Klarer Durchblick. Optimierung der Lichttransmissionseigenschaften von Verglasungen

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1 Forum Building Science 2013 Klarer Durchblick Optimierung der Lichttransmissionseigenschaften von Verglasungen Dipl.-Ing. Walther Glaubitt, Dr. Jörn Probst Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC Würzburg (D)

2 Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC Das Material-Entwicklungsunternehmen Entwicklung von Produkten und Verfahren bis zur Anwendungsreife im direkten Kontakt mit dem Auftraggeber Die Zielgruppe: Industrie- und Dienstleistungsunternehmen jeder Größe 315 Mitarbeiter davon 176 Festangestellte / 19 Doktoranden / 25 Diplomanden, Praktikanten und studentische Hilfskräfte

3 Vom Entwicklungsprojekt zum Produkt: Fenster mit optimierter Lichttransmission Kooperation von ISC und 3 Industrieunternehmen Die Forscher & Entwickler Die Beschichtungsexperten Die Isolierglasprofis Die innovativen Produzenten Innovation durch Systemintegration

4 Das Fenster: HÖHBAUER VITALWohlfühlglas Markteinführung 2012 Mehr natürliches Tageslicht in Wohn- und Arbeitsräumen Eisenoxidarmes Flachglas mit geringer Lichtabsorption Antireflex-beschichtet Höchste Stabilität durch Faserverbund-Werkstoff RAU-FIPRO 3-Scheiben-Verglasung U w = 0,75 W/m²K Firmensitz Höhbauer Luhe-Wildenau Bilder Höhbauer GmbH

5 Das Isolierglas: UniGlas Vital Wohlfühlglas Dreifach-Verglasung mit Lichtverhältnissen besser als Zweifach-Verglasung deutliche Erhöhung des belebenden blauwelligen Lichtanteils Höhere Vitalität und Leistungsfähigkeit Positive Einflüsse auf Stimmung und Wohlbefinden Hohe Wärmeschutzwirkung Bild UniGlas GmbH 2012

6 Spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges Maxima: 460 nm 510 nm 550 nm schwarz: Hellempfindlichkeit rot: Empfindlichkeit Dunkelsehen blau: Empfindlichkeit nicht-bildgebender Rezeptoren (Melatonin- Steuerung) Piazena H: Circadiane Wirksamkeit der Solarstrahlung. Tageslicht 1 (2004) 41-45

7 Licht und Gesundheit Melatonin-Regelung Auf der Netzhaut (Retina) wird blaues, kurzwelliges Licht (ca. 460 nm) durch nicht bildgebende Rezeptoren (NIF) aufgenommen Signalweiterleitung durch Nerven (RHT-Fasern) zum Nucleus suprachiasmaticus (SCN) SCN regelt Hormonfreisetzung (tagsüber niedrig, nachts hoch) Zirbeldrüse (Epiphyse) gibt Melatonin in die Blutbahn ab Copyleft:

8 Unsere gemeinsame Entwicklung: Fensterglas für Wohlbefinden und Gesundheit Produktbenefits: deutliche Erhöhung des Lichtdurchgangs auf 80 % (EN 410) hochtransparente low-ε-schichten Pos g-wert: 0,67 (EN 410) U g = 0,7 W/m² K (EN 673) Zum Vergleich: Zweifach-Isolierglas UNIGLAS TOP Premium 1.1 g-wert: 0,63 U g : 1,1 W/m² K AR beidseitig (Pos 3 + 4) Grafiken UniGlas GmbH 2012

9 HÖHBAUER Vital Wohlfühlglas: Dreifach-Isolierglas im Vergleich Produktbenefits: Lichtdurchgangswert für blaues, kurzwelliges Licht 79 % Lichtverhältnisse der 3-Scheiben- Wärmeschutz- Verglasung besser als 2-Scheiben- Wärmeschutz- Verglasung typisches 3-fach Isolierglas Grafik Höhbauer GmbH

