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Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser
Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
Wärmereflektierende
Beschichtungen auf innenliegenden
Sonnenschutzgeweben
Volkmar v. Arnim, Helmar Abele, Benjamin Ewert, Thomas Stegmaier
Forum Funktionalisierung, Hohenstein, 20. Januar 2016
© ITV Denkendorf 1
Institut für Textilchemie und Chemiefasern
Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
Zentrum für Management Research
ITV Denkendorf Produktservice GmbH
Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)
© DITF Denkendorf2
Kenndaten 2014
© DITF Denkendorf3
Anwendungsorientierte Forschung vom Molekül bis zum Produkt
Gegründet 1921, Stiftung des öffentlichen Rechts
307 Beschäftigte
Erlöse 31,0 Mio. €
KMU-Anteil 60%
Industrie: 30% aus BW, 45% national, 25% international
25.000 m² Forschungs- und Produktionsfläche
Forschung mit industriellen Pilotanlagen
Fokus technische Textilien und Life Science
Anbindung an Uni Stuttgart/HS Reutlingen über 3 Lehrstühle und 2 Professuren
Forschungsprojekte an den DITF (%)
Gesundheit und Medizin 21
Mobilität und Verkehr 19
Umwelt und Energie 23
Kommunikation und Information 10
Bau und Funktionalität 12
Textiltechnologische Prozesse 15
Forschungsprojekte und Erlöse 2014
4
Faser und Garn Fläche Funktionalisierung ProduktPolymer
Erlösarten DITF (%)
© DITF Denkendorf
Klimatisierung im Büro
© ITV Denkendorf 5
http://www.ergo-online.de
USA: ca. 100% klimatisiert
Deutschland: ca. 50% (Tendenz steigend)
Energie Büroraumkühlung (D):
20 kWh/m²·a / 5.000 gWh/a
www.eia.gov/emeu/cbecs/cbecs2003/officereport/office_print.pdf
Büroempfehlung
Energieflüsse einer vollklimatisierten
Büroetage (Altbau, Sommerwoche)
© ITV Denkendorf 6
Quelle: Klimaschutz durch Reduzierung des Energiebedarfs für Gebäudekühlung, Umweltbundesamt, UBA-FB 001467, 2011
!Solareintrag > 50%
Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche
Solarer Energieeintrag bis zu 1 kW/m²
ca. 50% der Sonneneinstrahlung im sichtbaren Licht
ca. 45% im unsichtbaren nahen Infrarot (NIR)
ca. 6% im unsichtbaren Ultraviolett (UV-A & UV-B)
Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche
Solarer Energieeintrag bis zu 1 kW/m²
ca. 50% der Sonneneinstrahlung im sichtbaren Licht
ca. 45% im unsichtbaren nahen Infrarot (NIR)
ca. 6% im unsichtbaren Ultraviolett (UV-A & UV-B)
Wärmestrahlung warmer Körper (bis 200°C) überwiegend im mittleren IR (MIR)
Lichttechnisches Verhalten
© ITV Denkendorf 9
VIS
NIR
Wunsch:
Partielle Transmission des VIS
(Helligkeit*)
Partielle diffuse Reflexion des VIS
(keine Spiegelung*)
Vollständige Reflexion des NIR
Keine Absorption (VIS + NIR)
(Erwärmung)
800 - 2.500 nm
*Für Büros u.a. geregelt durch Bildschirmarbeitsverordnung DIN EN ISO 9241 – 6 und §§ 1,3 ff Arbeitsschutzgesetz (ArbschG).
Zentrale F&E-Arbeiten
Entwicklung von
Beschichtungs-
systemen.
Beschichtung von
Textilien
Lichttechnische
Charakterisierung
• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver oder als Dispersion) & NIR-transparente Binder
• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe ( ggfs. Siebdruck- und Laminiertechniken)
• Transmissions-/Reflexionsmessung (IR 780 – 3000 nm & VIS 380 – 780 nm)
Recherche NIR-reflektierende Pigmente
In der Regel Metalle und Metalloxide (Beispiele)
© ITV Denkendorf 11
• A review of near infrared reflectance properties of metal oxide nanostructures, V. Fang J.et al., GNS Science Report 2013/39, July 2013
• Near Infrared 45 ° /0 ° Reflectance Factor of Pressed Polytetrafluoroethylene (PTFE) Powder [J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 104, 185 (1999)]
TiO2
ZnO
AlAg
Au
PTFE ungesin
tert
BaSO4
Cd2•
SnO4
Fe2O3
Cr2O3
Metalle:
• stark reflektierend (gerichtet)
• glänzend
• farbig (grau/ dunkel)
Metalloxide:
• Variabel reflektierend (diffus)
• weiße Varianten
• farbige Varianten
• z.T. schwermetallhaltig
Recherche NIR-reflektierende Pigmente
TiO2-Varianten
+ Weiß (Farbneutral)
+ Umweltverträglich
+ Günstig
+ Etabliert
© ITV Denkendorf 12
TiO2
Spektrale Transmission Polyurethanfilm
© ITV Denkendorf 13
VIS NIR MIR
Polyurethanfilm ist im
VIS und NIR transparent
Zentrale F&E-Arbeiten
Entwicklung von
Beschichtungs-
systemen.
