Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Solarfassaden mit richtungsselektiver Transmission (RST) fokussieren direktes Sonnenlicht auf horizontal verlaufende Brennlinien. Der H\u00f6henwinkel der Sonne beeinflu\u00dft dabei die Lage der Brennlinie. Dadurch wird die Direktstrahlung der hochstehenden Sommersonne zur\u00fcckreflektiert, w\u00e4hrend die Direktstrahlung der tief stehenden Wintersonne nahezu ungehindert transmittiert wird. Das System kommt ohne bewegte Teile aus und reduziert die K\u00fchllast des Geb\u00e4udes ebenso wie die Beleuchtungsenergie.
\n Ziel dieses Projektes war der Nachweis der glastechnischen Machbarkeit von RST, und zwar theoretisch durch Simulationsrechnungen und praktisch durch Produktionsversuche sowohl von Walzglas-Zylinderlinsen-Scheiben als auch von fertigen RST-Doppelscheibenelementen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Numerische Simulation: Mit Hilfe umfangreicher FEM-Rechnungen sollte gezeigt werden, unter welchen Bedingungen RST-Gu\u00dfgl\u00e4ser der geforderten Zylinderlinsen-Profilierung unter Ber\u00fccksichtigung der zul\u00e4ssigen inneren Spannungen herstellbar und evtl. auch h\u00e4rtbar sind.
\n2. Walzglas-Herstellung: Im Partnerbetrieb wurden RST-Zylinderlinsenscheiben in zwei verschiedenen Querschnitts-Geometrien und unterschiedlichen Dicken probehalber hergestellt.
\n3. Funktions-\u00dcberpr\u00fcfung: RST-Elemente mit den o.a. Walzglas-Scheiben wurden durch Transmissionsmessungen auf ihre Winter-(Durchla\u00df-) und Sommer-(Abschattungs-)Funktion untersucht.
\n4. Isolierglas-Herstellung: Aus den o.a. Zylinderlinsen-Scheiben wurden bei verschiedenen Partnerfirmen mit Hilfe unterschiedlicher Randverbundstechniken Doppelscheiben-Isolierglaselemente hergestellt. Zur \u00dcberpr\u00fcfung der langfristigen Diffusionsdichtigkeit wurde ein Wasserbad-Wechseltest entwickelt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
1. Numerische Simulation: Die Simulation der materialtechnischen Vorg\u00e4nge bei der Herstellung von Walzglas hat ein grundlegendes Verst\u00e4ndnis der proze\u00dfrelevanten physikalischen Zusammenh\u00e4nge gebracht.
\nDie Vorg\u00e4nge bei der Erstarrung einer Glasschmelze werden komplex durch das Relaxationsverhalten des Werkstoffes: Als Folge der Abk\u00fchlung \u00e4ndern sich die Struktur und die damit zusammenh\u00e4ngenden Stoffwerte mit zeitlicher Verz\u00f6gerung. Die daraus resultierende dynamische Anpassung der Stoffwerte w\u00e4hrend des Programmablaufs war mit der verf\u00fcgbaren Software (ANSYS) nur zum Teil realisierbar. Ferner fehlten experimentell gewonnene zeitlich aufgel\u00f6ste Datenverl\u00e4ufe, die den Walzvorg\u00e4ngen entsprechen, als Eingabeparameter f\u00fcr die Simulation.
\nDie erweiterte Simulation unter viskoelastischen Bedingungen lieferte Spannungswerte, unter denen das Glas nicht mehr herstellbar w\u00e4re. Praktische Versuche (s. 2.) zeigten jedoch die tats\u00e4chliche Machbarkeit.
\nFazit: Eine wirklichkeitsnahe Simulation der viskoelastischen Abk\u00fchlung einer Glasschmelze mit Relaxation war wegen der o.a. Defizite unter den gegebenen Bedingungen noch nicht m\u00f6glich.