10 Reflexion von Glas Grafik Centrosolar Glas GmbH

11 Prinzip Antireflexbeschichtung Optimale AR-Beschichtung muss zwei Bedingungen für destruktive Interferenz erfüllen Phasenbedingung: λ = 4n c. d Amplitudenbedingung: n c = n air. n c n c : Brechzahl der porösen Schicht d: Schichtdicke n air : ~ 1 n s : Brechzahl der Glasscheibe 1,52 n silica : Brechzahl des Beschichtungsmaterials 1,46 Grafik Centrosolar Glas GmbH

12 Antireflex-Beschichtung für Fensterglas Transmissionen: Flachglas mit geringem Eisenoxidanteil, unbeschichtet: blaue Kurve Beidseitig beschichtet für Mittelscheibe in 3- fach-verglasung: rote Kurve Einseitig beschichtet für VSG mit PVB- Folie: grüne Kurve Grafik Centrosolar Glas GmbH

13 Geringere Winkelabhängigkeit der Transmission Antireflexglas unbeschichtetes Glas relative Verbesserung der Transmission

14 Entspiegelnde Einfachschicht Mischung des Glashauptbestandteils SiO 2 und Luft unter Bildung einer porösen SiO 2 -Antireflexschicht

15 Industrieller Prozess: Tauchbeschichtung Bild Centrosolar Glas GmbH

16 Produkte aus der Fraunhofer-Centrosolar-Kooperation

17 Antireflex-Schutzverglasung Schutz von historischen Verglasungen gegen Umwelteinflüsse Einstellbare Reflexionsfarbskala Kunststoff Antireflexglas ungeschützt

18 Reinigung von AR-Glas durch Kapillarkondensation 1,450 Index Offenporige of refraction Antireflexschicht versus RH 1,400 1,350 Adsoprtion Desorption Index N 1,300 1,250 1,211 1,200 1, Porosität: 54 % RH (%) Relative Feuchte (%)

19 Weiterentwicklung: Antireflex-Glas mit Staub abweisender Wirkung (Laborprodukt) Staub mit Finger abgewischt beschichtet unbeschichtet

20 Ausblick: Weiterentwicklung Dreifach-Verglasung Entwicklungsziele: Erhöhung des Lichtdurchgangs auf 90 % (EN 410) hochtransparente low-ε-schichten Pos g-wert: 0,86% (EN 410) U g = 0,7 W/m² K (EN 673) Dreifach-Verglasung mit Lichtverhältnissen wie Einfach-Verglasung und Wärmeschutz einer Dreifach-Verglasung AR + Staub abweisend (draußen) AR beidseitig (Pos 3 + 4) AR + Antifingerprint (drinnen) Grafiken UniGlas GmbH 2012

21 Lichttransmission im Vergleich Unbeschichtet: 4 mm Flachglas mit geringem Eisenoxidanteil Transmission ( nm) 91,7 % Transmission bei 4 Scheiben (rechts): 70,7 % Antireflex beschichtet: Erhöhung des Lichtdurchgangs auf 99,4 % ( nm) Transmission bei 4 AR-Scheiben (links): 97,6% Bild Donau-Universität Krems Lichtlabor

22 Die Zielgruppen Bauplanungsabteilunge n aus Industrie/Wirtschaft Krankenhausplaner / Reha- Hausplaner Krankenhausgesellschaften (Helios/Sana ) Gewächshausbauer Konzeptionsbüros Bausparkasse n Krankenkassen Einsparpotenzial durch positive Wirkung auf die Gesundheit der Menschen Das Wohlfühlglas private Bauherren/ Haussanierer Innovative Baukonzepte für jedermann Architekten / Energieberater Innovative Bauten Aktiv-Solarhaus, Konzepte zu ganzheitlichem, menschengerechten Bauen Bauunternehmen / Bauherren / Stadtbaudirektoren / Stadtteilentwickler Innovative Baukonzepte für Investoren, Stadtplaner, Stadtarchitekten Stadt der Zukunft