Beschichtung von
Textilien
• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver & Dispersion) & NIR-transparente Binder
• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe
• Wässrige Polyurethandispersion
• TiO2-basierte reflektierende Pigmente (ca. 10 Gew %)
• Rakelfähige Pasten
• Auftragsgewicht: ca. 100 -150 g/m²
Zentrale F&E-Arbeiten
Entwicklung von
Beschichtungs-
systemen.
Beschichtung von
Textilien
Lichttechnische
Charakterisierung
• Infrarotreflektierende Pigmente (Pulver oder als Dispersion) & NIR-transparente Binder
• Rakelauftrag Standard-Sonnenschutzgewebe ( ggfs. Siebdruck- und Laminiertechniken)
• Transmissions-/Reflexionsmessung (VIS 380 – 780 nm & NIR/MIR 780 – 4000 nm)
Messtechnik
UV / VIS / IR - Spektrometer am ITV
messbarer Spektralbereich: 220 nm – 25 µm
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Bruker, Vertex 80
Messung der Transmission und Reflexion
© ITV Denkendorf 17
Bruker,
Vertex 80
Messung mit Integrationskugel
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Bruker,
Vertex 80
Transmission
© ITV Denkendorf 19
Transmittance
Gerichtete Reflexion
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Reflectance
Spektrale Analyse weißes Gewebe
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VIS NIR MIR
(unbeschichtet)
Spektrale Analyse weißes Gewebe
(beschichtet mit Weißpigment)
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VIS NIR MIR
(beschichtet)
Spektrale Analyse weißes Gewebe
(Vergleich unbeschichtet & beschichtet)
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Reflexion
Transmission
VIS NIR MIR
(beschichtet)(unbeschichtet)
Messungen an Sonnenschutztextil
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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun
Ref
lexi
on
sgra
d b
zw. T
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smis
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nsg
rad
Weißes GewebeG1 O
Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)
Messungen an Sonnenschutztextil
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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun
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Weißes GewebeG1 O
Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)
Messungen an Sonnenschutztextil
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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun
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lexi
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Weißes GewebeG1 O
Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)
Messungen an Sonnenschutztextil
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unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun
Ref
lexi
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rad
Weißes GewebeG1 O
Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher Infrarotbereich
VIS
NIR
NIR
MIR
MIR
Reflexion Transmission
VIS
Solare Energieeinträge
© ITV Denkendorf 28
Stärkster Effekt
IR-reflektierender Pigmente
bei gefärbten Geweben:
Energieeinträge NIR << VIS
Zusammenfassung
Solarer Anteil ca. 50% des Wärmeeintrags in Büro
Fast 50% des solaren Energieeintrags ist Wärmestrahlung (NIR)
Weiße Gewebe haben im VIS und NIR ähnliche spektrale
Eigenschaften
TiO2-Pigmente haben hohe VIS- und NIR-Reflektivität
PUR sind im VIS und NIR transparent
Durch PUR/TiO2-Beschichtungen wurden 70% der Wärmestrahlung
(NIR) reflektiert
Bei gefärbten PUR/TiO2-Beschichtungen war der NIR-Reflexionsgrad
50% höher als die VIS-Reflexion
© ITV Denkendorf 29
Danksagung
© ITV Denkendorf 30
Zweigart & Sawitzki GmbH & Co. KG
Fronäckerstraße 50
71063 Sindelfingen
Andreas Georgii
www.itv-denkendorf.de
Vom Material zum Produkt
ITV Denkendorf 31
Dr. Volkmar v. Arnim
E-mail: [email protected]
Tel.: 0711 9340 237
Körschtalstrasse 26
D-73770 Denkendorf
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit