In dieser Abschlussarbeit geht es um das Thema Glas. In der modernen Architektur ist
der Baustoff Glas nicht mehr wegzudenken. Hatte die Verglasung bislang eher ein Schattendasein,
entdecken Wissenschaftler und Unternehmen nun, welche Möglichkeiten im
Werkstoff Glas stecken. Durch immer größere gläserne Gebäudefronten wird es schwer
mit herkömmlichen Sonnenschutzmethoden wie Jalousien die Sonneneinstrahlung zu
reduzieren. Die Arbeit befasst sich daher mit der neuen Technologie „elektrochromer Gläser“.
Dabei wird zuerst einmal geklärt was überhaupt Glas ist. In einem geschichtlichen
Überblick werden die wichtigsten Meilensteine der Glasherstellung genannt. Den Kern der
Arbeit bildet der Teil zum elektrochromen Glas. Darin werden der Aufbau sowie die Funktionsweise
beschrieben. Durch eine technische Analyse soll das System als Ganzes besser
verständlich werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Thematische Grundlagen
2.1 Begriffsabgrenzung
2.2 Forschungsstand
3 Werkstoff Glas
3.1 Die Geschichte des Glases
3.2 Definition
3.3 Glasstruktur
4 Floatglas
4.1 Der Herstellungsprozess von Floatglas
5 Elektrochromes Glas
5.1 Technik elektrochromer Gläser
5.2 Schichtsysteme
5.3 Elektrochrome Schicht
5.3.1 Aufbau und Funktionsweise
5.3.2 Physikalische Eigenschafen
6 Analytische Betrachtungsweise des Systems „elektrochromer Gläser“ nach Wolffgramm
6.1 Technische Analyse nach Wolffgramm
6.2 Symboldarstellung energieändernder Vorgänge
6.3 Struktur und Wirkprinzipien energieändernden Grundvorgänge
6.4 Vorgangsdarstellung „Elektrochromer Gläser“ nach Wolffgramm
6.4.1 Prozesscharakteristik
6.4.2 Symboldarstellung
6.4.3 Wirkfaktor Verarbeitungseigenschaften des Energieträgers
6.4.4 Wirkfaktor Energetische Wirkbedingungen
7 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das technische Potenzial und den Einfluss von elektrochromem Glas im modernen Gebäudebau, um eine Lösung für die sommerliche Überhitzung von Glasfassaden ohne mechanische Sonnenschutzsysteme aufzuzeigen.
- Grundlagen des Werkstoffs Glas und dessen Geschichte
- Funktionsweise und technische Analyse von elektrochromen Schichtsystemen
- Vergleich verschiedener schaltbarer Verglasungstechnologien
- Energetische Betrachtung und Wirkungsweise nach der Wolffgramm-Methode
- Anwendungsgebiete und ökonomisches Einsparpotenzial in der Architektur
Auszug aus dem Buch
5.1 Technik elektrochromer Gläser
Das Grundprinzip elektrochromer Gläser (EC) ist schon einige Zeit bekannt. Wissenschaftlich versteht man folgendes unter diesem Prinzip: „Glas oder Spiegelglas wird mit einem funktionalen Schichtverbund versehen. Wird innerhalb dieses Schichtverbundes die elektrische Ladung verschoben, was natürlich am besten durch das Anlegen einer geeigneten Spannung erfolgt, ändern sich die optischen Eigenschaften dieses Verbundes“ (Monk u.a., 1995).
Einer der stärksten Energieverbraucher in Bürogebäuden sind Heizung, Klimatisierung und Beleuchtung. Während seines Lebenszyklus verbraucht ein Bürogebäude das 12 bis 13-fache der eigentlich errechneten Menge an Energie (vgl. VDI Bericht Nr. 1527, 2000, S.363). In modernen Glasgebäuden ist es meist nicht mehr möglich selbständig ein Fenster zu öffnen. Wenn ein Gebäude fünfmal mehr Energie für Kühlen als für Heizen aufwenden muss, dann ist es als solches nicht mehr wirtschaftlich tragbar. War man früher im Gebäudebau mehr auf Wärme- und Sonnenschutz ausgelegt, ist es aus heutiger Sicht mehr und mehr das Energiemanagement.
