@phdthesis{Meier2006,
  author    = {Meier, Martin},
  title     = {Mikrostrukturierte Metallschichten auf Glas},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-22331},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Moderne W{\"a}rmeschutzverglasungen erreichen ihren niedrigen W{\"a}rmedurchgangskoeffizienten, den U-Wert, im Wesentlichen durch Low-e-Beschichtungen, also Schichten mit einem Emissionsgrad von unter 0.05 im infraroten Spektralbereich. Verantwortlich f{\"u}r die Low-e-Eigenschaften sind bei diesen Beschichtungen h{\"a}ufig eine oder zwei d{\"u}nne Silberschichten. Im Schichtsystem kommen dazu etliche Schichten zur Entspiegelung, als Diffusionsblocker und zur Haftvermittlung. Sichtbare Strahlung wird durch diese Beschichtungen nur wenig beeinflusst. Wegen des niedrigen Emissionsgrades im IR-Bereich wird jedoch Strahlung im nahen Infrarot reflektiert und damit die solare Transmission vermindert. In vielen Einsatzgebieten, so auch bei der W{\"a}rmeschutzverglasung oder bei thermischen Solarkollektoren, kommt es allerdings auf den solaren und nicht auf den visuellen Transmissionsgrad an. Eine ideale „solare Beschichtung" sollte die solare Einstrahlung weitgehend durchlassen, im Bereich der W{\"a}rmestrahlung bei Raumtemperatur dagegen reflektierend wirken. Im Unterschied zu einer solchen Beschichtung verringert eine konventionelle Low-e-Beschichtung den solaren Transmissionsgrad einer Glasscheibe um etwa 20 bis 25 Prozentpunkte. Um diese Verminderung des solaren Transmissionsgrades bei gleichen Isolationseigenschaften zu vermeiden, ist eine st{\"a}rkere Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t der Beschichtung vonn{\"o}ten. Eine M{\"o}glichkeit zur Erh{\"o}hung der Wellenl{\"a}ngenselektivit{\"a}t ist Mikrostrukturierung. An Stelle einer durchgehenden Metallschicht wird im Low-e-Schichtsystem ein Metallgitter verwendet. Ist die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung groß gegen{\"u}ber dem Abstand der Gitterstreben (im Falle der W{\"a}rmestrahlung bei 300 K), verh{\"a}lt sich die Beschichtung wie das fl{\"a}chige Material und damit wie eine konventionelle Low-e-Schicht. F{\"u}r Licht aus dem Spektrum der Sonnenstrahlung hingegen ist die Wellenl{\"a}nge kleiner als der Abstand der Gitterstreben, so dass die Transmission hier nur sehr geringf{\"u}gig vermindert wird. Zur genauen Charakterisierung dieses selektiven Verhaltens wurden Computersimulationen durchgef{\"u}hrt, zum einen nach dem Mie-Formalismus und zum anderen mit der Methode der finiten Differenzen im Zeitregime (FDTD), einer numerischen L{\"o}sung der Maxwellgleichungen. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Probenherstellung und der daraus resultierenden fehlenden M{\"o}glichkeit, die ben{\"o}tigten Sub-µm-Strukturen geeignet in ihrer Gr{\"o}ße zu variieren, wurden zur experimentellen Best{\"a}tigung sowohl die Wellenl{\"a}nge der einfallenden Strahlung als auch die Struktur um einen Faktor von etwa 100000 erh{\"o}ht und entsprechende Simulationen anhand von Streuexperimenten mit Mikrowellen an einem makroskopischen Metallgitter verifiziert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurden Vorraussagen {\"u}ber das spektrale Transmissionsverhalten eines ideal leitenden Metallgitters auf einem Glassubstrat in Abh{\"a}ngigkeit von Breite, Abstand und Dicke der Gitterstreben getroffen. Anhand von Parametervariationen wurden dann geeignete Werte