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Schaltbare Verglasungen variieren Transparenz und Sonnenschutz

Schaltbare Verglasungen variieren Transparenz und Sonnenschutz
Dynamisches Glas

Elektrochrome Gläser oder Gläser mit Flüssigkristallen im Verbundaufbau können ihre Strahlungseigenschaften durch Anlegen einer Spannung und damit auf Knopfdruck verändern. Die optische und strahlungstechnische Charakteristik von Verglasungen und Fassaden ist damit keine unveränderliche Größe mehr, sondern kann für eine dynamische Architektur eingesetzt werden.

Text: Markus Hoeft

In der traditionellen Anschauung sind Gebäude unveränderliche und damit statische Schöpfungen menschlicher Kreativität. Wenn man von den unvermeidlichen Alterungserscheinungen absieht, verändern einmal geplante und errichtete bauliche Strukturen im Normalfall weder ihr Aussehen noch ihre Eigenschaften. Dass die optische und technische Charakteristik eines Gebäudes mehr oder minder konstant ist, war bisher eine Folge der verwendeten Baustoffe: Beton, Ziegel oder Putz sind dauerhaft und auf kurze und mittlere Sicht invariant. Ähnliches gilt für Holz oder die Metalle – und galt lange Zeit auch für Glas.

Gerade bei diesem Material sind aber inzwischen verschiedene Technologien anwendungsreif, die aus den zu jeder Zeit gleichen und in diesem Sinne statischen Verglasungen einen veränderlichen und damit dynamischen Baustoff werden lassen. Die Entwicklung wird auch mit Begriffen wie intelligentes oder schaltbares Glas beschrieben. Sie umfasst v. a. allem die gezielte Veränderung von bauphysikalischen Eigenschaften der Verglasung im Hinblick auf Transparenz und Sonnenschutz. Damit einher gehen jedoch auch optische Veränderungen beim Anblick und Durchblick, die dazu führen, dass Bauteile aus Glas und bei entsprechend großflächiger Anwendung auch ganze Fassaden oder Gebäude zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche optische Anmutungen haben können. Es ist noch nicht absehbar, wohin die Entwicklung bei dynamischen Verglasungen führen wird und welche Anwendungen sich durchsetzen werden. Durchaus möglich erscheint aber, dass das jederzeit mit sich selbst identische Haus künftig nicht mehr automatisch der Regelfall ist.

Dynamischer Sonnenschutz

Schaltbares Glas, das seine Eigenschaften und sein Aussehen verändern kann, lässt sich auf verschiedenen technologischen Wegen erzeugen, u. a.:

  • EC-Glas – Elektrochromes Glas für den Sonnenschutz in der Fassade sowie
  • LC-Glas – Glas mit Flüssigkristallen für das Umschalten vom transparenten in den opaken Zustand (LC abgeleitet von »Liquid Crystal«).
  • Elektrochromes Glas ist ein Verbundglas, in dessen Zwischenraum sich eine elektrisch leitende Beschichtung befindet, in der Regel aus Wolframtrioxid oder Polyanilin. An den Innenseiten der Verbundglasscheiben sind Elektroden angebracht, sodass es beim Anlegen einer Spannung zu einem Stromfluss und damit zu einer Bewegung der Ionen in der Zwischenschicht kommt. Dadurch färbt sich die Beschichtung blau, was die Lichtdurchlässigkeit und damit den Gesamtenergiedurchlassgrad g reduziert. Der Durchblick bleibt jedoch erhalten.
  • Auf Knopfdruck entsteht also aus einer weitgehend neutralfarbenen Fassadenverglasung ein blaues Sonnenschutzglas – und dies mit beachtlicher Hitzeschutzwirkung. Parameter für die Leistungsfähigkeit von herkömmlichem, also statischem Sonnenschutzglas ist die Selektivitätskennzahl als Verhältnis von Lichtdurchlass und

Gesamtenergiedurchlass. Ein hoher Wert bedeutet, dass viel Licht in den Raum gelangt, die eingestrahlte Gesamtenergie, zu der auch die Wärme gehört, jedoch vergleichsweise gering ist. Spitzenwerte für Sonnenschutzgläser erreichen eine Selektivität um 2, was derzeit als physikalische Grenze (bei statischen Gläsern) gilt.

