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Fenster als Heiz- und Kühlsysteme für Gebäude

Forscher des EU-finanzierten Projekts FLUIDGLASS entwickelten ein innovatives Konzept, mit dem aus normalen Fenstern Sonnenkollektoren werden, die den Energiefluss im gesamten Gebäude steuern können.
Fenster als Heiz- und Kühlsysteme für Gebäude
Kann ein Fenster mehr sein als nur eine Glasscheibe, die Sonnenlicht hinein lässt oder einen schönen Blick nach draußen bietet? Wäre es möglich, dass Fenster auch Energie zum Heizen und Kühlen eines Bürogebäudes erzeugen?

Das unter dem EU-finanzierten Projekt FLUIDGLASS entwickelte innovative Konzept für multifunktionale solarthermische Glasfassadensysteme lässt dies durchaus machbar erscheinen. „Mit dem Ansatz von FLUIDGLASS werden passive Elemente der Fassade wie Fenster zu aktiven, durchsichtigen Sonnenkollektoren, die den gesamten Energiefluss im Gebäude steuern können“, sagt Projektkoordinatorin Anne-Sophie Zapf.

Vier Funktionen gleichzeitig

Die wissenschaftliche Innovation bei FLUIDGLASS ist die Kombination von vier Funktionen (solarthermische Kollektoren, Heiz-/Kühlgerät, transparente Wärmedämmung, adaptive Beschattung) in einem integrierten System. „Zunächst werden die Scheiben mit einer speziellen zirkulierenden Flüssigkeit gefüllt, deren Farbton sich der Jahres- und Tageszeit anpasst", erklärt Zapf. „Diese Flüssigkeit wandelt die auf der Außenfläche gesammelte Sonnenstrahlung in Energie um, mit der dann die Innenräume gekühlt oder beheizt werden.“ Die Flüssigkeit im Glas ist eine Mischung aus Wasser, Frostschutz und magnetischen Partikeln.

Für die langfristige Stabilität des Systems verwendeten die Forscher Partikel mit genau definierten Eigenschaften. „Die Partikel können nicht verkleben oder verklumpen“, erklärt Zapf. „Sie müssen auch in der Lösung bleiben und dürfen sich nicht im Fenster ablagern.“ Außerdem muss die Flüssigkeit sicher, gleichmäßig und effizient eingefüllt werden können.

Laut Zapf war es schwieriger als erwartet, die Farbe der Flüssigkeit so zu wählen, dass ausreichende Durchsichtigkeit gewährleistet ist. „Die Lösung dieses Problems war relativ forschungsintensiv“, wie sie anmerkt. „Am Ende gelang uns die die richtige Kombination von Partikeln, Flüssigkeit und Beschichtung der Glaslösung, sodass wir dann in die Testphase gehen konnten.“

Heiz- und Kühlfunktion nach Bedarf

Die Forscher testeten das FLUIDGLASS-System mit hochentwickelten Computermodellen und später am Prototypen. „Wir konnten das FLUIDGLASS-System erstmals sowohl bei kalten wie auch heißen Außentemperaturen in Liechtenstein bzw. Zypern testen“, so Zapf. „In den Tests gelang es uns, die Leistung des Systems unter Laborbedingungen mit einem Solarsimulator genauer als je zuvor zu messen.“

Unter idealen Bedingungen erzeugte jedes einzelne FLUIDGLASS-Fenster bis zu einem Kilowatt Energie pro Stunde. „Die Tests bestätigten, dass FLUIDGLASS den gesamten Wärme- und Kältebedarf eines Gebäudes decken kann und weitere Heiz- oder Kühlsysteme unnötig sind“, sagt Zapf.

Außerdem sei ein besonderes Highlight gewesen, in dem Testbehälter zu stehen und zu beobachten, wie das System läuft und funktioniert. „In diesem Moment wussten wir, dass alle Teile des FLUIDGLASS-Systems installiert werden können“, sagt sie. „Damit haben sich unsere Anstrengungen und die Zusammenarbeit mit allen Projektpartnern mehr als gelohnt, denn wir haben gemeinsam ein funktionierendes und nachhaltiges Heiz- und Kühlsystem konzipiert.“

Die Projektforscher analysieren nun die Testergebnisse und arbeiten an der weiteren Optimierung der Farbgebung, um FLUIDGLASS als stabile, langfristige Lösung zu etablieren. Ziel ist es, das System im realen Betrieb zu testen und dann die Marktreife zu erreichen.

Schlüsselwörter

FLUIDGLASS, Sonnenstrahlung, umweltfreundliches Gebäude, nachhaltiges Gebäude, Energieeffizienz
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