Duurzaam wonen én energiebesparing

Naast zonnepanelen en warmtepompen brengen straks ook slimme ramen klimaatneutraal wonen een stap dichterbij. TNO werkt aan SunSmart ramen die in de zomer zonnewarmte tegenhouden, en in de winter juist warmte doorlaten. Met deze innovatie kan een gemiddeld huishouden jaarlijks zo’n 400 kg CO2 besparen, en daardoor honderden euro’s op de energierekening.

De gebouwde omgeving in Nederland is nu nog verantwoordelijk voor 40% van het energieverbruik, en bijna eenderde van de CO2-emissies. De ruim 7 miljoen gebouwen in Nederland moeten fors verduurzamen om in 2050 klimaatneutraal te kunnen zijn.

Naast isolatie, zonnepanelen en warmtepompen kunnen we binnenkort nog een andere innovatieve technologie inzetten om deze doelstelling te halen: slimme ramen. Dat zijn ramen die helpen de temperatuur in je huis te reguleren, en op die manier het gebruik van airco of verwarming terugdringen. Hiervoor bestonden al elektrisch gestuurde ramen, maar deze technologie is duur en laat ramen van tint veranderen. De ultieme oplossing, een betaalbaar slim raam met onzichtbare geïntegreerde temperatuurregulatie, is nu binnen handbereik.

Koel in de zomer, warm in de winter

Elektrisch gestuurde ramen bestonden al, maar die technologie is duur en laat ramen van tint veranderen. De ultieme oplossing, een betaalbaar slim raam met onzichtbare geïntegreerde temperatuurregulatie, is in een vergevorderd stadium. Het SunSmart slimme raam van TNO is voorzien van een speciale thermochrome coating die bij een ingestelde schakeltemperatuur kan schakelen tussen het doorlaten en tegenhouden van zonnewarmte. Roberto Habets, Lead Researcher bij TNO-Brightlands Materials Center, legt uit hoe het werkt: “Als het buiten warmer is dan 20 graden Celsius dan houdt de thermochrome coating de warmte van de zon tegen. Die warmte wordt geblokkeerd, waardoor het binnen koeler blijft. Zakt de buitentemperatuur onder de 20 graden, dan schakelt de coating automatisch en laat hij de warmtestraling van de zon door. Het interieur warmt zo op.”

Op zoek naar de ideale coating

Habets en zijn collega’s bij TNO-Brightlands Materials Center startten hun onderzoek naar thermochrome ramen in 2017. “Dat vanadiumdioxide thermochrome eigenschappen bezit, wisten we uit de vakliteratuur. Bij 68 graden Celsius kan dit materiaal schakelen tussen het doorlaten en het blokkeren van zonnewarmte.” Om tot de gewenste schakeltemperatuur van 20 graden Celsius te komen, en de optische eigenschappen van het raam te optimaliseren, moesten Habets en collega’s vanadiumdioxide gaan mengen met andere ingrediënten. Een tijdrovend proces: “In negen van de tien gevallen krijg je niet meteen de gewenste verbetering. Maar je wordt met elk stapje wel iets wijzer”, vertelt Habets. Zo rond 2019 ontstonden de eerste coatings die veelbelovend waren, al was het maar op een stukje glas van 10 bij 10 centimeter. Daarnaast moest de oplossing ook esthetisch voldoen: een transparante coating die bij schakeling niet van tint of kleur verandert. Habets: “Het idee was dat het raam wel schakelt in functionaliteit, maar dat je er met het blote oog niets van ziet. Het filtert alleen de warmtestraling van de zon.”

In 2025 productieklaar

De werking van de coating is inmiddels aangetoond, maar het proces is nog niet gereed voor inzet bij productie op grote schaal. Het volgende doel is om de coating op een industrieel relevante wijze toe te passen op een glasoppervlak van 1 bij 1 meter. TNO bouwde daarvoor een speciale ‘pilot-demonstratielijn’: een mini-testfabriek voorzien van technologie die de industrie ook gebruikt, compleet met een wasstraat, coatingmachine en hightech oven. “Voor het optimale resultaat moeten we voor al die processen en machines de ideale instellingen vinden”, legt Habets uit. “Dat is een uitdagend ontwikkeltraject.” Uiterlijk 2025 moeten de thermochrome ramen productieklaar zijn. “Op het moment dat we aantonen dat we de ramen op pilot-schaal kunnen produceren, wordt de technologie voor commerciële partijen interessant.”

Snelle terugverdientijd

Habets verwacht dat de SunSmart thermochrome ramen een terugverdientijd hebben van 5 tot 7 jaar. “Bij de ontwikkeling zochten we nadrukkelijk naar grondstoffen en productiestappen die betaalbaar zijn. Het idee is dat onze innovatie op grote schaal gebruikt gaat worden.” Op basis van de testresultaten denkt Habets dat een gemiddeld Nederlands huishouden met een woning vol slimme ramen op jaarbasis 400 kilo aan CO2-uitstoot bespaart. Daarnaast kunnen thermochrome ramen de jaarlijkse energierekening voor woningen met een airco met ongeveer 500 euro verlagen. Wie geen airco heeft, profiteert van het feit dat het huis in de zomer koeler blijft. “Het is een kwestie van installeren en klaar. De coating schakelt automatisch, zonder dat de gebruiker daar iets voor hoeft te doen. Het is een intrinsieke eigenschap van het coatingmateriaal. In de zomer én in de winter win je. In de zomer wordt je huis minder warm en in de winter draagt de zonnewarmte juist bij aan de opwarming in huis.”

Zonnepanelen en waterstof

Nu de slimme ramen bijna productieklaar zijn, blijven Habets en collega’s innoveren. Naast gekleurde coatings voor zonnepanelen werkt Habets momenteel aan een nieuwe vinding op basis van functionele coatings: actieve lagen die water kunnen splitsen in waterstof en zuurstof. “Met die technologie kun je zonnepanelen maken die in plaats van elektriciteit waterstof produceren”, vertelt Roberto Habets. Die nieuwe vinding zal straks wellicht ook in de inmiddels beproefde pilot-fabriek zijn weg vinden naar de markt. Habets besluit: “Huizen en kantoren kunnen een stuk duurzamer worden dankzij onze innovaties. Dat is wat ons uiteindelijk de meeste voldoening geeft, daar doen we het voor.”

Meer weten?

Wil je meer weten over onze SunSmart ramen, of ben je geïnteresseerd in een samenwerking om deze innovatie naar de markt te brengen, neem dan contact met ons op.