Energieffektivitet, komfort och gott inomhusklimat är viktiga drivkrafter för att introducera ny teknologi inom byggsektorn. De flesta av oss tillbringar cirka 90% av sin tid inomhus, så kraven är högst välmotiverade. Energianvändningen i byggnader står för ungefär 40% av den totala energianvändningen i Sverige och i de flesta andra länder. Det är uppenbart att det finns stora möjligheter till energibesparing inom byggsektorn, men också att det ligger en stor utmaning i att reducera energianvändningen utan att ge avkall på god inomhusmiljö.
För varmt inomhus
Höga inomhustemperaturer på grund av solinstrålning är ett problem i moderna byggnader, speciellt om de har stora glasfasader. God energieffektivitet kan uppnås genom smarta fönster med varierbar genomskinlighet, och den mest lovande typen av dessa fönster bygger på elektrokroma ytbeläggningar. Tekniken har sitt ursprung i svensk forskning under 1980-talet. I ett elektrokromt fönster varieras genomskinligheten genom att en elektrisk spänning på någon volt läggs mellan två genomskinliga elektriska skikt och över mellanliggande ”aktiva” skikt. Man kan då styra solinstrålningen och på så vis minska eller till och med eliminera behovet av luftkonditionering. Detta sker genom att inflödet av solenergi hålls ned så att man får en behaglig inomhustemperatur.
Bländning minskar
De elektrokroma smarta fönstren ökar också komforten genom att minska bländning på grund av infallande solljus. Inledande beräkningar indikerar att effektbehovet för luftkonditionering kan reduceras med 40–60%, i kombination med minskat behov av tillförd energi runt 15–30%. ”Smarta-fönster-teknologin” står idag på gränsen till kommersiellt genombrott. För att kontrollera de smarta fönstren måste de utrustas med styrsystem bestående av sensorer för temperatur, belysning och inte minst närvaro.
Smart i 15 år
Vi har utvecklat prototyper av smarta fönster som utnyttjar flexibla polymerfolier. Så kallad ”sputterteknik” används för att belägga plastfolierna med en genomskinlig elektrisk ledare (indium-tenn-oxid) och ett elektrokromt lager av volframoxid eller en nickelbaserad oxid. Två ytbelagda folier, ett med volframoxid och ett med en nickel-baserad oxid, limmas sedan ihop med en jonledande polymer. Bilden visar hur ett sådant fönster ser ut i ljust och mörkt tillstånd. Pågående studier på prototyper visar att hållbarheten är mer än 20 000 cykler, vilket är tillräckligt för de flesta tillämpningar. Målet för vår forskning är att utveckla ett smart fönster med utmärkta optiska egenskaper och god långtidsstabilitet. Det smarta fönstrets livstid ska överstiga femton år.
Flexibla smarta fönster kan bli viktiga för att höja energieffektivitet och komfort i existerande fönster, och denna nya teknologi är mycket lovande för framtida kommersialisering. Ett avknoppningsföretag, ChromoGenics AB, bildades 2004 av några forskare på Uppsala universitets Ångströmlaboratorium för att kommersialisera smarta fönster. Företaget har många patent och patentansökningar och har fått stor uppmärksamhet från investerare och media.
Två projekt
För att utveckla elektrokroma smarta fönster med goda egenskaper är det viktigt med grundforskning. Dessutom måste man dock ha klart för sig hur de olika materialen samverkar i den praktiska anordningen. Nyckelfrågor är hållbarhet och optiska egenskaper under upprepade växlingar mellan mörkt och ljust tillstånd samt vid förhöjd temperatur. God förståelse av stabilitet och hållbarhet är nödvändig för att uppskatta livstiden hos praktiska produkter.
Inom nya projekt, som finansieras av Formas, utvecklas två olika icke-förstörande testmetoder. Den första, som vi arbetar med på Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet, baseras på impedansspektroskopi. Vi har funnit att de elektriska egenskaperna hos smarta fönster är ytterst känsliga för olika elektrokemiska och/eller fysikaliska förändringar i de ingående skikten. Metoden testas för närvarande på prototyper, som åldrats på olika sätt och i olika grad. Vi hoppas få detaljerad förståelse av vad som händer, fysikaliskt och kemiskt, under åldringen.
Det andra projektet bedrivs under ledning av professor Göran Lindbergh på institutionen för kemiteknik, KTH. Arbetet omfattar mätningar av hur mörkheten sprids över fönstrets yta och utnyttjar en videokamera kopplad till en dator. Båda projekten drivs i nära samverkan med ChromoGenics AB. Vi är övertygade att den nya kunskap, som skapas inom projekten ska leda oss ett gott stycke mot målet: mer energieffektiva byggnader med ökad inomhuskomfort.
Författare
:
Claes G Granqvist
är forskare vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet
Gunnar A Niklasson
är forskare vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet