortaspekter, användaracceptans

9 SMART FÖNSTER PÅ POLYMER FOLIER Maximal T lum variation från to För att uppnå god hållbarhet bör den lägre gränsen hållas vid Snabbt omslag på små ytor - minuter på fönsterstorlekar. NiVO x H y /polymer/wo 3 anordningar utvecklas också för visir, sportglasögon...

10 Resultat på prototyper: Omslagstid och hållbarhet

11 ENERGIEFFEKTIVITET Beräknad energibesparing ~15-30 % (IEA) Minskat effektbehov för kylning ~40-60 % (IEA) Luftkonditionering kan undvikas i tempererade klimat Styrstrategi: Närvarosensor Ex. solenergi 1000 kwh/m 2 per år, hälften synligt ljus, sparpotential ( T 7-75%): 340 kwh/m 2 släck fönstret när du går ut 170 kwh/m 2

12 LUFTRENANDE FÖNSTER Inomhusluften är mer hälsovådlig än utomhusluften, även i stadskärnor Dålig ventilation, föroreningar, mikroorganismer Sjuka hus Fotokatalytiska ytbeläggningar + UV-ljus kan rena luften Den kortvågiga delen ( 3%) av solstrålningen kan användas

13 LUFTRENANDE FÖNSTER Luften cirkulerar genom en spalt mellan två glas Fotokatalytisk luftrening på ett belagt glas Effektivitet, kontrollstrategi Energieffektivitet och miljöaspekter är viktiga att ta hänsyn till när man utformar en byggnad

14 Fotokatalys med synligt ljus: Ytbeläggningar av TiO 2-x N x Sputterdeponering med andel φ av kväve i gasen Nedbrytning av aceton Den fotokatalytiska aktiviteten, k, ökar med ökande andel kväve Gulaktig färgton

15 FRAMTIDENS KONTOR?