Kan Vinduer Tenke Selve?
Smart-vinduer, eller elektrokrome vinduer, er vinduer som kan justere mengden elektromagnetisk stråling som slippes igjennom. Slike vinduer blir brukt i dag i for eksempel de nye Dreamliner flyene til Norwegian. Elektromagnetisk stråling omfatter alt fra UV-stråling til synlig lys til varmestråling. Vanlig vinduer stopper noe av de kortere bølgelengdene som UV-stråling, men lar det meste av synlig lys og varmestråling fritt passere. Vi har alle enten tatt på en vindusrute på hytta om vinteren, eller sittet i baksete i bilen med hode inntil bilruten, og følt at den var iskald. Bygningssektoren står i dag for omtrent 40 % av energibruken, og dermed klimagassutslipp, i verden med oppvarming og nedkjøling av bygg som en vesentlig del av denne bruken. I bygg med air-condition vil man holde varmen ute og i kalde strøk vil man holde varme inne. Problemet med dette er at vinduer slipper igjennom varmestråling og vi må bruke mer energi på å holde den ønskede inne-temperaturen. Hvis vi kan justere varmestrålingen som et vindu slipper igjennom, kan energibruken til oppvarming og nedkjøling reduseres med så mye som 50 %.
Ved å endre fargen på vinduet, kan vi justere mengden elektromagnetisk stråling som slipper igjennom. Bildet viser et fly-vindu.
Høyteknologisk sandwich
En måte å lage et smart-vindu på er med en reversible kjemisk reaksjon som gir en fargeendring i vinduet. En slik fargeendring vil redusere det synlig lyset, og varmestrålingen, som slippes igjennom. Reaksjonen må være reversible fordi når vinduet først har blitt mørkt, må vi kunne gjøre det gjennomsiktig igjen når vi måtte ønske. Fargeendringen skjer fordi noen materialer endrer farge når visse typer ioner blir ført inn i materialet. Slike materialer kalles elektrokrome materialer. På atom-nivå er mange materialer arrangert i periodiske nettverk kalt krystallstruktur. I dette nettverket kan det være plass for atomer og ioner til å bevege seg og finne seg en plass. Når de finner en plass og reagerer med “naboene” i nettverket skjer denne fargeendringen. Figuren nedenfor viser den lag-vise strukturen til et smart-vindu. På hver ytterkant er det vanlig glass etterfulgt av et gjennomsiktig og elektrisk ledende lag (Transparent conductor). Deretter er det på den ene siden et lag som fungerer som et reservoar for ionene (Ion storage film) som skal føres inn i materialet på den andre siden som er det elektrokrome materialet (Electrochromic film). En viktig egenskap er at begge disse lagene må være gjennomsiktig når ionene ligger i reservoaret sitt.
Ved å sette på en elektrisk spenning over de elektrisk ledende lagene kan vi flytte ionene mellom reservoaret og det elektrokrome materialet. Det midterste laget (Ion conductor) er der for å sørge for at kun ioner kan ta “snarveien” rett igjennom laget, og ikke elektroner. Hvis elektroner også kunne gått igjennom laget, ville vinduet kortsluttet og ikke fungert.
Fremtiden
Den største utfordringen er å finne materialer som har egenskapene nevnt over som i tillegg fungerer godt over lang tid og ikke er kjempedyre. Dette er viktig for at elektrokrome vinduer skal bli brukt til sitt fulle potensiale. Det forskes mye på mulige løsninger. Noen forskere har klart å lage et materialsystem som kan justere mengden synlige lys og varmestråling som slippes igjennom uavhengig av hverandre!