dieser Gr{\"o}ßen f{\"u}r den Einsatz des Gitters als strukturierte Low-e-Beschichtung bestimmt. Durch {\"U}bertragung des spektralen Verhaltens eines solchen ideal leitenden Metallgitters auf eine reale Low-e-Schicht wurden die Auswirkungen einer Strukturierung dieser Schicht berechnet. Als Referenz diente dabei das Schichtsystem iplus E der Firma Interpane auf Floatglas. Die Rechnung zeigt, dass eine Strukturierung dieses Schichtsystems in ein Gitter mit 260 nm breiten St{\"a}ben im Abstand von 1080 nm die solare Transmission um 15 Prozentpunkte auf 0.72 steigen l{\"a}sst. Die Dicke der Silberschicht im Schichtsystem muss dabei allerdings von 15 nm auf 60 nm angehoben werden. Der Emissionsgrad im IR-Bereich erh{\"o}ht sich durch die Strukturierung von 0.03 auf 0.048. Kommt dieses strukturierte Low-e-Schichtsystem bei einer zweischeibigen W{\"a}rmeschutzverglasung zum Einsatz, so ließe sich der Gesamtenergiedurchlassgrad auf 0.70 im Vergleich zu 0.58 bei einer Verglasung mit dem konventionellen Low-e-Schichtsystem steigern. 80 Prozent des durch die fl{\"a}chige Low-e-Beschichtung bedingten R{\"u}ckgangs im Gesamtenergiedurchlassgrad, dem g-Wert, l{\"a}sst sich somit durch die Strukturierung wieder zur{\"u}ckgewinnen. Erkauft wird dies durch eine geringf{\"u}gige Erh{\"o}hung des U-Werts der Verglasung von 1.06 W/(m² K) auf 1.12 W/(m² K).},
  subject      = {W{\"a}rmeschutz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Weinlaeder2003,
  author    = {Weinl{\"a}der, Helmut},
  title     = {Optische Charakterisierung von Latentw{\"a}rmespeichermaterialien zur Tageslichtnutzung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7872},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich durch den Einsatz von Latentw{\"a}rmespeichermaterialien (kurz PCM = phase change material) Tageslichtelemente realisieren lassen, welche einen Teil der eingestrahlten Solarenergie zwischenspeichern und zeitverz{\"o}gert w{\"a}hrend der Abend- und Nachtstunden wieder an den Innenraum abgeben. Hierdurch lassen sich mehrere Effekte erzielen: Der bei Verglasungen auftretende starke W{\"a}rmeeintrag w{\"a}hrend des Tages wird ged{\"a}mpft und bis in die Abend- und Nachtstunden ausgedehnt. Im Sommer f{\"u}hrt dies zu geringeren K{\"u}hllasten. Die zeitlich verz{\"o}gerten abends auftretenden W{\"a}rmeeintr{\"a}ge k{\"o}nnen bei Bedarf {\"u}ber Nachtl{\"u}ftung abgef{\"u}hrt werden. Im Winter sind die solaren Gewinne zeitlich besser mit den W{\"a}rmeverlusten korreliert was ihren Nutzungsgrad erh{\"o}ht. Dies f{\"u}hrt zu geringerem Heizenergiebedarf. Weiter wird im Winter aufgrund der Erh{\"o}hung der Systemoberfl{\"a}chentemperatur durch den Phasenwechsel des PCM die thermische Behaglichkeit in den Abendstunden vor allem in Systemn{\"a}he gesteigert. Im Sommer bleiben die Oberfl{\"a}chentemperaturen tags{\"u}ber niedrig, sofern ein PCM mit entsprechender Schmelztemperatur (<30°C) gew{\"a}hlt wird, so dass auch zu diesen Zeiten die thermische Behaglichkeit verbessert wird. Es wurden drei Latentw{\"a}rmespeichermaterialien untersucht: ein Paraffin (RT25), sowie zwei Salzhydrate auf Basis von Kalziumchloridhexahydrat (S27) und Lithiumnitrattrihydrat (L30). Aus Messwerten des Transmissions- und Reflexionsgrades im fl{\"u}ssigen Zustand wurden die spektralen Daten der Brechungsindizes ermittelt. Strukturuntersuchungen der PCMs im festen Zustand erfolgten mittels Lichtmikroskopie und anhand von