komt eraan

Over drie jaar marktrijp

Het autonoom warmtewerende raam komt eraan

Een raam dat zonnewarmte weert als de buitentemperatuur oploopt? En die warmte juist doorlaat als het buiten kouder wordt? Zonder bekabeling of sensoren, maar autonoom – en zonder op transparantie in te leveren? De techniek bestaat, het thermochrome raam is er als prototype en ondergaat dit jaar een praktijktest in Eindhoven. En ook fotochrome ramen tonen beweging, richting diezelfde autonomie – en inclusief warmtewering.

Wat dat thermochrome raam nou precies is en wat het vermag, dat licht Eugène Veerkamp toe. Veerkamp is senior business developer bij Brightlands Materials Center/TNO – een gezamenlijk researchinitiatief van TNO en de provincie Limburg. Veerkamp is betrokken bij de praktijktekst (zie kader): “Het thermochrome raam in de pilot kan autonoom schakelen tussen blokkeren en doorlaten van de zonnewarmte in infrarood licht. Dat doen deze ramen met thermochrome polymeer folies voorzien van nanopigmenten. Die pigmenten kunnen hun kristalstructuur en optische eigenschappen autonoom veranderen bij een vooraf bepaalde temperatuur.” Belangrijk pluspunt: of het raam nou warmte weert of juist doorlaat, de folie laat het zichtbare licht altijd volledig door.

Aanpasbaar kantelpunt

Het punt waarop de folie in de pilot overschakelt van dat warmteweren naar doorlaten, kan worden gemanipuleerd. Standaard staat het bij de thermochrome folie ingesteld op 68 graden Celsius. Voor de pilot in Eindhoven is dat aangepast naar 21 graden, passend bij het Nederlandse klimaat. Wat levert dat schakelen op? Veerkamp: “De extra energie- en kostenbesparing met dit slimme raam kan volgens onze berekeningen oplopen tot 8 procent of omgerekend 26 euro per vierkante meter glas per jaar, vergeleken met de meest geavanceerde HR++-ramen.”

Energie- en klimaatdoelen

Opschalen en marktrijp maken, Eugène Veerkamp laat geen twijfel bestaan over de achterliggende doelen van de pilot: “We maken al stappen als het gaat om de formaten. Drie jaar geleden waren

Het gelamineerde raam met thermochrome SunSmart PVB-folie in test bij Solarbeat-TU/e.

De pilot in Eindhoven onderzoekt hoe het Sunovate SunSmartraam zich in de praktijk houdt. Basis van de thermochrome SunSmart-technologie is vanadium dioxide (VO2). Als polymeerfolie wordt de technologie ingezet als tussenlagen voor het lamineren van veiligheidsglas. Dit glas wordt vervolgens opgenomen in een isolatieglaseenheid (IGU) in combinatie met een low-e gecoat glas. In die samenstelling is sprake van het ‘slimme raam’ uit de pilot. Voor analyse en monitoring tijdens de pilot kreeg dat raam een nieuw type sensor in het gelaagde glas. De sensor bestaat uit dunne glasvezels en is gebaseerd op een Fiber Bragg-sensor. Het maakt snelle en nauwkeurige temperatuur- en mechanische spanningsmetingen mogelijk. Dit verbetert de kwaliteitscontrole en prestatiebeoordeling, aldus TNO. Die sensor – een ontwikkeling van de Universiteit Hasselt – wordt puur aangebracht voor het onderzoek. In het uiteindelijke commerciële raam zit geen sensor.

In een demo-huisje is het thermochrome gecoat SunSmart raam 50 bij 55 centimeter geïnstalleerd.

thermochrome coatings van 10 bij 10 centimeter haalbaar. Inmiddels is dat 50 bij 50 centimeter. Vanaf begin volgend jaar schalen we op naar 1 bij 1 meter, dankzij een pilot line met rollercoater waarmee we de coating opbrengen op glas. In de pilot op SolarBEAT is gebruikgemaakt van thermochrome folies van 30 centimeter breed, gecombineerd tot een oppervlak van 1 bij 1 meter.” Veerkamp voorziet dat thermochrome ramen over twee tot drie jaar marktrijp kunnen zijn: “Deze technologie kan een grote bijdrage leveren aan het behalen van de Europese energie- en klimaatdoelen, met als einddoel een energie- en klimaatneutrale gebouwde omgeving in 2050.”

Opschalen

Ook op het gebied van de fotochrome folies zijn er nieuwe ontwikkelingen. Het bedrijf ClimAd Technology ontwikkelde kortgeleden een fotochrome folie die autonoom reageert op veranderingen in lichtsterkte – net zoals thermochrome folie reageert op temperatuur. Fotochrome folies worden donkerder als de zon harder schijnt – denk aan meekleurende zonnebrillen. De warmtewering neemt zodoende toe naarmate het zonlicht intensiever wordt. ClimAd Technology ontwikkelde de fotochrome folie in samenwerking met een onderzoeksgroep van de Chinese Academy of Sciences (CAS) in Peking, de TU Eindhoven (vakgroep stimuli-responsive functional materials and devices) en de TU Delft (faculteit Bouwkunde). De financiering kwam van NWO en CAS in het kader van het project Green Cities.

Stijn Kragt is CTO van ClimAd Technology: “Wij hebben een prototype folie ter grootte van een vel A3-papier en onderzoeken of we het productieproces verder kunnen opschalen, naar een continu rolproces.

