www.eco-bau.ch Fachtagung I Congrès eco-bau 2014

Neues von der Glasfront | Verres: dernierès nouvelles du front Andreas Schüler, EPFL, Laboratoire d'Energie Solaire LESO

Neues von der Glasfront

Dr. Andreas Schüler Labor für Sonnenenergie und Bauphysik LESO-PB

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL

30 m2 PV Module

(3 kW-Peak)

Tageslicht-Nutzung

(DFAVERAGE = 3%)

Isolierglas

(U = 1.1 W/m2K)

Fassadenbrüstung

Lärche

(U = 0.85 W/m2K)

Solargebäude LESO

Themen

Grundlagen

- Architektur mit Glas

- Recycling und Lebenszyklusanalyse

- Kennzahlen und Datenbanken

- Vermessung von Fenstern

- Beschichtungstechnologie

Neue Entwicklungen

- Sonnenschutz-Beschichtungen

- Optische Mikrostrukturen

- Elektrochrome Fenster

- Selbstreinigendes Glas

- Farbiges Solarglas für Photovoltaik und thermische

Sonnenkollektoren

Architektur

mit Glas

Traditionelle Bauweise: Kleine Fenster

MINERGIE-Architektur:

Solarenergie-Eintrag, low-e Beschichtungen

Glasfassaden: Überhitzungsschutz

Recycling von Architekturglas

GRI-Glasrecycling, Viersen

Glasbehälter: aus 60-90% Altglas

Architekturglas landet auch heute noch meistens vermischt mit anderen

Materialien auf Deponien

Die Infrastruktur zum Recycling von Flachglas ist erst im Aufbau begriffen.

In der Schweiz: www.gvzag.ch

Eigenscherbenanteil bei der Herstellung von Flachglas: 20-30%

Bei 10% Altglaseinsatz reduziert sich die Schmelzenergie etwa um 3%

Lebenszyklusanalyse LCA

Saint-Gobain Glass:

firmeninterne Lebenszyklusanalyse LCA

nach Normen ISO 14025, 14040 & 14044 http://epd.saint-gobain-glass.com

LCA berücksichtigt CO₂-Emissionen, Energie- und Wasserverbrauch,

Wasser- und Luftverschmutzung

Beispiel: Zweifach-Isolierglas SGG Climaplus (4-16-4)

CO₂-Ausstoss bei der Herstellung von 1 m2: ~ 31,4 kg

Nach drei Monaten ist die graue Energie durch Energieeinsparung kompensiert

(im Vergleich zu einer 1-fach-Scheibe)

Nach zehn Monaten sind die Emissionen kompensiert

Thermische und optische Kennzahlen

Wärmedämmung: U-Wert

Solarenergie-Eintrag: g-Wert

g = te + qi

G. Reber et al., CISBAT 2013

Datenbanken für Architekturglas

Universität Basel

http://www.glassdbase.unibas.ch

Lawrence Berkeley National Laboratories

http://windows.lbl.gov/materials/IGDB

Beschichtungstechnologie

Schichtentwicklung im Labor EPFL/LESO-PB

Industrielle Herstellung

Fenster-Messstand (I)

Optische Vermessung von Mehrfachverglasungen

Spektrophotometrie

T(l,q), te(q), tv(q)

R(l,q), A(l,q)

R. Steiner et al., CISBAT 2005

Pilkington InsulightTM

Fenster-Messstand (II)

Thermische Messungen

Experimentelle Bestimmung

des winkelabhängigen g-Wertes

G. Reber et al., CISBAT 2005

Neue Sonnenschutzfenster

Ideales Transmissionsspektrum

« M-Glas » : günstigereste/tv

P. Oelhafen, I. Mack, R. Steiner, L. Marot, Universität Basel

Franz Kamecke, A. Romanyuk, Glas Trösch

Pilotinstallation Institut für Physik, Uni Basel

Reflexion von Glasfassaden

« The Walkie-Talkie Building » , London

Konkave Flächen

Fokussierung

Im Brennpunkt…

Es kann heiss werden… Konzentriertes Sonnenlicht

Gegen den « Canyoneffekt »

Idee:

Sonnenlicht im nahen Infrarot (NIR) zurückstrahlen

T. Inoue et al., CISBAT 2013

Prototyp mit neuer Rückstrahl-Folie

Experimenteller Nachweis:

Dank Rückstrahlen von NIR weniger Wärme am Boden

T. Inoue et al., CISBAT 2013

Blendschutz

Diffuses Tageslicht

Wintersonne (20-50°)

Diffuses Licht

A B

Geringe Reflexion

Saisonabhängiger g-Wert

Lichtumlenkung im Winter

A. Kostro, A. Schüler, EPFL/LESO-PB

Grosser Sonnenenergieeintrag vom direkten Sonnenlicht

Saisonabhängiger g-Wert

Lichtumlenkung im Sommer

Diffuses Tageslicht

A B

Blendschutz

Sommersonne (50-60°)