\n2. Walzglas-Herstellung: Durch eine Probe-Produktion im Partnerbetrieb konnte zweifelsfrei gezeigt werden, da\u00df die Herstellung von RST-Zylinderlinsenplatten aus Walzglas technisch m\u00f6glich ist.
\nDa aus produktionstechnischen Gr\u00fcnden die glatte Seite der Glasplatte oben und die strukturierte Seite unten auf den Walzen auflag, ergab sich ein Durchsacken des noch nicht erstarrten Materials, das zur Abflachung der Linsenstruktur und zu einer Wellenstruktur der glatten Seite f\u00fchrte. Beide Effekte zusammen ergaben zuf\u00e4llig wieder brauchbare Fokussierungseigenschaften. L\u00e4ngsriefen im Linsenprofil und Breitenabweichungen der Linsen machten zus\u00e4tzliche Probleme.
\nDurch Modifikationen des Herstellungsvorgangs, der Abk\u00fchlungsparameter und der Glasmischung erscheinen RST-Zylinderlinsenscheiben machbar, die allen Anforderungen gen\u00fcgen.
\nEinzelne Proben konnten auch geh\u00e4rtet und erfolgreich nach DIN 1249 T.12 getestet werden.
\n3. Funktions\u00fcberpr\u00fcfung: RST-Doppelscheibenelemente mit Walzglas-Linsenplatten (aus 2.) wurden im Labor f\u00fcr verschiedene Fassadenorientierungen und alle Sonnenst\u00e4nde des Jahres auf ihre Transmission untersucht. Die Apparatur enthielt einen Scheinwerfer mit sonnen\u00e4hnlichem Spektrum, eine Azimut-H\u00f6hen-Schwenkpositionierung und ein Solarzellenfeld als Detektor.
\nBei jeweils durchschnittlichem Strahlungswetter ergaben sich Transmissionen f\u00fcr die Globalstrahlung von 70 % f\u00fcr den 21.12. und 13 % f\u00fcr den 21.06.
\n4. Isolierglas-Herstellung: RST-Elemente sind nicht ohne Weiteres als Zweischeiben-Isolierglas herzustellen, da sie auf der Innenseite weit tiefer strukturiert sind als herk\u00f6mmliches Ornamentglas. In Zusammenarbeit mit zwei Partnerfirmen wurden Randverbund-Verfahren entwickelt, die sowohl mit Aluminium- als auch mit thermoplastischen Abstandshaltern anwendbar sind und langfristige Gas- und Wasserdampf-Diffusionsdichtigkeit garantieren. Zur \u00dcberpr\u00fcfung der Wasserdampf-Diffusion wurde ein Wasserbad-Wechseltest entwickelt.
\nDer Doppelscheiben-Effekt (Durchbiegen der beiden Scheiben im Verbund nach innen bei tiefen und nach au\u00dfen bei hohen Temperaturen) wurde speziell f\u00fcr RST-Zylinderlinsenscheiben realit\u00e4tsnah berechnet. Es konnte gezeigt werden, da\u00df er die Funktion von RST nicht entscheidend beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
RST wurde zweimal auf der Hannover-Messe Industrie sowie auf mehreren lokalen und regionalen Ausstellungen gezeigt und der Fachwelt durch Vortr\u00e4ge auf Tagungen und Konferenzen pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
: Eine wirklichkeitsnahe Simulation der viskoelastischen Abk\u00fchlung einer Glasschmelze mit Relaxation war wegen der o.a. Defizite unter den gegebenen Bedingungen noch nicht m\u00f6glich.
\n2. Walzglas-Herstellung: Durch eine Probe-Produktion im Partnerbetrieb konnte zweifelsfrei gezeigt werden, da\u00df die Herstellung von RST-Zylinderlinsenplatten aus Walzglas technisch m\u00f6glich ist.
