پوشش شیشه هوشمند می‌تواند ساختمان‌های شیشه‌ای را خنک کند.

محققان در مؤسسه فراونهوفر یک پوشش هوشمند برای شیشه ساختمان توسعه داده‌اند که می‌تواند به طور خودکار در نور خورشید تیره شود. این فناوری مواد الکتروکرومیک و ترموکرومیک را ترکیب می‌کند و به محرک‌های الکتریکی و تغییرات دما پاسخ می‌دهد. در ساختمان‌های مدرن با دیوارهای پرده‌ای شیشه‌ای گسترده، این پوشش به طور موثر گرمای بیش از حد داخلی ناشی از تابش خورشیدی را کاهش می‌دهد و در نتیجه وابستگی به سیستم‌های تهویه مطبوع پرمصرف را کاهش می‌دهد.

صنعت ساخت و ساز یکی از منابع اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان است. به عنوان مثال، در آلمان، طبق آمار آژانس محیط زیست فدرال، بخش ساختمان تقریباً 30٪ از انتشار دی اکسید کربن این کشور و 35٪ از مصرف انرژی آن را به خود اختصاص می‌دهد. ساختمان‌ها با نماها و سقف‌های شیشه‌ای بزرگ، به ویژه سازه‌های اداری، در طول تابش شدید خورشیدی تابستان، افزایش شدیدی در دمای داخلی را تجربه می‌کنند. وسایل سایه‌انداز سنتی مانند کرکره و پرده اغلب زیبایی بصری را به خطر می‌اندازند و دید را مسدود می‌کنند. در نتیجه، این ساختمان‌ها معمولاً برای خنک‌سازی به تهویه مطبوع متکی هستند که منجر به مصرف برق بالا و افزایش ردپای کربن می‌شود.

برای رسیدگی به این موضوع، مؤسسه فراونهوفر برای تحقیقات سیلیکات (ISC) و مؤسسه فراونهوفر برای الکترونیک ارگانیک، پرتو الکترونی و فناوری پلاسما (FEP) به طور مشترک پروژه "Switch2Save" را که توسط اتحادیه اروپا تأمین مالی می‌شود، رهبری کردند. آنها با دانشگاه‌ها و شرکای صنعتی در سراسر چندین کشور اروپایی همکاری کردند تا توسعه و کاربرد فناوری پوشش پنجره هوشمند را ارتقا دهند.

در این سیستم پوشش هوشمند، جزء الکتروکرومیک بر اساس یک فیلم رسانای شفاف است. اعمال ولتاژ به فیلم، مهاجرت یون‌ها و الکترون‌ها را تحریک می‌کند و به شیشه اجازه می‌دهد تا به طور برگشت‌پذیر از شفاف به تیره تغییر کند. از سوی دیگر، پوشش ترموکرومیک به طور خودکار گرمای خورشیدی را زمانی که دمای محیط به یک آستانه خاص می‌رسد، منعکس می‌کند و بدون نیاز به برق خارجی به عنوان یک مکانیسم پاسخ منفعل عمل می‌کند.

عناصر الکتروکرومیک را می‌توان با حسگرها و یک سیستم کنترل برای نظارت بر شدت نور و دما در زمان واقعی ادغام کرد. هنگامی که مقادیر از پارامترهای تعیین شده فراتر می‌روند، سیستم یک سیگنال الکتریکی به فیلم رسانا ارسال می‌کند و به تدریج شیشه را تیره می‌کند. این امر به طور موثر ورودی گرما را مسدود می‌کند و عملکرد ضد تابش خیره‌کننده را فراهم می‌کند. در روزهای ابری یا شب، شیشه به شفافیت کامل باز می‌گردد و ورود نور طبیعی را به حداکثر می‌رساند.

این فناوری در حال حاضر در کاربردهای عملی ساختمان پیاده‌سازی شده است. به عنوان مثال، این سیستم شیشه هوشمند در کلینیک اطفال یک بیمارستان بزرگ در آتن، یونان و یک ساختمان اداری در اوپسالا، سوئد نصب شده است. محققان یک مطالعه نظارت بر مصرف انرژی یک ساله را برای مقایسه مصرف برق سیستم‌های تهویه مطبوع قبل و بعد از بازسازی انجام خواهند داد و عملکرد صرفه‌جویی در انرژی را تحت شرایط آب و هوایی واقعی تأیید می‌کنند.

از نظر تولید، این تیم از فرآیندهای شیمیایی مرطوب و فناوری پوشش خلاء استفاده می‌کند. پوشش الکتروکرومیک بر روی یک فیلم پلیمری انعطاف‌پذیر ادغام شده است، در حالی که لایه ترموکرومیک بر روی یک بستر شیشه‌ای فوق‌العاده نازک تهیه می‌شود. روش‌های تولید رول به رول، تولید اقتصادی و مقیاس‌پذیر را امکان‌پذیر می‌کند. محصول نهایی تنها چند صد میکرومتر ضخامت دارد و وزن آن کمتر از 500 گرم در هر متر مربع است که نصب آن را در پنجره‌های ساختمان‌های موجود بدون اصلاحات ساختاری آسان می‌کند.

در حال حاضر، تیم پروژه بر بهبود بیشتر قابلیت کاربرد این فناوری متمرکز است. تلاش‌ها شامل ترکیب واحدهای الکتروکرومیک و ترموکرومیک برای بهبود انعطاف‌پذیری نظارتی، توسعه فرآیندهای پوشش مناسب برای شیشه خمیده و گسترش گزینه‌های رنگی فراتر از خاکستری و آبی برای پاسخگویی به نیازهای زیبایی‌شناختی معماری متنوع است.

با پیشرفت گرمایش جهانی و توافق‌نامه سبز اتحادیه اروپا، تقاضا برای فناوری‌های ساختمان با راندمان انرژی به سرعت در حال افزایش است. انتظار می‌رود تمام ساختمان‌ها در اتحادیه اروپا تا سال 2050 به کربن خنثی دست یابند. فناوری‌های پنجره هوشمند مانند Switch2Save برای ایفای نقش کلیدی در ارتقای تحول کم کربن صنعت ساخت و ساز آماده هستند.