“De besparing met dit slimme raam kan oplopen tot wel 26 euro per vierkante meter glas per jaar vergeleken met HR++-ramen”

Een klein demoraam (SunSmart thermochrome gecoat).

Daarna kunnen we gaan testen, op werkelijke schaal en in een buiten omgeving. Ook dat moet vervolgens uitmonden in een marktrijp eindproduct.” Kragt rekent op een traject van drie jaar.

Zonder sensoren

Bijzonder aan het fotochrome product van ClimAd Technology is ook hier de autonomie. Kragt: “Folies die verkleuren onder invloed van licht bestaan al een tijd. Maar deze folie functioneert zonder sensoren in of om het raam en zonder externe bediening. De folie zelf doet hier het werk.” Nieuw aan deze folie is dat ook in het onzichtbare infraroodgebied warmtwering optreedt en niet alleen in het zichtbare gebied. ClimAd Technology zet momenteel ook projecten met TNO op. Stijn Kragt: “We willen de levensduur van onze folie testen en valideren en ook – bij retrofit folies voor renovatieprojecten – kijken naar de kraswerende eigenschappen. Bij renovatie plak je de folie aan de buitenkant van bestaande beglazing. Bij schoonmaken moet de folie tegen schoonmaakmiddelen en krassen kunnen. Bovendien ligt er het vraagstuk van de circulariteit: hoe kunnen we een folie aan het einde van de levensduur verwijderen en hergebruiken? Onze fotochrome folie is een PET-folie: is die recyclebaar?”

Toets aan de praktijk

In de pilot van BMC/TNO en partners – die heel 2022 bestrijkt – wordt onderzocht hoe twee testramen waarvan één met de zogeheten thermochrome SunSmart-technologie zich houden in de praktijk. De twee ramen zijn elk 1 vierkante meter groot en bevinden zich op de testfaciliteit SolarBEAT in Eindhoven. In de pilot wordt vier seizoenen lang gekeken naar de eigenschappen en prestaties van de technologie. Die langdurende praktijktoets is een wereldprimeur. De pilot in Eindhoven is onderdeel van het Interreg Sunovate project. Sunovate is een project van Brightlands Materials Center/ TNO en Solliance, Universiteit Hasselt, imec, KU Leuven, Yparex, Everlam, Glass for Glass en Soltech. Het project is geïnitieerd door TNO. Sunovate wordt gefinancierd door het programma Interreg VL-NL, de Nederlandse regering en de provincies Limburg en Noord-Brabant.

Hoe het werkt: het functioneren van fotochrome ramen.

Geen grote investeringen

De berekende terugverdientijd van de thermochrome ramen van BMC/TNO is niet langer dan zeven jaar. Eugène Veerkamp: “Je kunt deze thermochrome ramen inbouwen in het bestaande frame van een raam, en ook hier is geen extra bekabeling nodig, en geen sensor. Dat maakt de techniek snel, gemakkelijk en goedkoper. Daarnaast is de basis van de techniek een nat-chemische coating of pigmenten geïntegreerd in bestaande films. Dat vraagt geen grote investering in dure apparatuur en ook de materiaalkosten van de pigmenten of de coatings zijn gering vergeleken met dubbel- of tripleglas.”

“ Deze technologie kan een grote bijdrage leveren aan het behalen van de Europese energie- en klimaatdoelen”

Veerkamp ziet veel toepassingsmogelijkheden voor thermochrome ramen. Als bijzonder voorbeeld noemt hij de houtbouw: “Hier speelt meer dan elders in de bouw de kwestie van warmte in het interieur. Thermochrome ramen komen bij deze bouwwijze goed van pas.” Interesse voor de thermochrome ramen buiten de poorten van TNO is er ook al, van de provincie Limburg en de Brightlands Chemelot Campus. Voor het zover is moet het product nog op zeker één aspect worden verbeterd, zo vertelt Veerkamp. De folie in het gelamineerde raam is nog niet kleurneutraal. “Maar daarvoor hebben we al enkele oplossingsrichtingen”, aldus Eugène Veerkamp.

Brightlands Materials Center/TNO publiceert begin 2023 de uitkom sten van de pilot in Eindhoven. Rond diezelfde tijd brengt ook ClimAd Technology een publicatie uit, over de fotochrome folie (samen met CAS, TU Eindhoven en TU Delft): over materiaal en fabricage van de folie, en de impact op daglicht, comfort en energie efficiëntie van een gebouw.

De werking van het thermochrome raam in beeld.

Voor gematigde klimaatzones

Ramen zijn gemiddeld genomen verantwoordelijk voor 30-40 procent van het energieverlies van een gebouw. Met energiezuinige ramen kan alleen iets worden gedaan aan het verminderen van warmteverlies of het verminderen van de vraag naar koeling. Dat maakt dat de huidige energiezuinige beglazingssystemen alleen geoptimaliseerd zijn voor ofwel warme ofwel koude klimaten. De dubbelfunctie – warmte weren en warmte doorlaten – van de thermochrome ramen in de Eindhovense pilot maakt ze volgens BMC geschikt voor gematigde klimaten, waar koeling in de zomer en verwarming in de winter even belangrijk zijn. Vertaald naar de kaart: in Europa, inclusief Nederland, maar ook in delen van de Verenigde Staten en Azië.