スマートガラスコーティングがガラスビルを冷却できる

フラウンホーファー研究所の研究者たちは、太陽光で自動的に暗くなるスマートコーティングを建物のガラス用に開発しました。この技術は、電気刺激と温度変化の両方に対応するエレクトロクロミック材料とサーモクロミック材料を組み合わせたものです。大規模なガラスカーテンウォールを備えた現代の建物では、このコーティングは太陽放射による室内の過熱を効果的に軽減し、エネルギー集約的な空調システムへの依存を減らします。

建設業界は、世界の温室効果ガス排出の主要な原因の一つです。例えば、ドイツでは、連邦環境庁の統計によると、建設部門が国の二酸化炭素排出量の約30％、エネルギー消費量の35％を占めています。特にオフィスビルなど、大きなガラスファサードと屋根を持つ建物は、夏の強い太陽放射中に室温が急上昇します。ブラインドやカーテンなどの従来の遮光デバイスは、視覚的な美しさを損ない、眺望を妨げることがよくあります。その結果、そのような建物は冷却のために空調に頼ることが多く、高い電力消費とカーボンフットプリントの増加につながります。

この問題に対処するため、フラウンホーファー珪酸塩研究所（ISC）とフラウンホーファー有機エレクトロニクス、電子ビーム、プラズマ技術研究所（FEP）は共同で、EU資金による「Switch2Save」プロジェクトを主導しました。彼らは、スマートウィンドウコーティング技術の開発と応用を進めるために、いくつかのヨーロッパ諸国の大学や産業パートナーと協力しました。

このスマートコーティングシステムでは、エレクトロクロミックコンポーネントは透明導電膜に基づいています。膜に電圧を印加すると、イオンと電子の移動がトリガーされ、ガラスが透明から暗くなるように可逆的に変化します。一方、サーモクロミックコーティングは、周囲温度が特定のしきい値に達すると、外部電源なしで受動的な応答メカニズムとして、太陽熱を自動的に反射します。

エレクトロクロミック素子は、光の強度と温度をリアルタイムで監視するために、センサーと制御システムと統合できます。値が設定されたパラメータを超えると、システムは導電膜に電気信号を送信し、ガラスを徐々に暗くします。これにより、熱の侵入を効果的にブロックし、防眩機能を提供します。曇りの日や夜間には、ガラスは完全に透明に戻り、自然光の導入を最大化します。

この技術は、すでに実際の建物の用途に実装されています。たとえば、このスマートガラスシステムは、ギリシャのアテネにある大規模病院の小児科クリニックと、スウェーデンのウプサラにあるオフィスビルに設置されています。研究者は、レトロフィット前後の空調システムの電力使用量を比較し、実際の気候条件下での省エネ性能を検証するために、1年間のエネルギー消費モニタリング調査を実施します。

製造に関しては、チームは湿式化学プロセスと真空コーティング技術を採用しています。エレクトロクロミックコーティングは柔軟なポリマーフィルムに統合され、サーモクロミック層は超薄型ガラス基板上に準備されます。ロールツーロール製造方法により、経済的でスケーラブルな製造が可能になります。最終製品はわずか数百マイクロメートル厚で、1平方メートルあたり500グラム未満の重量であり、構造的な変更なしに既存の建物の窓に簡単に設置できます。

現在、プロジェクトチームは、技術の適用性をさらに高めることに注力しています。取り組みには、エレクトロクロミックユニットとサーモクロミックユニットを組み合わせて規制の柔軟性を向上させること、曲面ガラスに適したコーティングプロセスを開発すること、多様な建築美観のニーズに対応するためにグレーとブルー以外のカラーオプションを拡大することなどが含まれます。

地球温暖化とEUグリーンディールが進むにつれて、エネルギー効率の高い建物技術への需要が急速に高まっています。EUのすべての建物は、2050年までにカーボンニュートラルを達成することが期待されています。Switch2Saveのようなスマートウィンドウ技術は、建設業界の低炭素化を促進する上で重要な役割を果たすことが期待されています。