Wir sprechen über ein Projekt des Nanoingenieurs Ioannis Papakonstantinou - fortschrittliche Fenster, die automatisch die Menge an Wärme und Sauerstoff steuern können, die in den Raum gelangt. Sie ersparen den Menschen die Notwendigkeit, im Sommer teure und energieverbrauchende Klimaanlagen zu installieren und im Winter wertvolle Wärme durch doppelt verglaste Fenster von geringer Qualität zu verschwenden. Und Sie müssen dieses wundervolle Fenster (!) Nicht waschen.
Laut Papakonstantinou sind etwa 75% der Gebäude in Europa nicht energieeffizient. Sie sind alt und speichern keine Wärme, was zu hohen finanziellen Heizkosten im Winter führt. Und im Sommer müssen Klimaanlagen installiert werden, damit Sauerstoff in das Gebäude gelangt und kühle Luft zirkuliert. Trotz der Investitionen in diesem Bereich konnte niemand herausfinden, wie die Fenster so modifiziert werden können, dass sie als Quelle für diese berüchtigte Energieeffizienz dienen.
Ioannis beklagte sich nicht nur über die Kurzsichtigkeit der europäischen Regierungen und lokalen Erfinder, sondern schuf 2016 auch das IntelGlazing-Projekt. Dies ist eine groß angelegte Forschungsarbeit an der Schnittstelle von Nanotechnologie und Photonik (eine Disziplin, die optische Signale untersucht), die die Welt revolutionieren soll.
Cooles Nano-Fenster
Das IntelGlazing-Projekt umfasst die Verwendung von Fenstern mit einer zweischichtigen multifunktionalen Beschichtung.
Die erste Schicht ist ein dünnes Nanoglas in Form kleiner "Haare" mit einer Länge von weniger als einem Mikrometer (einem Tausendstel Millimeter). Sie überlappen sich und streuen Sonnenlicht durch das Fenster.
Die zweite Schicht (die dazu beiträgt, die gleiche Energieeffizienz zu erzielen) ist Vanadiumoxid, das an Nanofasern aus der ersten Schicht haftet. Dieses Material ist anfällig für Thermochromie, dh es ändert seine Farbe je nach Temperatur. Beispielsweise ändert Vanadiumoxid an einem heißen Tag seine Struktur, verdunkelt und reflektiert einen Teil der infraroten Sonnenstrahlung vom Fenster, wodurch der Raum im Fall eines Standardfensters erwärmt würde. An kälteren Tagen hingegen "hellt" das System das Fenster auf und lässt mehr Sonnenlicht in den Raum. Es stellt sich eine Art automatisiertes Tonen heraus.
Klingt schon cool, ist aber noch nicht alles. Erstens kann dieses Wunder des Nanoengineering sowohl auf neue Fenster in der Verglasungsphase als auch auf bestehende angewendet werden. Es reicht aus, das alte Glas mit einer Schicht Nanofilm von Professor Papakonstantinou zu modifizieren.
Zweitens können Fensterhersteller die Chemie von Vanadiumdioxid ändern und die Temperaturgrenzwerte für die Verdunkelung und Aufhellung für verschiedene Länder und deren Klima anpassen.
In Spanien können Sie diesen Rand beispielsweise so anheben, dass die Fenster nach 25 Grad Celsius das Licht blockieren. Dadurch wird eine Überhitzung des Raums vermieden. In Schweden hingegen sollte die Verdunkelungsgrenze niedriger sein, damit die Wohnungen der Menschen so viel Wärme wie möglich von der selten erscheinenden Sonne erhalten.
Ein Nano-Fenster, das nicht gewaschen werden muss
Die Erfindung von Professor Papakonstantinou ist nicht nur thermochrom, sondern auch hydrophob (wasserabweisend). Die Flüssigkeit auf dem Film bleibt nicht zurück und rollt sofort herunter. Sie haftet an dem Staub, der sich tagsüber auf dem Fenster angesammelt hat.
Die Entwickler der Technologie stellen fest, dass dies die Kosten für die Wartung von Fenstern in Wolkenkratzern erheblich senken wird. Anscheinend bedeutet dies, Kletterer einzustellen, die regelmäßig Fenster in Hochhäusern von außen reinigen.
Nano-Fenster (fast) als Alternative zu Klimaanlagen
Aber kein einziger Film ist eine gute Erfindung von Papaconstantine. Das Fenster hat ein spezielles Design, das zwei Ventile vorsieht: eines leitet Sauerstoff von der Straße in die Glaseinheit und das zweite lässt ihn in den Raum.
Während sich die Luft in einer dreischichtigen Glaseinheit befindet, wird sie durch die Sonnenstrahlen erwärmt und tritt leicht warm in den Raum ein. Wie von den Autoren des Projekts konzipiert, sollte dieses gesamte System von Minilüftern gesteuert werden, die erwärmte Luft halten können, bis sie die gewünschte Temperatur erreicht hat. Wenn der Film das Fenster abdunkelt, gelangt nach längerer Luftumwälzung in der Glaseinheit gekühlte Luft durch das Ventil in den Raum.
Anschließend muss der erneuerte Sauerstoff in recycelter Form den Raum durch Standardbelüftung verlassen. Laut den Machern des intelligenten Fensters werden dadurch die Kosten für die Installation von Klimaanlagen gesenkt, da fast alle Räume Fenster haben, aber nicht alle Platz für komplexe Klimaanlagen.
Ein Nano-Fenster, das die Natur schützt
Ziel des Projekts ist die Energieeffizienz. Es besteht die Aufgabe, die Energiekosten um etwa 25% zu senken und intelligente Fenster im Vergleich zu anderen ähnlichen Lösungen aufgrund von Vanadiumoxid, das automatisch aktiviert wird und die einströmende Wärme und "Frischluft" intelligenter steuert, wettbewerbsfähiger zu machen.
Wissenschaftler diskutieren seit mehreren Jahrzehnten ähnliche Probleme. Jetzt werden Initiativen im Sinne von IntelGlazing mit der allgemeinen Bewegung der zivilisierten Menschheit gewürzt, um die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren und die Entwicklung des Treibhauseffekts zu verhindern.
Vor diesem Hintergrund sehen die Ideen von Ioannis und seinen Kollegen noch vielversprechender aus und werden daher aktiv gefördert. Je früher Nano-Fenster auf den Markt kommen, desto eher werden die Menschen alte Fenster durch etwas Innovatives, Energieeffizientes und Umweltfreundliches ersetzen.