  • In Anlehnung an diese statische Selektivität lässt sich eine dynamische Selektivität für elektrochrome Gläser formulieren. Dabei wird der Lichtdurchlass im hellen Zustand zum Gesamtenergiedurchlass im eingefärbten Zustand ins Verhältnis gesetzt. Dynamische Gläser erreichen dabei je nach Aufbau Größenordnungen von 4 bis 5, überschreiten die physikalische Grenze der statischen Selektivität also deutlich. In Zeiten ohne Sonneneinstrahlung gelangt viel Tageslicht in den Raum, während bei intensiver Sonne sehr wenig Gesamtenergie und damit Wärme den Raum aufheizt.

Raumkonzepte mit EC-Glas

  • Der Schaltvorgang kann im wortwörtlichen Sinne mit einem (manuellen) Schalter bewerkstelligt werden. Sinnvoller ist aber meist die Kopplung mit einem Sonnensensor, der dann selbsttätig die Blautönung auslöst. Dabei lassen sich auch Zwischenzustände zwischen farblos und maximal abgedunkelt einstellen. Es werden nur geringe Spannungen von wenigen Volt benötigt, die zudem nur während des Umschaltvorgangs anliegen müssen. Das System verbraucht also nicht dauerhaft Strom.
  • So spannend dies alles klingt, gibt es jedoch auch einige Wermutstropfen. So verändert die Blaufärbung bei Sonneneinstrahlung die Farb- und Lichtstimmung im Raum. Die Farbwiedergabe bzw. die Farbbeurteilung von Gegenständen kann dadurch beeinträchtigt sein, was für manche Gebäudenutzungen eventuell nicht akzeptabel ist (Grafik, Design, Mode). Hier muss eventuell auf farbneutrales (statisches) Sonnenschutzglas ausgewichen werden.
  • Außerdem benötigt der Umschaltvorgang eine gewisse Zeit, die je nach verwendetem Glas bis zu 20 Minuten betragen kann. Gerade bei stark wechselnder Bewölkung und damit Besonnung sind dadurch ungünstige Zwischenzustände möglich. Jedoch lässt sich die deutlich merkbare Reaktionszeit auch ins Positive umdeuten: Anders als eine Markise oder ein Raffstore wechselt EC-Glas seinen Zustand für das menschliche Auge nahezu unmerklich – und übrigens auch ohne Geräusch. Das typische leichte Erschrecken, wenn mitten in der intensiven Besprechung plötzlich der Sonnenschutz aus- oder einfährt, tritt hier also nicht auf.

