Smarta fönster minskar behovet av air condition

Fönster med dopade nanopartiklar som reglerar insläppet av värmestrålning. Med ny teknik skapar forskare fönster som minskar behovet av luftkonditionering. Det kan ge stora energibesparingar och minskade klimatutsläpp.

Närmare 40 procent av världens energi går åt till värme, kyla, ventilation och belysning i byggnader. Av dessa är det framför allt energiförbrukningen för kylning som ökat snabbt. I många länder står det för en betydande del av elförbrukningen. Men med ny svensk forskning kan förbrukningen komma att minska radikalt. Forskare arbetar nu med att ta fram andra generationen intelligenta fönster som, med hjälp av dopade nanopartiklar, kan reglera insläppet av värmestrålning från solen.

Styrs med elektrisk signal

På Ångströmlaboratoriet i Uppsala pågår ett Formasfinansierat projekt där man med bland annat nanoteknik arbetar med utveckling av elektrokroma och termokroma material med olika genomsläpplighet för ljus och värmestrålning från solen. Syftet är att ta fram en metod som minskar behovet av luftkonditionering och på så sätt få stora besparingar av klimatutsläppen. Den elektrokroma tekniken bygger på material där fönstrets genomsläpplighet för solljus och solvärme kan styras med en svag elektrisk signal. Med hjälp av den elektriska signalen kan fönstret ”tändas och släckas” eller steglöst skifta genomsläpplighet för ljus och solvärme i en valbar skala från ljust till mörkt. Forskningen vid Ångströmlaboratoriet har redan resulterat i en teknik som är på väg att kommersialiseras och nå ut till tillverkning i större skala.

Osynlig solenergi

Den elektrokroma tekniken kan dock bara ta hand om en viss del av solens värmestrålning. För att uppnå bästa möjliga isoleringsförmåga mot oönskad uppvärmning och samtidigt behålla fönstrens ljushet på önskvärd nivå utvecklar forskarna nu en ny termokrom nanoteknik där man strävar efter att den infraröda solinstrålningen ska bromsas utan att genomskinligheten påverkas. – Det är känt sedan länge att fönsters genomsläpplighet för solenergi kan påverkas genom termokroma material som reagerar automatiskt vid olika temperaturer. Problemet hittills har varit att materialen inte haft tillräckligt hög genomskinlighet och uppfattats som för mörka för att ersätta vanliga fönster, säger Gunnar Niklasson, professor i det fasta tillståndets fysik vid Ångströmslaboratoriet.

Dopade nanopartiklar

För att attackera problemet använder man sig av nanopartiklar bestående av metalloxid som bäddas in i tunna polymerfolier som kan integreras med glaset. – Ett par av utmaningarna är att hitta och producera rätt typ av nanopartiklar och att bädda in nanopartiklarna i folien så att materialet fördelar sig jämt över ytan och inte klumpar ihop sig. För att blockera den infraröda instrålningen vid rätt temperaturer måste vi också dopa dem. Och där provar vi lite olika tekniker, säger Gunnar Niklasson. I försöken har man främst använt sig av nanopartiklar av vanadinoxid som i nästa steg ska dopas med magnesium eller volfram. Verkningsgraden behöver fortfarande förbättras. Men resultaten är lovande så här långt. – Termokroma skikt har en enklare uppbyggnad än styrbara elektrokroma skikt och kan därför ge kostnadsfördelar. Det skulle också kunna ha stora fördelar att kombinera de två teknikerna. Exempelvis genom att ha en ruta med ett elektrokromt skikt och en ruta med ett termokromt skikt i ett tre-glas fönster. Eller genom att kombinera de två materialen i samma skikt, säger Gunnar Niklasson.

När kan tekniken finnas färdigutvecklad i fönster?

– Det jättesvårt att säga. Den termokroma tekniken ligger troligen på forskningsstadiet i cirka 5 år till. Bedömer man då att det är en tillräckligt lovande teknik tar det ytterligare en tid att titta på hur den kan skalas upp och produceras kommersiellt.