\nDa aus produktionstechnischen Gr\u00fcnden die glatte Seite der Glasplatte oben und die strukturierte Seite unten auf den Walzen auflag, ergab sich ein Durchsacken des noch nicht erstarrten Materials, das zur Abflachung der Linsenstruktur und zu einer Wellenstruktur der glatten Seite f\u00fchrte. Beide Effekte zusammen ergaben zuf\u00e4llig wieder brauchbare Fokussierungseigenschaften. L\u00e4ngsriefen im Linsenprofil und Breitenabweichungen der Linsen machten zus\u00e4tzliche Probleme.
\nDurch Modifikationen des Herstellungsvorgangs, der Abk\u00fchlungsparameter und der Glasmischung erscheinen RST-Zylinderlinsenscheiben machbar, die allen Anforderungen gen\u00fcgen.
\nEinzelne Proben konnten auch geh\u00e4rtet und erfolgreich nach DIN 1249 T.12 getestet werden.
\n3. Funktions\u00fcberpr\u00fcfung: RST-Doppelscheibenelemente mit Walzglas-Linsenplatten (aus 2.) wurden im Labor f\u00fcr verschiedene Fassadenorientierungen und alle Sonnenst\u00e4nde des Jahres auf ihre Transmission untersucht. Die Apparatur enthielt einen Scheinwerfer mit sonnen\u00e4hnlichem Spektrum, eine Azimut-H\u00f6hen-Schwenkpositionierung und ein Solarzellenfeld als Detektor.
\nBei jeweils durchschnittlichem Strahlungswetter ergaben sich Transmissionen f\u00fcr die Globalstrahlung von 70 % f\u00fcr den 21.12. und 13 % f\u00fcr den 21.06.
\n4. Isolierglas-Herstellung: RST-Elemente sind nicht ohne Weiteres als Zweischeiben-Isolierglas herzustellen, da sie auf der Innenseite weit tiefer strukturiert sind als herk\u00f6mmliches Ornamentglas. In Zusammenarbeit mit zwei Partnerfirmen wurden Randverbund-Verfahren entwickelt, die sowohl mit Aluminium- als auch mit thermoplastischen Abstandshaltern anwendbar sind und langfristige Gas- und Wasserdampf-Diffusionsdichtigkeit garantieren. Zur \u00dcberpr\u00fcfung der Wasserdampf-Diffusion wurde ein Wasserbad-Wechseltest entwickelt.
\nDer Doppelscheiben-Effekt (Durchbiegen der beiden Scheiben im Verbund nach innen bei tiefen und nach au\u00dfen bei hohen Temperaturen) wurde speziell f\u00fcr RST-Zylinderlinsenscheiben realit\u00e4tsnah berechnet. Es konnte gezeigt werden, da\u00df er die Funktion von RST nicht entscheidend beeintr\u00e4chtigt. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
RST wurde zweimal auf der Hannover-Messe Industrie sowie auf mehreren lokalen und regionalen Ausstellungen gezeigt und der Fachwelt durch Vortr\u00e4ge auf Tagungen und Konferenzen pr\u00e4sentiert. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
RST-Zylinderlinsenscheiben sind im Walzglasproze\u00df herstellbar und h\u00e4rtbar, weisen aber bisher noch herstellungsbedingte Form- und Oberfl\u00e4chenabweichungen auf. Die Randverbundprobleme sind gel\u00f6st; ein vereinfachtes Testverfahren steht zur Verf\u00fcgung. Die relaxationsabh\u00e4ngigen Spannungen im Glas bei der Herstellung konnten bisher noch nicht realit\u00e4tsnah numerisch simuliert werden.
\nWeitere Projekte sollten die Qualit\u00e4tsverbesserung der Gu\u00dfglas-Linsenscheiben, geometrische und materialtechnische Eigenschaften der Streifenscheibe, Produkttests, die Automatisierung der Herstellung von RST-Doppelscheibenelementen sowie die Anwendung von RST an einem Prototyp-Geb\u00e4ude zum Gegenstand haben.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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