Smart Glass: Elektrochrome Fenster, die sich selbst abdunkeln

Smart Glass: Elektrochrome Fenster, die sich selbst abdunkeln

Das Fenster der Zukunft hat keine Rollläden mehr. Stattdessen wechselt die Verglasung auf Knopfdruck oder automatisch gesteuert zwischen transparent und dunkel getönt. Smart Glass – schaltbares Glas – ist keine Science-Fiction mehr, sondern ein ausgereiftes Produkt, das im Premium-Wohnbau, in Bürogebäuden und in spezialisierten Anwendungen eingesetzt wird. Was steckt dahinter?

Funktionsprinzip Elektrochromie

Bei der Elektrochromie verändert eine elektrisch leitfähige, elektrochrome Schicht auf dem Glas unter Anlegen einer kleinen elektrischen Spannung ihre optischen Eigenschaften. Im spannungsfreien Zustand sind bestimmte Ionen (meist Lithium-Ionen) in einer durchsichtigen Schicht gebunden – das Glas ist klar. Wird eine geringe Gleichspannung angelegt (typisch 1 bis 5 Volt), wandern die Ionen in eine zweite, farbgebende Schicht und das Glas verdunkelt sich.

Der Prozess ist vollständig reversibel: Eine Umpolung der Spannung kehrt den Zustand zurück. Die Verdunklungszeit beträgt je nach Glasfläche und Produkt einige Minuten. Wichtig: Nach dem Einstellen des gewünschten Töngrades braucht das Glas keine kontinuierliche Energiezufuhr – der eingestellte Zustand bleibt stabil.

Namhafte Hersteller elektrochromer Verglasungen sind SageGlas (Saint-Gobain), View Inc. und AGC mit chromogenX. Diese Produkte sind vor allem im gewerblichen Bereich etabliert.

Thermochrome Verglasung

Eine verwandte, aber passive Technologie ist die thermochrome Verglasung. Hier erfolgt die Abdunkelung nicht elektrisch, sondern temperaturgesteuert: Das Material verändert seine Tönung automatisch ab einer bestimmten Temperatur, ohne dass eine externe Steuerung erforderlich ist.

Vorteile: keine Kabel, kein Steuerungssystem, einfache Installation. Nachteile: kein manuelles Eingreifen möglich, die Reaktionstemperatur lässt sich nicht anpassen. Thermochrome Verglasung ist bislang vor allem in der Forschung und in Pilotanwendungen zu finden und noch nicht breit kommerziell verfügbar.

PDLC: Milchig auf Knopfdruck

Eine weitverbreitete Smart-Glass-Technologie ist PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal). Hier sind Flüssigkristalle in einer Polymermatrix eingebettet. Im stromlosen Zustand sind die Kristalle zufällig ausgerichtet – Licht wird gestreut, das Glas wirkt milchig und undurchsichtig. Beim Anlegen einer Wechselspannung richten sich die Kristalle aus, Licht kann gerade durch – das Glas wird transparent.

PDLC-Glas ist keine Sonnenschutztechnologie im eigentlichen Sinne, weil es im milchigen Zustand Licht streut, aber keineswegs weniger Energie hindurchlässt. Es eignet sich primär für Sichtschutz, Privatsphäre und dekorative Anwendungen:

PDLC-Glas ist kostengünstiger als echte elektrochrome Verglasung und auch für Nachrüstlösungen erhältlich (als Folienprodukt).

Anwendung im Premium-Wohnbau und Büro

Elektrochrome Fenster sind derzeit vor allem in zwei Segmenten verbreitet:

Im deutschen Wohnbau ist die Technologie noch selten, aber das Interesse wächst.

Kosten: 500 bis 1.000 Euro pro Quadratmeter

Elektrochrome Verglasungen sind erheblich teurer als konventionelle Fenster. Je nach Hersteller und Projektgröße liegen die reinen Glaskosten bei 500 bis 1.000 Euro pro m² – zuzüglich Rahmen, Installation und Steuerungssystem. Zum Vergleich: Eine hochwertige Dreifachverglasung kostet als Glas 60 bis 150 Euro pro m².

Die Kostenstruktur verbessert sich bei größeren Glasflächen, da das Steuerungssystem und die Verkabelung anteilig günstiger werden. Bei Neubauprojekten mit großzügiger Verglasung ist die Mehrkosten-Argumentation leichter zu führen als bei der Sanierung einzelner Fenster.

Energieeffizienz-Vorteil: Der g-Wert im dynamischen Betrieb

Der entscheidende Vorteil elektrochromer Fenster für die Energieeffizienz liegt in der Anpassbarkeit des g-Werts. Konventionelle Sonnenschutzverglasung hat einen festen g-Wert – gut im Sommer, aber im Winter suboptimal, weil sie auch willkommene Sonnenwärme abschirmt.

Elektrochrome Fenster können im Winter transparent betrieben werden (voller Wärmeeintrag durch Sonnenlicht) und im Sommer abgedunkelt (Schutz vor Überhitzung). Das macht sie zum bisher flexibelsten Instrument im solaren Energiemanagement. In Studien wurden Energieeinsparungen von 20 bis 30 Prozent gegenüber konventioneller Sonnenschutzverglasung gemessen – durch die jahreszeitlich optimierte Nutzung.