Eine intelligente Dachbeschichtung reflektiert die Wärme im Sommer und speichert sie im Winter

Ingenieure des Berkeley Lab haben eine Dachbeschichtung entwickelt, die ein Gebäude je nach Wetterlage wärmer oder kühler halten kann. Wenn es draußen warm ist, reflektiert das Material Sonnenlicht und Wärme, aber diese Strahlungskühlung schaltet sich im Winter automatisch ab, wodurch der Energieverbrauch sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen reduziert wird.

Strahlungskühlsysteme funktionieren, indem sie Wärmestrahlung (d. h. Wärme) aus einem Gebäude ziehen und diese dann in den Himmel abgeben. Da die Atmosphäre für diese Wellenlängen transparent ist, entweicht die Wärme direkt in den Weltraum. Andere Versionen verwenden reflektierende Oberflächen wie superweiße Farben, um Sonnenlicht und Wärme abzuleiten und das Gebäude kühler zu halten.

Während diese Systeme im Sommer gut funktionieren, um Ihr Haus kühl zu halten, halten sie es auch im Winter kühler. Für die neue Studie entwickelte das Team daher eine Beschichtung, die automatisch auf Wärmespeicherung umschalten kann, wenn das Quecksilber sinkt. Sie nennen das Material eine temperaturadaptive Strahlungsbeschichtung (TARC).

Der Schlüssel zu dieser Technologie ist eine seltsame Verbindung namens Vanadiumdioxid (VO2). Im Jahr 2017 entdeckte das Team eine ungewöhnliche Eigenschaft von VO2: Wenn es 67 °C (153 °F) erreicht, leitet das Material Strom, aber keine Wärme, was offensichtlich gegen die bekannte Physik verstößt.

Jetzt hat das Team diese Eigenart in die Tat umgesetzt. Die Idee dahinter ist, dass das Material bei wärmerem Wetter thermisches Infrarotlicht absorbiert und abgibt und es so vom Gebäude fernhält. Bei kühlem Wetter ist das Material jedoch durchlässig für Wärme, sodass diese direkt von der Sonne bis zum Gebäude durchdringt.

Das Team testete das Gerät mit 2 cm2 (0,8 Zoll2) großen TARC-Dünnfilmpflastern und verglich sie mit Proben handelsüblicher dunkler und weißer Dachmaterialien. Drahtlose Geräte haben Änderungen des direkten Sonnenlichts und der Temperatur gemessen.

Und tatsächlich hat TARC überraschend gut funktioniert. Messungen zufolge reflektierte TARC unabhängig vom Wetter etwa 75 Prozent des Sonnenlichts, gab jedoch bei Umgebungstemperaturen über 30 °C (86 °F) bis zu 90 Prozent seiner Wärme an den Himmel ab. Als das Wetter auf unter 15 °C (59 °F) abkühlte, gab TARC nur 20 Prozent seiner Wärme ab.

Anhand der gesammelten Daten simulierte das Team, wie TARC das ganze Jahr über in 15 verschiedenen Klimazonen auf dem gesamten amerikanischen Kontinent funktionieren würde, und schätzte, dass der durchschnittliche US-Haushalt mit TARC bis zu 10 Prozent seiner Stromrechnung einsparen könnte.

Die Forscher sagen, dass TARC auch als temperaturregulierendes Material für Autos, Elektronik, Satelliten und sogar Stoffe für Zelte oder Kleidung eingesetzt werden könnte. Interessanterweise hat ein unabhängiges Team gerade eine ähnliche Beschichtung für Glas und Fenster angekündigt, die Vanadiumdioxid-Nanopartikel als einen ihrer Wirkstoffe verwendet.

Als nächstes plant das Team, Experimente mit größeren TARC-Prototypen durchzuführen, um zu testen, wie praktisch es als Dachbeschichtung sein könnte.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: Berkeley Lab