Improved Window Technologies for Energy Efficient Buildings

Hovedmålet til prosjektet "Improved Window Technologies for Energy Efficient Buildings", som gjennomføres av NTNU og SINTEF Byggforsk i samarbeid med Lian Trevarefabrikk og Lawrence Berkeley National Laboratory (USA), er å utvikle nye forbedrede vindusløsninger og systemer som gjør det mulig å styre energistrømmene gjennom vinduene på en bedre måte (både synlig lys og termisk energi). Ulike problemstillinger rundt forbedring av vinduenes egenskaper har derfor blitt undersøkt i prosjektet, der noen er gjengitt nedenfor. Svært gode varmeisolerende vindusrammer En artikkel studerer hvordan høyisolerende vindusrammer kan utformes (dvs. rammer med lavest mulig U-verdi). En rekke numeriske beregninger og parametervariasjoner er gjennomført. Utvikling av nye bedre isolasjonsmaterialer for bruk i karm og ramme er en måte å forbedre egenskapene på. En annen studie ser på beregningsmetodene som benyttes til å regne ut de termiske egenskapene til vindusrammer, og foreslår forbedrede metoder. For gode vindusrammer vil små unøyaktigheter i beregningsmetodene kunne ha stor innvirkning på resultatet. Dagens og morgendagens vinduer En studie tar for seg dagens beste vinduer og glassystemer og undersøker videre utviklingsmuligheter for disse, f.eks. vakuumvindu, smarte vinduer, tynne folier, aerogelvindu og selvrensende glass. En annen artikkel har presentert ulike løsninger og forbedringsmuligheter for avstandslisten som benyttes for å holde glassene fra hverandre i en vindusrute. Flere potensielle måter for forbedring av avstandslisten er identifisert, bl.a. ved å utvikle nye materialer med bedre varmeisolasjonsegenskaper og å forlenge varmestrømslengden ved å lage smartere design. I en annen studie ble det funnet at avstandslistens levetid er avhengig av refleksjonsegenskapene til fasadematerialene. Høyere refleksjon gir lengre levetid. Vinduer med aerogel Lian Trevarefabrikk har laget vinduer med aerogel (rutene er bestilt fra OKALUX). To vindustyper har blitt laget, et system med et 30 mm tykt lag med aerogel og et system med 60 mm aerogel. Målinger er gjennomført for å se om teoretiske og eksperimentelle resultater samsvarer, og også for å se om varmetap ved konveksjon kan oppstå i slike systemer. Studien viser at konveksjon ikke reduserer varmeisolasjonsevnen til ruter med aerogel. Aldringsforsøk viser imidlertid at konduktiviteten til aerogel kan øke med 10 % hvis det blir utsatt for fukt. I en annen studie ser vi på om vinduer med aerogel kan gi mer energieffektive bygninger. Resultatene viser at fasader med aerogel i deler av fasaden kan oppnå lavere energibehov enn doble vindusruter for varme klima slik som f.eks. Tokyo og Singapore. I kaldere klima, som i Oslo, er triple vindusruter bedre. Vinduets plassering i veggen innvirker på varmetapet I prosjektet har vi studert hvordan vinduets plassering i veggen vil innvirke på varmetapet igjennom vinduet og veggen. Plasseringen har stor innvirkning på hvor mye varme som kan transporteres igjennom tilslutningen mellom vindu og vegg. Varmetapet varierer med veggtype og med vinduets avstand fra veggens ytterside. Det er mer gunstig å plassere vinduet tilnærmet i midten av veggen enn helt mot inn- eller utside, med hensyn på varmetap. Fuktteknisk er det imidlertid mer gunstig å plassere vinduet lengre ut i veggen. Forbedring av eksisterende vinduers termiske egenskaper I eksisterende bygninger kan det ofte være gunstig å forbedre eksisterende vinduers egenskaper istedenfor å bytte de ut. Ulike systemer er undersøkt numerisk, slik som å klistre på folier med reflekterende belegg på glassene, montere isolerende solskjermingssystemer mellom glassene (i boks-vindu), og å bytte ut enkle glass med bedre ruter med flere lag glass eller folier. Det siste alternativet byr ofte på utfordringer med hensyn til vekt, da ruter med flere glass vanligvis er tyngre enn enkeltglass, og siden opprinnelig karm/ramme-konstruksjon ikke er dimensjonert for dette (både med hensyn til vekt og bredde/størrelse). Vi har derfor jobbet med å få ned vekten på rutesystemene, ved å se på alternative glassmaterialer/systemer. Fasadens innvirkning på bygningens energibruk Det er undersøkt hvordan fasadens oppbygging kan påvirke en kontorbygnings energibruk i Tokyo. Kontorbygg med ulike høyder og bredde/dybde-forhold er undersøkt. En reduksjon av vinduenes solfaktor førte til størst reduksjon i energibruken, fulgt av en reduksjon av vinduets U-verdi og en økning i fasadens solreflektans. En reduksjon av veggens U-verdi kunne øke energibehovet. Lavemisjonsbelegg Materialer med lav emissivitet kan anvendes for å redusere energitransporten i både opake og transparente deler av en bygning. Materialer med lav emissivitet stråler ut mindre varme enn materialer med høy emissivitet. Emissiviteten kan også virke inn på mengden dagslys og solstråling igjennom vinduer. Ulike materialer og produkter som finnes er presentert og aldringsegenskaper til noen belegg er også undersøkt.

Saving energy and carbon emissions are currently a top priority for buildings and constructions. With up to about 60 % of the total energy loss through the building envelope coming from its windows, improved fenestration products have a huge potential to provide large energy savings. The main objective of this project is to develop new window technologies for improved control of energy flows through windows in energy efficient buildings (new and existing buildings). Both solar and thermal radiation are c onsidered. The project will be organized in two different Work Packages (WP): Improved Thermal Insulation (WP1) and Dynamic Properties (WP2). In the first work package new and improved frame and spacer technologies will be in the focus. In WP2 research wi ll be carried out on windows with dynamic properties (controllable U-value and solar heat gain coefficient). All activities will focus on promotion of solutions and methods that can reduce the energy use in buildings. The project will be performed with cl ose co-operation between Norwegian University of Science and Technology (NTNU), SINTEF Building and Infrastructure, Lian Trevarefabrikk AS, and Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).