Institut für Textil- und Verfahrenstechnik · Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Wärmereflektierende Beschichtungen auf innenliegenden Sonnenschutzgeweben Volkmar v. Arnim,

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

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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


TiO2

Spektrale Transmission Polyurethanfilm


VIS NIR MIR

Polyurethanfilm ist im

VIS und NIR transparent


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


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


Bruker, Vertex 80

Messung der Transmission und Reflexion


Bruker,

Vertex 80

Messung mit Integrationskugel


Bruker,

Vertex 80

Transmission


Transmittance

Gerichtete Reflexion


Reflectance

Spektrale Analyse weißes Gewebe


VIS NIR MIR

(unbeschichtet)


(beschichtet mit Weißpigment)


VIS NIR MIR

(beschichtet)


(Vergleich unbeschichtet & beschichtet)


Reflexion

Transmission

VIS NIR MIR

(beschichtet)(unbeschichtet)

Messungen an Sonnenschutztextil


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

unbeschichtet Weißpigment Pigmentmischung weiß/braun

Ref

lexi

on

sgra

d b

zw. T

ran

smis

sio

nsg

rad

Weißes GewebeG1 O

Reflexion sichtbares LichtReflexion naher InfrarotbereichReflexion Wärmestrahlung (MIR)Transmission sichtbares LichtTransmission naher InfrarotbereichTransmission Wärmestrahlung (MIR)



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1


Ref

lexi

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Weißes GewebeG1 O




0

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1


Ref

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Weißes GewebeG1 O




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0,8

0,9

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Ref

lexi

on

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zw. T

ran

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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


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


Danksagung


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

mailto:[email protected]

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