Streuverteilungsmessungen. Diese wurden mit der Mie-Theorie ausgewertet. Es wurde bei allen Materialien die Ausbildung einer Makrostruktur festgestellt, die wiederum mit einer Mikrostruktur unterlegt ist. Die Makrostruktur entsteht durch Grenzfl{\"a}chen Festk{\"o}rper-Luft beim Erstarren und Zusammenziehen der Materialien, die Mikrostruktur durch sehr feine Lufteinschl{\"u}sse und Grenzfl{\"a}chen innerhalb des Festk{\"o}rperger{\"u}sts. W{\"a}hrend die Makrostruktur vor allem bei den Salzhydraten in ihrer Gr{\"o}ße variiert und sich an die Beh{\"a}lterdicke anpasst, liegt die Gr{\"o}ße der Mikrostrukturen bei allen drei Materialien relativ konstant im Bereich um die 5-20 µm. Die Mikrostrukturen sind f{\"u}r die Lichtstreuung verantwortlich. Unter der Annahme, dass die Werte der Brechungsindizes im festen und fl{\"u}ssigen Zustand gleich sind, wurden mit dem 3-Fluss-Modell die spektralen effektiven Streukoeffizienten der festen PCMs bestimmt. Mit den ermittelten Gr{\"o}ßen lassen sich die optischen Eigenschaften der Materialien im festen und fl{\"u}ssigen Zustand f{\"u}r Schichtdicken zwischen 1,5 mm und 4 cm berechnen. Alle drei Materialien zeigen eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine starke Absorption im Nahinfraroten. Dieses Verhalten ist f{\"u}r den Einsatz in Tageslichtelementen g{\"u}nstig, da man dort das sichtbare Licht zur Raumausleuchtung nutzen und den nahinfraroten Anteil in Form von W{\"a}rme speichern will. F{\"u}r den Einsatz im Tageslichtelement m{\"u}ssen die PCMs auslaufsicher in Beh{\"a}lter eingebracht werden. Hierf{\"u}r wurden Stegdoppelplatten (SDP) aus Plexiglas verwendet. Zwei Funktionsmuster mit RT25 und S27, bestehend aus einer W{\"a}rmeschutzverglasung, hinter der die PCM-bef{\"u}llten SDPs angebracht waren, wurden unter nat{\"u}rlichen Klimabedingungen vermessen. Die Messdaten dienten zur Validierung eines Simulationsprogramms, mit dem das Verhalten der drei PCM-Tageslichtelemente unter genormten Bedingungen im Sommer- und Winterbetrieb untersucht wurde. Messungen und Simulationsrechnungen ergaben, dass die gew{\"u}nschten Effekte (D{\"a}mpfung der Energiegewinne tags{\"u}ber, Verschiebung der Gewinne vom Tag in die Abend- und Nachtstunden, sowie Verbesserung der thermischen Behaglichkeit) mit den PCM-Tageslichtelementen erreicht werden. Anhand von Optimierungsrechnungen wurde gezeigt, dass die Energieeinkopplung in das PCM erh{\"o}ht werden muss. Dies kann durch Beimengung absorbierender Materialien in das PCM oder durch Verwendung von Beh{\"a}ltern mit h{\"o}herer Absorption geschehen. Bei derart optimierten Tageslichtelementen sind Schichtdicken von rund 5 mm PCM ausreichend. Lichttechnische Untersuchungen ergaben, dass die Tageslichtelemente mit PCM oft ein stark inhomogenes optisches Erscheinungsbild zeigen, vor allem w{\"a}hrend des Phasenwechsels. Deshalb sollten f{\"u}r den Einsatz in der Praxis M{\"o}glichkeiten zur Kaschierung vorgesehen werden. Dies l{\"a}sst sich z.B. durch streuende Beh{\"a}lter erreichen. Problematisch ist die Dichtigkeit der Beh{\"a}lter, vor allem wenn Salzhydrate als PCM verwendet werden. Die Kristalle {\"u}ben beim Wachstum starke Kr{\"a}fte auf die Beh{\"a}lterwandungen aus, so dass diese besonders bei gr{\"o}ßeren Beh{\"a}lterabmessungen dem Druck nicht standhalten und Risse bilden. Hier ist noch Entwicklungsarbeit zu leisten.},
  subject      = {Tageslichtelement},
  language  = {de}
}