Cam cepheler modern mimariyi karakterize eder. Güneş radyasyonu kışın ısınmayı destekler ancak yazın bina içi çok ısınır ve aktif soğutma gerektirir. Akıllı pencereler, güneş ışınımını hava durumuna göre düzenleyebilir; bu, enerji tasarrufu dönemlerinde ileriye dönük bir çözümdür. “The Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology” (Fraunhofer FEP), rulodan ruloya teknik ile cam üzerine ultra ince dünyanın ilk termokromik katmanını üretmeyi başardı. Böylece gelecekte mekanik panjurlar gereksiz hale gelecek ve aynı zamanda bir binanın soğutmasında ve ısıtmasında kullanılacak enerji gereksinimleri azalacaktır.
Ofis kompleksleri, kamu binaları ve yeni binalar çoğunlukla mimari olarak büyük, güneye bakan pencereler ve cam cephelerle karakterize edilir. Güneş radyasyonu kışın ısınmayı destekler ancak yazın bina içi çok ısınır ve aktif soğutma gerektirir. Buna panjur ile gölgeleme tekniği örnek olarak gösterilebilir fakat bu teknik, konforu azaltır ve kışın binadaki ısı girdisine katkıda bulunmaz. Özellikle önümüzdeki sonbahar ve kış dönemi dünyadaki enerji krizi nedeniyle enerji tasarrufu için çok önemli olduğundan, akıllı pencereler burada oldukça etkili bir çözüm sunabilir. Bu tür akıllı pencereler, hava durumuna göre güneş radyasyonunun ısı girdisini düzenleyebiliyor.
Termokromik ve elektrokromik kaplamalar için kaplama teknolojileri
Fraunhofer FEP, pencere camından binaya girdisi olan ısı radyasyonunun azaltılmasında büyük katkı sağlayabilecek yüzey kaplamaları üzerinde araştırma yapıyor. Araştırmacılar proje ortakları ile birlikte örneğin AB projesi “Switch2Save”de olduğu gibi, elektrokromizm (bir voltaj uygulayarak enerji iletiminin anahtarlanması) ve termokromizm (enerji aktarımının aşılarak anahtarlanması/belirli bir sıcaklığın altına düşme) etkilerini kullanan aktif, akıllı kaplama sistemleri üzerinde çalışmaktadır. Bu tür elektrokromik filmler sadece yeni binalarda değil yalıtım camlarıyla birlikte mevcut binalarda bulunan camların güçlendirilmesinde de kullanılabilir. Aynı zamanda yakın bir dönemde (01.08.2022 – 31.07.2026) başlatılan “FLEX-G4.0” projesinin konusudur.
Solar kontrol sistemleri ve düşük emisyonlu kaplamalar gibi bazı pasif teknolojiler piyasada ticari amaçla mevcuttur. Ancak folyo veya cam üzerine üretilen bu ince kaplamalar, sadece enerji geçirgenliğinin kalıcı olarak ayarlanmasını sağlar. Bu nedenle, yazın ısı radyasyonunu önlemek için yalnızca tek bir ortamda çalışırlar ancak kışın bu aynı nedenle dışarıda tutulur. Ayrıca üretim sürecinde gümüş gibi pahalı kaynakları da kullanırlar. Bu nedenle Fraunhofer araştırmacıları özellikleri optimize etmeye ve bu tür zor bulunan malzemeleri değiştirmeye odaklanıyorlar.
İster pasif (düşük emisyonlu; solar kontrol) ister aktif (elektrokromik; termokromik) olsun tüm teknolojilerde zorluk, farklı özellikler arasındaki dengeleme işlemini aynı anda idare edecek şekilde ustalaşmasıdır. Farklı dalga boyları arasındaki optik izlenim ve optik etkenlik daha büyük bir enerji iletimine karşı ihmal edilebilir mi yoksa daha büyük bir rol oynuyor mu ona bakılır. Aynı şekilde termokromik kaplamalar için anahtarlama sıcaklıklığı aralıkları ve tabii ki üretim maliyetleri de dikkate alınmalıdır.
Fraunhofer FEP‘deki araştırmacılar çok yönlü ve yeni çözümler bulmak için şu aralar ince cam üzerindeki termokromik elementlere kaplama teknolojileri geliştiriyorlar. Yaklaşık 100 µm kalınlığa sahip substrat malzemesi, kullanım açısından ve daha geniş alanları ölçekleme konusunda avantajlıdır fakat uygulanması oldukça zordur. Aynı zamanda işlemeyi kolaylaştırabilecek alternatif substrat olarak bir polimer filmin hemen kullanılması mümkün değildir. Bunun nedeni üretim sürecindeki yüksek sıcaklıklardır.
Dünya çapında rulodan ruloya proseste ince cam üzerinde ilk termokromik kaplamalar
2022’nin başlarında Fraunhofer FEP‘deki araştırmacılar, rulodan ruloya teknolojisini verimli kullanarak dünyanın ilk vanadyum dioksit bazlı termokromik katmanını ultra ince cam üzerinde üretmeyi başardılar. Fraunhofer FEP grubunun lideri Dr. Cindy Steiner: “Böylece rulodan ruloya teknolojisini ekipmanlarımızla laboratuvardan pilot ölçeğe seviyelendirmede önemli bir adım atmış olduk. Termokromik kaplamalar, belirli bir sıcaklık sınırını aştığında kızılötesi aralığındaki yayılımları değiştirir fakat görünür aralıktaki yayılımlar değişmeden kalır. Böylece kullanıcı pencerede herhangi bir optik değişiklik fark etmez ve ışık konforu veya görüş kalitesi bakımından herhangi bir sınırlandırma olmaz. Bu da yaz aylarında ısı radyasyonunu etkili bir şekilde engelleyerek klima ihtiyacını azaltır. Kışın ise güneşten gelen ısı radyasyonunun pencere camından geçmesi sağlar ve bu da ısıtmada kullanılan enerji tüketiminde tasarruf sağlar” dedi.
Anahtarlama sıcaklığı yaklaşık 20 °C‘dir, yani binalara takılan termokromik ince cam 20 °C‘nin üzerinde ısındığında iletici ve yansıtıcı durumlar arasında geçiş yaptığı anlamına gelir. Dr Cindy Steiner, “Bu geçiş sıcaklığı katman sisteminin bileşimi, proses kontrolü ve yapısı sayesinde iklim gereksinimlerine göre ayarlanabilir” diye ekledi.
Bir sonraki adımda, teknoloji büyütülecek ve pazar olgunluğuna getirilecek. Böylelikle araştırma konuları özellikle alt tabaka işlemi optimizasyonu, uzun vadeli kararlılık ve gerekli anahtarlama sıcaklığının ayarlanması olarak belirlenmiştir. Burada sunulan teknolojilerin kombinasyonu, gelecekte mekanik panjurları gereksiz olarak gösteriyor ve bir binanın soğutma ve ısıtma enerjisi gereksinimlerini aşırı durumlarda bile %60‘a kadar azaltabiliyor.
Kaynaklar
1. https://techxplore.com/news/2022-09-thin-film-technologies-energy-transition.html