Lapisan kaca pintar bisa mendinginkan bangunan kaca

Para peneliti di Fraunhofer Institute telah mengembangkan lapisan pintar untuk kaca bangunan yang dapat menggelap secara otomatis saat terkena sinar matahari. Teknologi ini menggabungkan bahan elektrokhromik dan termokhromik, merespons rangsangan listrik dan perubahan suhu. Di bangunan modern dengan dinding tirai kaca yang luas, lapisan ini secara efektif mengurangi panas berlebih di dalam ruangan yang disebabkan oleh radiasi matahari, sehingga mengurangi ketergantungan pada sistem pendingin udara yang membutuhkan banyak energi.

Industri konstruksi adalah salah satu sumber utama emisi gas rumah kaca global. Di Jerman, misalnya, menurut statistik dari Badan Lingkungan Federal, sektor bangunan menyumbang sekitar 30% dari emisi karbon dioksida negara itu dan 35% dari konsumsi energinya. Bangunan dengan fasad dan atap kaca besar, terutama struktur kantor, mengalami peningkatan tajam suhu dalam ruangan selama radiasi matahari musim panas yang kuat. Perangkat peneduh tradisional seperti tirai dan gorden seringkali mengganggu estetika visual dan menghalangi pandangan. Akibatnya, bangunan semacam itu umumnya mengandalkan pendingin udara untuk pendinginan, yang menyebabkan konsumsi listrik yang tinggi dan peningkatan jejak karbon.

Untuk mengatasi masalah ini, Fraunhofer Institute for Silicate Research (ISC) dan Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam, and Plasma Technology (FEP) bersama-sama memimpin proyek "Switch2Save" yang didanai Uni Eropa. Mereka berkolaborasi dengan universitas dan mitra industri di beberapa negara Eropa untuk memajukan pengembangan dan penerapan teknologi pelapis jendela pintar.

Dalam sistem pelapis pintar ini, komponen elektrokhromik didasarkan pada film konduktif transparan. Penerapan tegangan pada film memicu migrasi ion dan elektron, memungkinkan kaca untuk beralih secara reversibel dari transparan ke gelap. Lapisan termokhromik, di sisi lain, secara otomatis memantulkan panas matahari ketika suhu sekitar mencapai ambang batas tertentu, beroperasi tanpa daya eksternal sebagai mekanisme respons pasif.

Elemen elektrokhromik dapat diintegrasikan dengan sensor dan sistem kontrol untuk memantau intensitas cahaya dan suhu secara real time. Ketika nilai melebihi parameter yang ditetapkan, sistem mengirimkan sinyal listrik ke film konduktif, secara bertahap menggelapkan kaca. Ini secara efektif memblokir masukan panas dan memberikan fungsi anti-silau. Pada hari berawan atau di malam hari, kaca kembali ke transparansi penuh, memaksimalkan masuknya cahaya alami.

Teknologi ini telah diterapkan dalam aplikasi bangunan praktis. Misalnya, sistem kaca pintar ini telah dipasang di klinik anak dari rumah sakit besar di Athena, Yunani, dan gedung perkantoran di Uppsala, Swedia. Para peneliti akan melakukan studi pemantauan konsumsi energi selama setahun untuk membandingkan penggunaan listrik sistem pendingin udara sebelum dan sesudah perbaikan, memverifikasi kinerja penghematan energi di bawah kondisi iklim nyata.

Dalam hal manufaktur, tim menggunakan proses kimia basah dan teknologi pelapisan vakum. Lapisan elektrokhromik diintegrasikan ke dalam film polimer fleksibel, sementara lapisan termokhromik disiapkan pada substrat kaca ultra-tipis. Metode produksi roll-to-roll memungkinkan manufaktur yang ekonomis dan terukur. Produk akhir hanya setebal beberapa ratus mikrometer dan beratnya kurang dari 500 gram per meter persegi, sehingga mudah dipasang di jendela bangunan yang ada tanpa modifikasi struktural.

Saat ini, tim proyek berfokus pada peningkatan lebih lanjut penerapan teknologi. Upaya termasuk menggabungkan unit elektrokhromik dan termokhromik untuk meningkatkan fleksibilitas regulasi, mengembangkan proses pelapisan yang cocok untuk kaca melengkung, dan memperluas pilihan warna di luar abu-abu dan biru untuk memenuhi kebutuhan estetika arsitektur yang beragam.

Seiring dengan pemanasan global dan kemajuan Green Deal UE, permintaan akan teknologi bangunan hemat energi tumbuh dengan cepat. Semua bangunan di UE diharapkan mencapai netralitas karbon pada tahun 2050. Teknologi jendela pintar seperti Switch2Save siap memainkan peran kunci dalam mempromosikan transformasi rendah karbon dari industri konstruksi.