Huiseigenaren houden van ramen - het licht dat ze brengen, het uitzicht dat ze omlijsten, het gevoel dat ze aan huizen geven. Energie-experts hebben een hekel aan ramen - de warmte die ze brengen, de warmte die ze afvoeren, het extra energieverbruik dat ze veroorzaken. De race is gaande om de technologie te ontwikkelen waarmee huiseigenaren ramen kunnen plaatsen waar ze maar willen zonder bang te hoeven zijn voor torenhoge energiekosten.
Low-e-coatings
Ramen zijn in de loop der jaren steeds beter geworden, eerst met geïsoleerde beglazingen die een bufferzone van lucht tussen twee ruiten vormden om het warmteverlies van enkele ruiten tijdens koud weer te verminderen. Verbeteringen werden voortgezet met de komst van coatings met een lage e- of lage emissiviteit. Deze microdunne metalen coatings reflecteren warmte en sturen het terug naar waar het vandaan kwam. Low-e coatings verbeteren de thermische kwaliteit van isolatieglas aanzienlijk, waardoor huizen warmer blijven in de winter en koeler in de zomer. Het toevoegen van argon- of krypton-gasvulling tussen deze gecoate ruiten draagt bij aan de isolerende eigenschappen van de raameenheid.
Aan de bovenkant van de beschikbare raamtechnologie bevinden zich spectraal selectieve coatings. De coatings worden op de ruiten aangebracht om de warmtewinst te verminderen door te voorkomen dat geselecteerde stralen het huis binnenkomen. Deze verbetering van laag-e-gecoat glas helpt warmteverlies van binnenuit en warmtewinst van buitenaf verder te verminderen. Het dient ook om meubels en stoffen binnenin te beschermen tegen verbleking door de zon. Met gasgevuld, spectraal selectief gecoat glas in een goed geconstrueerde isolatieglaseenheid, kan de R-waarde van een raam die van een goed geïsoleerde muur benaderen. Maar afgezien van het tekenen van de zonwering of luifels, daagt de kloppende zon alle ramen uit en veroorzaakt zonnewarmtewinst die elk energiebudget in gevaar kan brengen.
Nieuwe raamtechnologie
Bedrijven doen nu onderzoek naar technologieën die ervoor zorgen dat maximaal zichtbaar licht het huis binnenkomt en tegelijkertijd de stralen blokkeert die warmteopbouw in het huis veroorzaken. Betreed schakelbare ramen die reageren met een druk op de knop om de zon donkerder, lichter of bijna volledig te blokkeren om de woonruimte binnen te komen. Er bestaat al technologie om schakelbaar privacyglas (SPG) naar huizen te brengen, maar deze ramen blokkeren warmtewinst of ultraviolet (UV) licht niet. SPG verandert van helder naar melkachtig wit bij het schakelen, waardoor licht de binnenruimte binnenkomt terwijl het zicht van buitenaf wordt geblokkeerd. Marvin Windows bracht deze technologie naar de residentiële markt, maar moest er vanwege kwaliteitsproblemen van afstappen.
De prijs bestaat uit het ontdekken van een schakelbare getinte ruit die reageert op licht en warmtewinst door stralen te absorberen en tegelijkertijd licht door te laten. Het enige probleem is dat dergelijke technologie een aantal hindernissen moet nemen voordat ze op de markt komen. Veel bedrijven concurreren om een elektrochrome of chemische raamoplossing te ontwikkelen die ramen met een druk op de knop of met een automatische sensor donkerder en lichter kan maken.
Een beter raam bouwen
De belangrijkste struikelblokken zijn drieledig: duurzaamheid, thermische stabiliteit en betrouwbaarheid met betrekking tot schakelen. Gentex Corporation, een Zeeland, Michigan, bedrijf dat bekend staat om zijn elektrochrome autospiegels die automatisch donkerder en lichter worden om verblinding te elimineren, ondergaat zijn eigen tests voor elektrochrome ramen.
