Gebäudetechnik 16.07.1999, 17:22 Uhr

Bei grellem Sonnenschein dunkeln die Fenster ab

Gläser, die automatisch dunkel werden, wenn die Sonne grell scheint, erübrigen störanfällige Jalousien und Rollos. In Dresden wurde jetzt erstmals ein Gebäude mit entsprechenden Fenstern ausgestattet – aber zu einem recht hohen Preis.

Das Fraunhofer-Institut und das Unternehmen Interpane sind dabei, mit selbsttätig dunkel werdenden Fenstern, und zwar mit gasochromen Gläsern, der Sonne im Sommer Paroli bieten zu können. Die Pilkington-Tochter Flabeg GmbH, Fürth, hat bereits ein Gebäude mit automatisch abdunkelnden Fenster bestückt, und zwar mit sogenannten E-Control-Fenstern. Gesteuert durch eine elektrische Spannung färben diese sich umkehrbar blau, ohne den Ausblick zu versperren.
Es war nicht ganz billig, verrät Dr. Hartmut Wittkopf, Entwicklungsleiter für technische Gläser bei Pilkington Deutschland, Gelsenkirchen: Während ein herkömmliches Sonnenschutzglas 100 DM/m2 bis 250 DM/m2 kostet, sei E-Control, gefertigt mit einer Pilotanlage in Furth im Wald, je nach Ausführung fünf- bis zehnmal so teuer. Auch Interpane, Lauenförde, entwickelt gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg, Fenster, die sich automatisch verdunkeln. Jedoch wird Wasserstoff in geringen Mengen eingesetzt, um die Gläser einzufärben, und Sauerstoff, um sie wieder aufzuhellen.
Jalousien vor den Glasfassaden von Bürogebäuden halten im Sommer blendendes Sonnenlicht ab und entlasten Klimaanlagen. Hat jedoch Wind die Jalousien kräftig durchgerüttelt, bieten sie unter Umständen einen traurigen Anblick. Das läßt sich mit elektrochromen und gasochromen Gläsern vermeiden. Das E-Control-Glas färbt sich allmählich blau, wenn eine Spannung kleiner als 5 V anliegt, weil dann Lithium-Ionen in eine Wolframtrioxid(WO3)-Schicht wandern. Wird die Polarität der Spannung umgekehrt, verlassen die Ionen die WO3-Schicht – und das Glas hellt sich wieder auf. Die Flabeg bietet E-Control als Isolierglas an, derzeit bis zu der Größe 0,9 m mal 2,2 m. Die Innenscheibe trägt eine herkömmliche Wärmeschutzschicht, die im besten Fall für das Isolierglas einen k-Wert von 1,1 W/m2K ermöglicht, und außen sitzen zwischen zwei Scheiben fünf Schichten, in denen – wie in einer galvanischen Zelle – auf großer Fläche die elektrochemischen Reaktionen ablaufen.
Der Hersteller setzt bei der Produktion des äußeren Verbundglases Scheiben ein, die bereits eine leitfähige Schicht tragen. Durch Magnetron-Sputtern erhalten sie einmal eine WO3- und zum anderen eine Mischoxid-Schicht mit den Lithium-Ionen. Anschließend werden je zwei derart unterschiedlich beschichtete Scheiben mit einer knapp 1 mm dicken Polymer-Folie verbunden, damit die Ionen später von hier nach da gelangen. E-Control ist ein Sonnenschutzglas: Im ungeschalteten Zustand erreicht die Lichttransmission höchstens 50 %, denn die fünf Lagen des Außenglases absorbieren Licht runterschalten läßt sie sich bis 15 %.
„Das System lebt davon, wie es angesteuert wird“, sagt Hartmut Wittkopf. Für die Hand-Bedienung hat die Firma einen Schalter entwickelt, mit dem sich über fünf Tasten die Lichtdurchlässigkeit in Stufen einstellen läßt – auch für eine ganze Scheibenfront. Herz des Steuergeräts ist ein Mikro-Controller. Es dauert, je nach Außentemperatur, 10 min bis 15 min, von 50 % Lichttransmission auf 15 % zu schalten, und umgekehrt. „Es macht keinen Sinn, jede Wolke zu regeln“, so Wittkopf . Ziel sei es, das Gerät an ein vorhandenes Steuerbussystem anzukoppeln: an Local Operating Networks (LON), an den Europäischen Installationsbus (EIB) oder verwandte Systeme. Bei der am Altmarkt gelegenen Stadtsparkasse Dresden, die die Flabeg mit rund 120 m2 E-Control-Glas ausgestattet hat, ist das Gerät zum Beispiel über ein LON-Gateway angebunden.
