211service.com
Hur fönsterglas blir smartare
Heliotrope Technologies , en startup i ett tidigt skede som för närvarande inkuberar vid Lawrence Berkeley National Laboratory, kan ha hittat nyckeln till att leverera det första kostnadseffektiva smarta fönstret. Företaget har utvecklat en relativt billig glaskomposit med oöverträffad förmåga att selektivt blockera solens värmeproducerande infraröda strålning samt synligt ljus. Byggnader utrustade med sådant glas skulle kunna vara mer energieffektiva.
Smartare glas: Ny forskning ledd av Heliotrope medgrundare visade det första elektrokroma glaset som kan färgas reversibelt och även blockera infraröd strålning medan det är transparent.
Företaget nyligen meddelat att man skulle börja skicka prover till stora glastillverkare för att utvärdera dess potential för kommersiella byggnader och bostadshus. Man siktar på att producera sin första produkt inom tre år.
Många experter ser den framväxande teknologin för smarta eller dynamiska fönster – som använder glas vars transmittans av solstrålning kan ändras vid behov genom att applicera värme (termokromatisk), ljus (fotokrom) eller elektricitet (elektrokrom) – som ett lovande sätt att stävja energiförbrukning för kylning och belysning av byggnader. National Renewable Energy Laboratory har beräknad att en utbredd användning av tekniken kan minska energianvändningen i USA med cirka 5 procent. Marknaden för smarta glas är dock fortfarande liten och är mestadels begränsad till nischapplikationer som tonbara backspeglar i bilar. Efterfrågan på smarta fönster är låg eftersom initialkostnaderna är oöverkomligt höga för de flesta potentiella köpare.
Två företag, Se och Sage Elektrokromik , har tagit ledningen i den nya industrin. Den senare förvärvades nyligen av en stor glastillverkare, Saint-Gobain. Men den första generationens produkter dessa företag tillverkar modulerar huvudsakligen synligt ljus, och varje liten variation i deras förmåga att blockera infraröd (IR) strålning kan bara inträffa samtidigt som synligt ljus också blockeras, säger Delia Milliron , en Heliotrope medgrundare, företagets chief scientific officer och stabsforskare vid LBNL. Det finns ingen separation som en funktion av spänning som vi har i våra material.
Millirons grupp på LBNL publicerade en tidning förra månaden i Natur där den beskrev ett nytt glaskompositmaterial som kan färgas reversibelt och kan blockera infraröd strålning samtidigt som det förblir transparent - den första demonstrationen av glas som möjliggjorde oberoende kontroll över transmittansen av synligt ljus och IR-strålning. Det nya materialet kan växla mellan tre lägen, i själva verket - helt transparent, transparent men blockerande IR-strålning och blockering av både synlig och IR-strålning - beroende på mängden pålagd spänning. Och när glaset väl har växlat är det inte längre nödvändigt att köra ström genom det.
Ett elektrokromiskt fönster fungerar i princip som ett genomskinligt uppladdningsbart batteri. Två stycken ledande glas lägger ihop ett elektrolytmaterial, och förändringar i glasets transmittans uppstår som svar på elektrokemisk laddning och urladdning.
I designen som demonstreras av Millirons grupp, är den nya kompositen, gjord av indiumtennoxidnanokristaller inbäddade i nioboxidglas, avsatt på ena sidan och fungerar som en elektrod; en annan elektrod placeras på motsatt sida av elektrolyten. Att lägga på en måttlig spänning gör att nanokristallerna blir elektroniskt laddade, vilket i sin tur gör att IR-strålning absorberas och blockeras. Att lägga på en något högre spänning gör att nioboxidglaset reduceras elektrokemiskt, vilket resulterar i toning. Slutligen, en annan blygsam spänning gör att glaset växlar tillbaka till helt transparent.
Även om Heliotrope inte använder exakt de material som används i Millirons publicerade forskning, liknar företagets egenutvecklade kompositioner de som hennes grupp har visat, säger medgrundare och president Jason Holt.
Den kraftfulla nya funktionaliteten hos Heliotropes material är inte ens dess viktigaste utmärkande drag, åtminstone på kort sikt, enligt Holt. Jag tror att det som verkligen kommer att utöka marknaden för smarta fönster är en produkt som är mycket billigare än vad som finns där ute.
Produkterna som View och Sage tillverkar är ungefär dubbelt så dyra per kvadratfot för slutanvändaren jämfört med ett typiskt statiskt dubbelglasfönster, säger han. Eftersom Heliotropes material kan tillverkas med relativt billiga lösningsdeponeringstekniker och inte kräver de dyrare vakuumdeponeringsteknikerna som vanligtvis används för att tillverka elektrokromer, tror Holt att företaget så småningom kan tillverka produkter med priser som ligger mer i linje med standarden. dubbelglasade fönster. Det är där du behöver vara om du vill börja se dessa som energieffektiva produkter och utsätta dem för energiåterbetalningsstatistik och sånt.
Nuvarande smarta glasprodukter är så dyra, och återbetalningstiden för dem är så lång, att köp av smart glas enbart på grundval av dess energieffektivitet inte är något som verkligen händer idag, säger Eric Bloom, senioranalytiker på Navigant Research som nyligen författat en rapport fokuserat på den smarta glasmarknaden. Faktum är att under de närmaste åren, när Sage och View ökar sin tillverkningskapacitet, kommer marknaden sannolikt att drivas mestadels av köpare som har råd att köpa smart glas helt enkelt för att det är coolt, säger Bloom. Kostnaderna sjunker dock, och ur ett energibesparingsperspektiv, säger han, kommer affärsfallet för smarta glas att se mycket mer övertygande ut om cirka fem år.
För nu kommer Heliotrope att fokusera på att anpassa sin tillverkningsteknik för att göra prototyper mätt i kvadratfot istället för kvadrattum. Om allt går som planerat, säger Holt, kommer företaget att tillverka små formfaktorenheter, kanske lika stora som ett takfönster, inom cirka två och ett halvt år.