Dynamik mit Flüssigkristallen

  • Eine grundsätzlich andere Zielstellung verfolgen LC-Gläser, bei denen es nicht um die Regulierung des Wärmedurchgangs geht, sondern um den Wechsel von normaler Glastransparenz zu opaker, also undurchsichtiger Intimität. Als Anwendung bieten sich dementsprechend Büro- und Besprechungsräume mit Glastrennwänden an. Aber auch Nebenräume in Sportstätten oder Veranstaltungshäusern sollen eventuell zeitweise eine Durchsicht und damit das Zuschauen erlauben, zu anderen Zeiten – etwa beim Training – aber blickdicht abgeschirmt sein. Ähnliches kann für technische Funktionsräume gelten, etwa den Führerstand in ICE-Zügen.
  • Auch LC-Glas ist ein Verbundglasaufbau, in dessen Zwischenraum sich in diesem Fall spezielle Flüssigkristalle befinden. Im spannungslosen Zustand liegen die Kristalle chaotisch-ungeordnet vor und streuen dadurch das Licht. Die Scheibe ist undurchsichtig und wirkt wie ein Milchglas. Beim Anlegen einer Spannung ordnen sich die Kristalle regelmäßig innerhalb des elektrischen Feldes an, sodass ein Durchblick möglich wird. Bei senkrechter Durchsicht entsteht ein völlig transparenter Eindruck, im Schräganblick bleibt jedoch eine leichte Trübung erhalten. Dieser Zustand hält so lange an, wie die Spannung anliegt. LC-Gläser verbrauchen in ihrem transparenten Schaltzustand also dauerhaft Strom. Eine Sensorsteuerung ist bei diesen Anwendungen meist nicht sinnvoll, es bieten sich Wandschalter, Funkfernbedienungen oder die Steuerung über eine App an. Ein großer Vorteil gegenüber elektrochromen Gläsern ist die praktisch sofortige optische Veränderung ohne wahrnehmbare Schaltzeiten.
  • Bei herkömmlichen LC-Gläsern wird tatsächlich nur ein Sichtschutz realisiert, jedoch kein Sonnenschutz, weshalb hier die Innenanwendungen überwiegen. Die Firma Merck hat die Technologie der Flüssigkristallfenster inzwischen jedoch weiterentwickelt: »eyrise®« kann sowohl für den Sichtschutz als auch für den dynamischen Sonnenschutz eingesetzt werden. Das dynamische Sonnenschutzglas »eyrise® s350« von Glas Trösch verbindet dabei Vorteile der bisher getrennten Welten von elektrochromem Glas und Glas mit Flüssigkristallen. Es hat als LC-Glas praktisch keine Umschaltzeiten, vermeidet aber den für LC-Gläser typischen leichten Schleier im Schräganblick. Gleichzeitig kann das Glas wie ein EC-Glas den Energieeintrag reduzieren, muss sich aber dabei nicht blau färben. Stattdessen sind beispielsweise auch graue oder bräunliche Färbungen möglich, was die Einsatzbreite in der Architektur deutlich erhöhen kann.

Andere Formen der Dynamik

  • EC- und LC-Gläser sind die wichtigsten derzeit schon anwendbaren dynamischen Verglasungen, sie müssen in technischer Hinsicht aber noch lange nicht das Ende von veränderlichem Glas darstellen. So gibt es mit thermochromen und photochromen Verbundaufbauten sogenannte reaktive Verglasungen, die auf Veränderungen der Temperatur bzw. des Lichteinfalls reagieren. Dadurch ändern sich die Farbe und der Lichteinfall bzw. die Sonneneinstrahlung. Ihr großer Vorteil wäre, dass auch hier nicht nur Blautönungen möglich sind. Ein großer Nachteil für großflächige Anwendung in der Architektur ist bisher der Preis. Für kleinere Anwendungen wie in selbsttönenden Sonnenbrillen werden sie jedoch schon genutzt. Reaktive Verglasungen benötigen keine Stromzufuhr, was man positiv deuten kann. Sie lassen sich jedoch auch nicht aktiv schalten, sondern reagieren allein auf die Veränderung der Umwelteinflüsse. Auch dies kann den Einsatz in Architektur einschränken.
  • Zu den dynamischen Verglasungen im weitesten Sinne lassen sich auch Foliendisplays im Verbundaufbau zählen, die digitale Daten darstellen. Bisher wird diese Technik vor allem für werbliche Zwecke oder die Anwendung in Informationstafeln eingesetzt. Perspektivisch könnten sie jedoch auch ein gestalterisches Potenzial haben.
  • Dies gilt aber letztlich für alle hier beschriebenen Varianten von schaltbaren oder reaktiven Verglasungen, die in der architektonischen Anwendung noch vergleichsweise jung sind. Das erhöht den Informations- und Arbeitsaufwand in der Planung, bietet aber auch die Möglichkeit zu sehr individuellen und exklusiven Gestaltungen außerhalb der ausgetretenen Architekturpfade.

Markus Hoeft

Freier Bau-Fachjournalist, u. a. für bba, DAB, db, dds und BBB in Fredersdorf bei Berlin.

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