Soweit Licht und Schatten. Läßt sich aber auch Energie einsparen? Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Holzkirchen hat vergangenes Jahr entsprechende Messungen vorgenommen, und zwar in zwei energietechnisch gleichwertigen Räumen, einmal ausgestattet mit dem E-Control-Glas und zum anderen mit einem Standard-Wärmeschutzfenster (beide mit dem k-Wert 1,1 W/m2K). Ergebnis: Der Raum mit dem E-Control-Fenster benötigte im Winter etwa 6 % mehr Heizenergie als jener mit der herkömmlichen Verglasung. Ein Entwicklungsziel bestehe demzufolge darin, die Lichtdurchlässigkeit im hellen Zustand zu erhöhen, so Wittkopf. Sollen doch Fenster im Winter möglichst viel Sonnenlicht in Räume hineinlassen. Ab April sieht es indes anders aus: In den Sommermonaten ließ sich bei einer Raumtemperatur von 20 oC mit E-Control 12 % an Kühlenergie einsparen. Das Fraunhofer-Institut errechnete, der Primärenergiebedarf sinke im Jahr um etwa die Hälfte, wenn mit einer umkehrbaren Wärmepumpe geheizt und gekühlt werde. Noch zählt E-Control zur Gruppe der Sonnenschutzgläser. Demgegenüber lassen gasochrome Gläser, deren Systemtechnik derzeit in Labors verfeinert wird, im ungefärbten Zustand mehr Licht durch. „Man erreicht einen viel höheren Schalthub“, weiß Dr. Volker Wittwer, Abteilungsleiter für thermische und optische Systeme am Freiburger ISE. Denn gasochrome Fenster benötigen nur eine WO3-Schicht mit einer dünnen Katalysatorauflage (etwa aus Platin), um zu funktionieren. Das ISE kann im Sputter-Verfahren gasochrome Gläser in der Größe 1,1 m mal 0,6 m herstellen. „Wir haben die Fenster inzwischen einige tausendmal geschaltet, ohne daß Schäden auftraten“, so Wittwer. Der Glasveredler Interpane, der eine gleich konstruierte Laboranlage einsetzt, hat Prototypen mit Wärmeschutzglas hergestellt (k-Wert 1,0 W/m2K), die in Sekunden den Sonnenlichteinfall von 60 % auf 10 % bis 5 % reduzieren. Projektleiter Dr. Markus Arntzen erwartet, Mitte nächsten Jahres die Marktreife zu erreichen. Es ist freilich nicht einfach, die Gase zu handhaben: Wasserstoff – in Promille-Konzentration einem Trägergas wie Stickstoff oder Argon beigemischt – wird durch den Katalysator gespalten und dringt in die WO3-Schicht. Dadurch färbt sich diese blau. Um das Glas wieder zu entfärben, lassen die Forscher wenig Sauerstoff über die WO3-Schicht strömen, und es bildet sich Wasser. „Zur Zeit entwickelt man Systeme mit kleinen Elektrolysezellen, die in den Rahmen eingebaut werden“, berichtet Wittwer. Ziel sei es, einen geschlossenen Kreislauf herzustellen, so daß die Gase nicht von außen zugeführt werden müssen. Auch das entstehende Wasser werde wieder ins System rückgeführt.
Blau getönte Scheiben sind jedoch nicht jedermanns Sache. Deshalb untersucht das ISE derzeit Mischungen aus verschiedenen Oxiden. Dabei lassen sich, je nach Zusammensetzung, unterschiedliche Grautöne einstellen. Derweil bearbeitet die Firma Flabeg weitere Aufträge. Nach E-Control erkundigt haben sich unter anderem bereits die Flughäfen in München und Frankfurt/M.
GÜNTER EINHAUS
Elektrochrome Glasfenster in der Fassade der neuen Stadtsparkasse Dresden: Bei dem am Altmarkt gelegenen Bau werden ab August bei greller Sonne 120 m2 E-Control-Glas dunkel.

Von Günter Einhaus

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