WAter BAsed SELective COATings for intelligent facade collectors

Formålet med prosjektet var å utvikle nye strålings-selektive malinger basert på nano-materialer for å øke effektiviteten til bygningsintegrerte solfangere i polymermaterialer. Samtidig vil en frihet i fargevalg øke den arkitektoniske fleksibiliteten og den visuelle kvaliteten til bygg med integrerte solvarmeanlegg. Malingen skal være kostnadseffektiv, vannbasert og miljøvennlig, og dessuten muliggjøre oppskalering i en industriell solfangerproduksjon. Motivasjonen var at bygningsintegrerte solvarmeanlegg ikke alltid tilfredsstiller de estetiske krav fra arkitekter, designere og byggherrer. Utvikling av vannbaserte «thickness-insensitive, spectrally selective» (TISS) malinger med «anti-soiling» (lotus) effekter vil være et viktig skritt for å oppnå høy termisk konverteringsgrad kombinert med markedets krav til estetiske bygningselementer. Disse utfordringene ble adressert i M-ERA.NET prosjektet WABASELCOAT med prosjektpartnere fra Slovenia, Kypros og Norge. Følgende resultater er oppnådd: * Basert på en marked-studie ble det valgt tre basisfarger for den videre utviklingen, variasjoner i rødt, mørk blå og svart. Resultatene fra prosjektet er imidlertid ikke begrenset til disse fargene. Malingen påføres ekstruderte kanalplater i høytemperatur-bestandige polymermaterialer med eller uten tilsetting av glassfiber. * Lav termisk emittans reduserer varmetapet fra solfangeren. Dette ble oppnådd ved å velge vannbasert bindemiddel og små flak i metallisk materiale med lavest mulig termisk emissivitet. Blant 32 ulike alternativer ble valgt et polyuretan-basert bindemiddel etter gjennomføring av UV-VIS refleksjonsmålinger og IR spektroskopiske studier. Ulike metallflak som kunne kombineres med vannbaserte bindemidler ble undersøkt. Det viste seg at størrelsen på flakene og den totale flaten de utspente hadde stor betydning for refleksjonen i IR spekteret, verifisert ved SEM avbilding. Flak fra Aquamet programmet viste seg velegnede for vannbaserte systemer og hadde den laveste termiske emissiviteten (eT = 0.16) * Maling med høy solar absorptivitet vil øke solfangerens effektivitet. Forskjellige nano-rør (MWCNT) ble inkorporert i bindemiddelet. Valget av MWCNT, pris og tilgjengelighet i markedet var hovedkriteriene. Det ble observert at nano-rørene måtte kortes ned og deres overflate-egenskaper måtte modifiseres. Resultatet ble god distribusjon av nano-rørene i bindemiddelet og forbedret absorptivitet for sollys, 93% (svart) og 90% (farget maling) under optimale laboratoriebetingelser. * Den frie overflateenergien til ulike bindemidler ble undersøkt før og etter herding for å kunne optimalisere spredningen av malingen på den spesifikke polymeroverflaten. Dette er viktig for å kunne oppnå god adhesjon. Best adhesjon ble oppnådd når overflaten ble sandblåst, som tillot lavere fri overflateeneregi og større ruhet. Det ga best utflytning av malingen, bedre adhesjon og kohesjon til polymeroverflaten. Ved industriell anvendelse er dette en miljøvennlig og rimelig behandling, men anvendbarheten i en produksjonslinje må verifiseres. * Holdbarheten til TISS malingen ble studert. Kravet var at malingen skulle tåle stagnasjonstemperaturer på 150oC ved anvendelse i solfanger. En full-skala TISS-malt polymerabsorbator integrert i en solfanger-kassett ble installert på Kypros og eksponert for et tørt og varmt Middelhavet-klima. De første stagnasjonstestene tilfredsstilte kravet med god margin, verifisert ved inspeksjon etter en sommersesong. Akselererte aldringstester ble også gjennomført og viste ingen mekaniske eller optiske feil. De akselererte testene inkluderte eksponering av UV-stråling, tørr luft, fuktig luft og temperatursykling, vind og vedheng av støv/partikler. * Arbeidet omfattet også studier av "hydrophobic" og "anti-soiling" egenskaper til TISS malingen. Ulike såkalte «POSS molekyler» (polyhedral oligomeric silsesquioxanes) ble syntetisert og inkludert i malingen. Syntetiseringen kan utføres ved romtemperatur, er skalerbar og kan overføres til industrielle prosesser. Ulike flammedempende tilsettinger til polymer bindemidlet ble også vurdert. En Slovensk patent-søknad ble innlevert I 2020, som vil beskytte de intellektuelle verdiene i WABASELCOAT. Fem vitenskapelig publikasjoner om WABASELCOAT er utarbeidet, tre er publisert og to er submittert. Prosjektresultatene planlegges å bli anvendt kommersielt etter å ha blitt verifisert i produksjon, tilgangskapasitet og kostnadsanalyse.

Multifunctional paint coatings were developed for a new solar collector technology, which is by design a building envelop system, replacing conventional roof or facade covers. The coatings enhance the collector performance, allow architects and decision makers to choose among different colors in order to match the building's design. This will overcome limitations given by existing technologies and contribute to increase renewable heat production. We focused on developing environmentally friendly, waterborne spray coatings. These can easily be applied, have a lower environmental impact during synthesis and application, and guarantee better working environment for the production staff. A reduced environmental impact will be positive to be included in product declaration and LCA figures of the new collector technology. An important aspect was to build on easy-available paint components and obtain cost-competitive coatings for broad use and increase renewable energy production.

Solar absorbers incorporated in façades systems become a reality in the modern architecture, although they do not always fulfil the demands of building designers, planers and owners. In this respect coloured spectrally selective paint coatings are required. Water-borne thickness insensitive spectrally selective coatings with anti-soiling effect are one of the optimal choices since they offers the possibility of achieving high solar to thermal conversion efficiency, longevity and high aesthetic demands of architects. At present, the practical use is faced with three major problems: i) non-selective coatings are used for increase the absorptivity, ii) coatings are made by solvent-borne resins, high volatile organic solvents (VOC) emission and iii) the dust and dirt are collected on the absorber surface resulting in decreased efficiency. The efficiency can be improved using black or coloured spectrally selective inorganic and metallic pigments incorporated in water-borne resins with low thermal emittance resulting in minimizing VOC emissions. Anti-soiling properties will be incorporated by tailoring of new additives. Proposed coatings will be tested towards market needs.