Der Großteil der Nutzer in einem Bürogebäude aus Glas, wünscht sich eine große sichtbare Menge an Tageslicht und möchte sich dabei aber auch wohlfühlen. Um diesen Zustand bestmöglichst zu erzielen setzt man die Technik der beschichteten Gläser ein. Gerade in der Automobilbranche findet dieses Prinzip schon seit einigen Jahren Verwendung. Durch organische Moleküle, z.B. Viologen, ist es möglich, EC-Automobil-Rückspiegel herzustellen. Sie verringern gerade bei Nachtfahrten automatisch das einfallende Blendlicht. Die Nutzung dieses Effekts wurde über Jahre erforscht. Aber einen gezielten Einsatz im Gebäudebau bis zur Marktreife konnte erst die Firma Flabeg 1999 vorweisen. Damit war es nun möglich die Technik großflächig in Gebäuden anzuwenden. Seitdem gibt es zahlreiche Firmen die das Prinzip für die Herstellung elektrochromer Gläser nutzen und weiterentwickeln. Eines der bekanntesten und häufig eingesetzten EC-Materialien ist Wolframoxid (WO3). Dieses ändert bei der Reaktion reversibel seine Farbe von Transparent nach Tiefblau, bei der Reduktion von Elektronen und dem gleichzeitigen Einbau von kleinen Ionen, wie Wasserstoff (H+) oder Lithium (Li+). Bei der Oxidation und dem Ausbau der Ionen entfärbt sich das Wolframoxid wieder.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung führt in die Bedeutung von Glas als modernem Baustoff ein und definiert die zentrale Fragestellung nach dem Einfluss und Potenzial von elektrochromem Glas im Gebäudebau.
2 Thematische Grundlagen: Dieses Kapitel grenzt zentrale Begriffe wie Werkstoff, Glas und Baustoff voneinander ab und gibt einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand bezüglich der energetischen Herausforderungen durch Glasfassaden.
3 Werkstoff Glas: Es erfolgt eine historische Einordnung der Glasherstellung sowie eine wissenschaftliche Definition und Beschreibung der amorphen Glasstruktur.
4 Floatglas: Das Kapitel erläutert den industriellen Herstellungsprozess von Floatglas als Basisprodukt für moderne Glasanwendungen.
5 Elektrochromes Glas: Dieser Kernbereich befasst sich mit der Technik der Schaltbarkeit von Glas, den verschiedenen verfügbaren Schichtsystemen und einer detaillierten Analyse der elektrochromen Schicht.
6 Analytische Betrachtungsweise des Systems „elektrochromer Gläser“ nach Wolffgramm: Anhand der Methodik von H. Wolffgramm wird eine technisch-analytische Untersuchung des Systems durchgeführt, wobei Wirkprinzipien und energetische Prozesse dargestellt werden.
7 Zusammenfassung und Fazit: Das Fazit bewertet die Ergebnisse und das Zukunftspotenzial von elektrochromen Gläsern für das Energiemanagement in der modernen Architektur.
Schlüsselwörter
Elektrochromes Glas, Glasherstellung, Floatglas, Gebäudeautomation, Energiemanagement, Sonnenschutz, Wolframoxid, Transmissionsmodulation, Architektur, Wärmeschutz, EControl, Schichtsysteme, Bauphysik, Fassadengestaltung, Technische Analyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der technischen Innovation elektrochromer Gläser und deren Anwendungsmöglichkeiten zur Verbesserung des Raumklimas und des Energiemanagements im Gebäudebau.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Materialwissenschaft von Glas, der industrielle Herstellungsprozess (Floatglas) sowie die physikalischen und chemischen Vorgänge bei schaltbaren, elektrochromen Verglasungen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, den Einfluss von elektrochromem Glas auf den Gebäudebau zu klären und zu analysieren, welches technische Potenzial sich daraus für die Zukunft der Architektur ergibt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturrecherche und einer systematischen technischen Analyse nach der Lehre von H. Wolffgramm, um die Funktionsweise der betrachteten Systeme zu durchdringen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologische Entwicklung von Glas, eine detaillierte Funktionsbeschreibung von elektrochromen Schichtsystemen sowie deren analytische Einordnung in energetische Wirkprinzipien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind insbesondere Elektrochromes Glas, Energiemanagement, Transmissionsmodulation, Wärmeschutz, Fassadentechnik und die spezifischen Materialeigenschaften von Wolframoxid.
Warum wird im Winter bei elektrochromen Gläsern ein Stromkreis geschlossen?
Durch das Schließen des Stromkreises kann das automatische Abdunkeln der Scheibe unterbunden werden, was besonders im Winter wichtig ist, um die passive Sonneneinstrahlung zur Erwärmung des Gebäudes zu nutzen.
Was ist der sogenannte Memory-Effekt bei elektrochromen Gläsern?
Als Memory-Effekt (circuit memory) wird die Eigenschaft bezeichnet, dass das Glas seinen Transmissionszustand aufgrund der geringen Elektronenleitfähigkeit des Ionen-Leiters auch ohne dauerhaft angelegte Spannung über Tage oder Wochen stabil beibehält.
- Arbeit zitieren
- Lucas Goldmann (Autor:in), 2012, Elektrochromes Glas, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/262583
