Alla som tillbringar större delen av sin dag inomhus vet vikten av en bekväm atmosfär att arbeta och leva i. Forskare från EPFL:s solenergi- och byggfysiklaboratorium söker efter sätt att maximera energivinsten från en byggnads hölje samtidigt som de optimerar interiörkomforten i ett miljövänligt sätt. De demonstrerar hur detta kan göras med "SolAce, "den senaste enheten i Empa och Eawags forskningsbyggnad NEST.

Den blågröna fasaden på "SolAce" -enheten på NEST skimrar som en fjärilsvinga i solljuset. Det senaste tillskottet till Empa och Eawags forsknings- och innovationsbyggnad i Dübendorf invigdes officiellt den 24 september 2018. Enheten kombinerar arbetsyta och bostadsyta över nästan 100 kvadratmeter och är integrerat i NESTs söderläge mellan den andra och tredje plattformen på typ-liknande struktur.

"Genom sin fasad, "SolAce" är att skörda mer energi än enheten behöver under året, samtidigt som det ger användarna bästa möjliga komfort. "Det är så Jean-Louis Scartezzini förklarar projektets mål. EPFL-forskaren är direktör för solenergi- och byggfysiklaboratoriet, och idén till den senaste NEST -enheten är hans hjärnskap. För att uppnå detta mål, forskarna kombinerar flera aktiva och passiva fasadelement som har teknik som utvecklats på Lausanne-baserade lab. Vissa av dessa tekniker kommer att kommersialiseras av nystartade företag och samarbeten med partner från industrin, medan andra fortfarande har en väg att gå. "NEST ger oss den unika möjligheten att undersöka de olika teknikerna i interaktion med varandra och i en verklig miljö, säger Scartezzini.

El och varmvatten

Enhetens positiva energibalans ska uppnås genom att producera solenergi och varmvatten direkt på fasaden. Fotovoltaiska moduler och solvärmekollektorer med en ny typ av färgat nanoglas kommer att användas för detta ändamål. I syfte att främja integreringen av fotovoltaiska enheter i byggnadens kuvert genom att erbjuda större arkitektonisk omfattning genom olika färger, ett team på EPFL har undersökt färg för färgning i nästan 20 år. Forskargruppen, ledd av Andreas Schüler, var tydlig med att beläggningen skulle behöva orsaka så lite energiförlust som möjligt. Det var ingen fråga om att använda absorberande färgpigment. Istället, tunna filmer på mellan 5 och 200 nanometer skapar vad som kallas 'interferensfärgseffekter' på glasets inre, inte till skillnad från dem som visas på en tvålbubbla eller på en fjärils vingar till exempel. "Eftersom nano-beläggningen är mycket transparent, det finns praktiskt taget inga absorptionseffekter och bara mycket små energiförluster, "förklarar Schüler. Denna teknik har nu patenterats och kommer för närvarande på marknaden genom spin-offen" SwissINSO, "med den blågröna versionen som används i NEST.

Förutom kontorslokaler för fyra personer, "SolAce" erbjuder också en vardagsrumsdel för två. För att hålla löftet om optimal komfort, forskarna försöker återskapa användarnas individuella uppfattning med hjälp av innovativa optiska sensorer. Prototypsensorerna mäter ljusförhållanden och bländar ur användarens perspektiv, till exempel en person som arbetar vid en dator. Denna on-the-fly-övervakning används för att styra elektrisk belysning och solskydd på bästa möjliga sätt. Det betyder att om ett visst bländningsvärde överskrids, de böjda persiennerna börjar rikta ljusstrålarna in i byggnaden mot taket. Cirkadisk belysning är också avsedd att öka arbetsprestandan för "SolAce" -invånarna, men också för att stödja dem under återhämtningsfaserna. Dygnsbelysning simulerar solljuset under dagen, vilket främjar vår naturliga sömn-vakna rytm.

Mikrostrukturerat glas

Likaså, innovativa fönsterrutor ska bidra till en mysig atmosfär för boende och arbete - och framför allt till lägre energiförbrukning för uppvärmning på vintern och för ventilation på sommaren. Osynlig för det mänskliga ögat leder en mikrostrukturerad glasruta i en polymerfilm på insidan av glaset vinterljuset till enhetens tak för jämn belysning, så att interiören kan värmas upp naturligt. I sommar, samma inglasning säkerställer att solens strålar styrs bort från fönstren och därför värms inte rummen upp så mycket. Denna nya typ av glasrutor utvecklades på EPFL av Andreas Schüler och hans team. Forskarna använde en precisionslaser från Empa i Thun för att tillverka de första prototyperna. Nu arbetar teamet med BASF / Schweiz för att utveckla en industriell tillverkningsprocess. Så snart de första fönsterrutorna finns tillgängliga, de ska installeras i fasaden "SolAce". Forskare från EPFL:s laboratorium för integrerad prestanda i design kommer sedan att mäta den visuella komforten hos de nya rutorna in situ. Tills dess, referensrutor kommer att användas som ger riktmärken.

Som vanligt för NEST, "SolAce" -enheten kommer att användas och leva i på ett verkligt sätt. Under den första fasen, Det är främst EPFL -forskare som kommer att använda rummen och övervaka system och teknik och anpassa dem till omgivande förhållanden. "När detta är gjort kommer vi att använda enheten för att våra gäster ska kunna arbeta och bo i, "säger NEST Innovationschef Rico Marchesi. Han är glad över det nya tillskottet i forsknings- och innovationsbyggnaden och är övertygad om att" SolAce "kan göra ett värdefullt bidrag till den framtida designen av byggnadens kuvert." Tack vare färgglasen som visas här, estetiska farhågor för användning av solcellsmoduler på fasaden är uppenbarligen inte längre giltiga, "är han övertygad.

För Jean-Louis Scartezzini, projektet är redan en stor framgång:"Om och om igen, the close cooperation between researchers and partners from industry, but also amongst the industry partners themselves, led to surprising ideas and a valuable exchange of knowledge." The architect of the unit, Fabrice Macherel from Lutz Architects in Fribourg, also found the collaboration between the realms of research and business to be hugely enriching:"Striking the balance between theory and practice was not always easy, but we learned a lot of new things and we can use this knowledge in future projects." To put it more briefly:technology transfer in its purest form.