Bessere Glasfassaden durch PMMM: Mehr Licht, weniger Hitze, saubere Oberflächen

Glasfassaden sind modern und lassen viel natürliches Licht in Gebäude. Doch sie haben auch Nachteile. Sie heizen sich schnell auf, erfordern häufige Reinigung und das Licht kann blenden. Selbstreinigende Oberflächen und 3D-druckbare Elemente bieten bisher keine vollständige Lösung. Könnte die Antwort aus Karlsruhe kommen?

Ein Forschungsteam am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unter Leitung von Gan Huang hat ein neues Material entwickelt. Es heißt Polymer-based Micro-Photonic Multi-Functional Metamaterial (PMMM). Das Material basiert auf Silikon, genauer gesagt Polydimethylsiloxan (PDSM). PMMM-Folien können bis zu mehreren Quadratdezimetern groß sein und an Glasfassaden angebracht werden, um deren Stabilität zu erhöhen.

Innovation aus Karlsruhe

Das Besondere an PMMM ist die nanostrukturierte Oberfläche. Sie besteht aus mikroskopisch kleinen Pyramiden, etwa einem Zehntel des Durchmessers eines Haars. Diese Struktur verleiht PMMM spezielle optische und thermische Eigenschaften. Das Design integriert hohe Transparenz, Lichtstreuung, Selbstreinigung und Strahlungskühlung.

Das Team testete die Metamaterial-Folie im Labor und unter freiem Himmel. In einer Kühlprüfkammer mit PMMM-Dach erreichten sie eine Kühlleistung von etwa 97 Watt pro Quadratmeter. Die Folie war bis zu sechs Grad Celsius kälter als die Umgebung. Polydimethylsiloxan in der Folie absorbiert kaum Sonnenlicht und strahlt Wärme im Infrarotbereich ab, was eine passive Kühlung ohne Stromverbrauch ermöglicht.

Vorteile des neuen Materials

PMMM ist transparenter als Glas. Während Glas etwa 91 Prozent des Lichts durchlässt, erreicht PMMM 95 Prozent. Sonnenstrahlen werden von den Nano-Pyramiden umgelenkt und durchdringen das Material auf Umwegen. Das innovative Design streut das Licht stark, was blendfreie und sichtgeschützte Innenräume ermöglicht.

Gan Huang betont, dass PMMM in Dächern und Wänden helle, blendfreie Räume schafft. In Gewächshäusern könnte die hohe Lichtdurchlässigkeit die Erträge steigern, da die Effizienz der Photosynthese höher ist als bei Glasdächern.

Selbstreinigung und Nachhaltigkeit

PMMM weist Wasser ab, ähnlich wie Lotusblätter. Die pyramidenförmige Struktur reduziert die Kontaktfläche der Wassertröpfchen, sodass sie leicht abrollen. Dies entfernt Schmutz und Staub von der Oberfläche, was PMMM gegenüber herkömmlichen Oberflächen einen Vorteil verschafft.

Huang und sein Team betonen, dass PMMM kostengünstig und nachhaltig ist. Das Basismaterial Polydimethylsiloxan macht es skalierbar und umweltfreundlich. Das Material kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden und leistet einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen und energieeffizienten Architektur.

Bryce Richards fasst zusammen: „PMMM sorgt für optimale Nutzung von Sonnenlicht, passiv kühlt und reduziert die Abhängigkeit von Klimaanlagen. Es ist skalierbar und passt nahtlos in umweltfreundliche Bau- und Stadtentwicklungspläne.“

Potenzial für Bau und Stadtentwicklung

„Unser neu entwickeltes Material hat das Potenzial, in verschiedenen Bereichen eingesetzt zu werden und leistet einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen und energieeffizienten Architektur“, erklärt Richards. „Das Material kann gleichzeitig für optimale Nutzung von Sonnenlicht in Innenräumen sorgen, passiv kühlen und die Abhängigkeit von Klimaanlagen reduzieren. Die Lösung lässt sich skalieren und nahtlos in Planungen für umweltfreundlichen Hausbau und Stadtentwicklung integrieren”, sagt Huang.

Für seine Arbeit hatte das Karlsruher Forschungsteam bereits im vergangenen Jahr den 1. Platz beim Public Choice Award des Helmholtz Best Scientific Image-Wettbewerbs gewonnen.