"We hebben de duurzaamheid aanzienlijk verbeterd", zegt Tom Guar, Vice President of Chemical Research voor Gentex. Toch moet het doel zijn om een raam te maken dat 20 jaar mee kan. "Als je erover nadenkt, is het een behoorlijk moeilijke omgeving", zegt Guar over de spanningen die een raam dat is ontworpen om warmte te absorberen, moet doorstaan. "Als je bedenkt dat je ruit grote hoeveelheden licht en warmte absorbeert, zal het erg heet worden en misschien zelfs het glas laten barsten", zegt hij.
Voeg daarbij de gevoeligheid voor waterpenetratie, wat een probleem is voor alle geïsoleerde glaseenheden (IGU's), en zuurstofpenetratie, en er valt veel te overwinnen. Marvin worstelde om ervoor te zorgen dat de film aan het glas hechtte en de verzegeling onaangetast bleef. Elk toekomstig product zal dezelfde problemen moeten oplossen.
Sage Electrochromics, de Faribault, Minnesota, makers van SageGlass, heeft een elektrochrome raamtechnologie ontwikkeld die alle vier de testniveaus door het Department of Energy heeft doorstaan. Elektrochrome coatings lijken veel op low-e coatings omdat ze bestaan uit een reeks anorganische lagen die op glas zijn aangebracht. Een opslaglaag houdt lithium vast om de overgang mogelijk te maken, terwijl de elektrochrome laag verandert van helder, naar getint, naar donker. De hele reactie wordt veroorzaakt door een elektronisch signaal dat wordt ontvangen van een schakelaar. Sage zoekt nu een samenwerking met glas- en raamfabrikanten om een product te creëren dat voor thuisgebruik beschikbaar zal zijn voor consumenten.
Raamefficiëntie betaalbaar maken
"Ik denk dat hun technologie erg goed is", geeft Guar toe. Maar zoals hij het ziet, zal de sleutel zijn om een raam te produceren dat betaalbaar, betrouwbaar en duurzaam is. De gevolgen voor de productie zijn enorm, zegt hij. "Het hanteren van grote glasplaten is niet triviaal", zegt Guar. Dat glas bedekken met een chemische film is nog moeilijker. "Het is niet eenvoudig om te bereiken", zegt Guar. Toch zou het juiste partnerschap het glas beschikbaar maken voor raambedrijven die denken dat ze een betrouwbare afdichting voor deze technologie kunnen bieden. Het feit dat Sage samenwerkt met Honeywell om de schakelmogelijkheden te bieden, geeft een geweldige boost aan hun product.
Toegegeven, er zijn technologieën beschikbaar die geavanceerde chemische oplossingen gebruiken om energie-efficiëntie aan te pakken. Heat Mirror, van Southwall Technologies in Palo Alto, Californië, is een uitstekend product dat is ontwikkeld om glas te isoleren tegen warmteverlies en warmtewinst. Heat Mirror-ramen hebben een isolerende reflecterende barrière die tussen de glasplaten is opgehangen. Het is spectraal selectief en laat zichtbaar licht binnen terwijl het nabij-infraroodstralen blokkeert die warmteophoping veroorzaken. Het functioneert als een derde isolatielaag en verhoogt de R-waarde van muren met ramen aanzienlijk. Maar hoewel de R-waarde met Heat Mirror-ramen uitzonderlijk is, zijn de kosten voor isolerende ramen van dit kaliber erg hoog. En ze zijn niet omschakelbaar.
De sleutel tot het winnen van de race met hoog rendement, zijn de meeste experts het erover eens, de ontwikkeling van een betaalbare technologie die in massa kan worden geproduceerd en die de levensduur van een standaard raamgarantie meegaat.
Voor consumenten kan elektrochrome technologie een revolutie teweegbrengen in de plaatsing van ramen en het ontwerp van huizen, waardoor ontwerpers ramen kunnen plaatsen op gevels op het westen zonder de ongelooflijke last te dragen die een kloppende westerse zon op het airconditioningsysteem legt. Het kan ook betekenen dat je moet ontwerpen voor de glorieuze ochtendzon die zoveel huizen momenteel vermijden. Beter nog, aangezien deze technologie apparaatgestuurd is, kan deze zelfs worden geprogrammeerd om automatisch donkerder of lichter te worden, zodat het binnenklimaat effectief kan worden gecontroleerd, zelfs wanneer de huiseigenaar afwezig is.