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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
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
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
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, …