Diffuses Licht

Geringer Sonnenenergieeintrag vom direkten Sonnenlicht

Reflexion

A. Kostro, A. Schüler, EPFL/LESO-PB

Saisonabhängiger g-Wert

Neue optische Mikrostrukturen

A. Kostro, A. Schüler, EPFL/LESO-PB

Partner: BASF Schweiz und Solar Control

Mikrostrukturen für Tageslichtnutzung

Computersimulationen

Winkelabhängigkeit

Thermischer

Energieeintrag Temperaturverlauf

Ray-Tracing

Simulationen

Tageslicht-Metrik

A. Kostro, A. Schüler, EPFL/LESO-PB

Elektrochrome Fenster

Kimmel Center for the Performing Arts, Philadelphia BLT Architects, SAGE

Elektrochrome Fenster

Spektrale Transmission und g-Wert

I. Mack et al., CISBAT 2005

Selbstreinigende Fenster

Saint-Gobain, Pilkington

Photokatalyse & Hydrophile Oberflächeneigenschaften

TiO2 : Anatase

UV + TiO2 → TiO2 (h+ + e-)

Reaktion mit Wasser:

Bildung von OH-: reaktives Hydroxylradikal Redoxpotential E0 = +3.06 V

Zersetzung von Verunreinigungen

Neues farbiges Solarglas für PV und T

Klassische Photovoltaikmodule

Rahmenlose Glas/Glas PV Module

PV Dachziegel

Thermische Sonnenkollektoren

V. Le Caër, N. Jolissaint, SwissINSO

A. Schüler, EPFL/LESO-PB

Farbige Beschichtung

Glazing

Einfallende Solarstrahlung

Transmission Farbige Reflexion

Reflexion

Farbige Beschichtung: Interferenzfilter

Mehrfach-Beschichtung, am LESO-PB entwickelt und optimiert für

• Gewünschte Farbe

• Bester Kompromiss zwischen Farberscheinung und

Energieeffizienz

Solarspektrum AM1.5g

Reflexion eines schmalen Spektralbandes

Inte

nsi

tät

Wellenlänge (nm)

Markteinführung:

SwissINSO, mit Partnern Emirates Insolaire & Solstis

Rahmenlose Glas/Glas PV Module - spezielle verdeckte Aufhängung

Erste Pilotanlage

April 2013: Testfassade im Wallis

SwissINSO & Acomet

Geplante Fassadenrenovierung auf dem

Campus der EPFL

Ausblick

PV Module

mit graphischem Element

PV Module

gleichmässig satiniert

Anzeige der momentan

produzierten Leistung

des Photovoltaik-Parks

Romande Energie

Nicht-aktive Verkleidung

Zusammenfassung

Auf dem Markt etabliert:

- Low-e Beschichtungen und Sonnenschutzbeschichtungen

- Hilfe zur Produktauswahl: Glasdatenbanken und Fenster-Messstand

In der Forschung:

- Optische Mikrostrukturen

- Neue Beschichtungen

Markteinführung:

- Elektrochrome Fenster

- Selbstreinigendes Glas

- Farbiges Solarglas für PV & T

Nachhaltigkeit:

- Recycling

- Lebenszyklusanalyse

Danksagung

LESO-PB @ EPFL

André Kostro, Olivia Bouvard, Martin Joly, Antonio Paone, Mathieu Perrenoud

Virginie Le Caër, Nicolas Jolissaint, Mario Geiger, Yannik Antonetti, Marina Gonzalez,

Martin Python, Estelle de Chambrier, Benjamin Huriet, Deepanshu Dutta, Miguel Valle del Olmo, Charudatta

Galande, Olivia Bouvard, Pierre Loesch, Laurent Deschamps,

Maria-Cristina Munari-Probst, Christian Roecker, Prof. Jean-Louis Scartezzini

Zusammenarbeit auf dem EPFL Campus

Rosendo Sanjines (LPMC), Yves Leterrier, Rémy. Teuscher (LTC), Danièle Laub (CIME),

P. Flückiger, C. Hibert (CMI), Michel Schaer, Prof. Libero Zuppiroli (LOMM)

Universität Basel

Iris Mack, Georges Reber, Jamila Boudaden, Roland Steiner, Andriy Romanyuk, Laurent Marot,

Prof. Peter Oelhafen

SPF Rapperswil

Paul Gantenbein, Stefan Brunold, Prof. Matthias Rommel

PV-Lab Neuchâtel

Laure-Emmanuelle Perret-Aebi, Ségolène Pélisset, Christian Schlumpf, Valentin Chapuis,

Aïcha Hessler, Prof. Christophe Baillif

Forschungsfinanzierung

Bundesamt für Energie BFE

Kommission für Technologie und Innovation KTI Schweiz

Schweizerischer Nationalfonds SNF

Industriekontakte

GLAS Trösch, St-Gobain, AGC-VIM, BASF Switzerland, Solar Control SA, Romande Energie, SwissINSO,

Emirates Insolaire, Solstis, Agena, Schweizer, …

Merci !