pte20230130002 Umwelt/Energie

Chamäleonartiges Baumaterial kühlt und heizt

Anpassung an Temperatur: 92 Prozent der einfallenden Infrarotstrahlen im Sommer abgegeben


So ändern sich die Eigenschaften der neuen Fassadenverkleidung (Fotos: pme.uchicago.edu)
So ändern sich die Eigenschaften der neuen Fassadenverkleidung (Fotos: pme.uchicago.edu)

Chicago (pte002/30.01.2023/06:05)

Konkurrenz für ein Material, das im Sommer kühlt und im Winter wärmt: Forscher der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago haben ein chamäleonartiges Baumaterial entwickelt, das seine Farbe abhängig von der Außentemperatur ändert, sodass es im Winter Wärmestrahlen absorbiert und im Sommer reflektiert. An heißen Tagen kann das Material bis zu 92 Prozent der einfallenden Infrarotstrahlen abgeben. Wärme dringt somit nicht ins Gebäude ein. An kälteren Tagen gibt das Material jedoch nur sieben Prozent der Wärmestrahlen ab, was dazu beiträgt, ein Gebäude warmzuhalten.

Gebäude "zieht sich um"

"Wir haben einen energiearmen Weg gefunden, ein Gebäude wie einen Menschen zu behandeln. Sie fügen eine Schicht hinzu, wenn Ihnen kalt ist, und entfernen eine Schicht, wenn es zu warm wird. Mit einem solchen intelligenten Material können wir die Temperatur in einem Gebäude ohne großen Energieaufwand erträglich gestalten", so Forscher Po-Chun Hsu. Schätzungen zufolge benötigen Gebäude 30 Prozent der weltweit verbrauchten Energie. Daraus resultieren zehn Prozent aller globalen Treibhausgase. Etwa die Hälfte dieser Energiebilanz entfällt auf die Beheizung und Kühlung von Innenräumen.

Hsu und Kollegen haben ein nicht brennbares elektrochromes Baumaterial mit einer Schicht entwickelt, die zwei Konformationen annehmen kann: festes Kupfer, das die meiste Infrarotwärme speichert, oder eine wässrige Lösung, die Infrarot emittiert. Bei jeder gewählten Triggertemperatur benötigt das Material eine winzige Menge an Strom, um zwischen den Zuständen zu wechseln. Das funktioniert ohne Effektivitätsverlust mindestens 1.800 Mal. Wird das Material in den einen oder anderen Zustand überführt, behält es diesen ohne weitere Energiezufuhr bei. "Wenn sich die Außentemperaturen nicht schnell und eher allmählich verändern, braucht man also sehr wenig Strom", sagt Hsu.

Kaum handgroße Schindeln

Bisher hat Hsus Gruppe Schindeln hergestellt, die etwa sechs Mal sechs Zentimeter groß sind. Viele davon sollen zu größeren Platten zusammengefügt und an Fassaden befestigt werden. Nutzer können den optischen Eindruck selbst bestimmen, denn die wässrige Phase ist transparent, sodass fast jede Farbe dahinter gelegt werden kann, ohne die Fähigkeit der Schindeln, Infrarot zu absorbieren oder abzustrahlen, zu beeinträchtigen.

(Ende)
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