Beim Bau moderner Gebäude spielt die Energieeffizienz eine immer wichtigere Rolle, um den Klimazielen gerecht zu werden und die gesetzlichen Bestimmungen zu erfüllen. Dabei sind unter anderem die transparenten Fassaden- und Fensterelemente ein essenzieller Bestandteil.
Für die zugehörigen 2-fach- und 3-fach-Isoliergläser ist die Ausstattung mit Low-E-Schichten heute Standard. Zum Einsatz kommen hier eine oder auch mehrere Wärme- oder Sonnenschutzbeschichtungen. Diese Schichten sind im sichtbaren Spektrum transparent, reflektieren aber im Infrarotbereich, wodurch die Wärmestrahlung im Gebäude gehalten wird. Allerdings werden auch die langwelligeren Funkwellen zurückgeworfen.
So werden Low-E-Schichten zu Mobilfunk-Blockern
Low-E-Schichten für Fenster- und Fassadengläser reflektieren neben der Wärmestrahlung auch Funkwellen, d. h. sie lassen keine Wellen nach außen mehr durch, ein Effekt, der mit Blick auf die Wärmedämmung gewünscht.
Hintergrund: Diese Schichten sind im sichtbaren Spektrum transparent, reflektieren aber im Infrarotbereich, wodurch die Wärmestrahlung im Gebäude gehalten wird. Allerdings werden auch die langwelligeren Funkwellen zurückgeworfen. Dieser Effekt, auch Faradayscher Käfig genannt, führt also zu massiven Einschränkungen beim Empfang von Datendiensten und GPS-basierten Diensten.
Typischerweise reagieren Endgeräte darauf mit einer Erhöhung der Sendeleistung. Dies hat eine verminderte Batterielaufzeit sowie eine erhöhte Belastung durch elektromagnetische Felder im Gebäude zur Folge, und dies umso mehr, als die Strahlung mehrfach im Inneren des Gebäudes hin und her reflektiert wird.
Forschungsprojekt für optimierten Mobilfunk-Empfang
Im Forschungsprojekt „Funktransparentes Isolierglas“ durch das Fraunhofer ISE und den Entwicklungs-Partnern isophon glas und Arnold Glas konnte der Mobilfunkempfang stark verbessert werden, ohne die Wärmedämm-Funktion der Isoliergläser wesentlich zu beeinträchtigen.
„Uns war es von Anfang an wichtig, mit isoCall+ ein innovatives und funktionierendes Mobilfunkglas zu entwickeln, bei dem wir die Wirksamkeit auch wissenschaftlich nachweisen können“, so Torsten Bold, Geschäftsführer von isophon glas. Die Lösung ist anwendbar für Wärme- und Sonnenschutzschichten in 2-fach- und 3-fach-Isolierverglasungen im Gebäude- sowie auch im Fahrzeugbereich.
Der neue Lösungsansatz besteht in der Segmentierung der Low-E-Schicht, z. B. durch Laserablation oder andere Verfahren. Die Segmente werden deutlich kleiner als die Wellenlänge der zu transmittierenden Funksignale dimensioniert. Durch die Erhöhung des transmittierten Signals kann die Funktion der Daten- und Navigationsdienste wesentlich verbessert werden.
So wurde bei den Messungen über den gesamten relevanten Frequenzbereich (UMTS, LTE, 5G, WLAN, GPS) eine Verbesserung des transmittierten Signals um 20–50 dB (Faktor 100-100 000) erreicht.
Diese Messungen wurden von den Forschern an einer Demonstrations-Fassade mit funktransparten Verglasungen durchgeführt, bei der dann eine Erhöhung der Datenrate im Download um einen Faktor 60 erreicht wurde.
Ein Isolierglas mit isoCall+ Bearbeitung zeigte im 4G Bereich eine um den Faktor 200 erhöhte Datenrate und macht die Übertragung im 5G Bereich manchmal überhaupt erst möglich.
Sinnvoll auch bei Teilbereichen von Fassaden
Von den Spezialisten des Fraunhofer ISE wurde für die Projektpartner ebenfalls der Mobilfunkempfang für Einbausituationen untersucht, bei denen nur ein Teil der Fassade mit mobilfunkoptimiertem Glas ausgestattet wäre.
Hintergrund war die Fragestellung, ob die Ausrüstung eines kleineren Bereiches einer Fassade mit isoCall+ wie ein „Fenster“ für die Übertragung von Mobilfunkwellen wirken könnte.
Es wurden hierzu Fassaden simuliert, in denen nur im Brüstungsbereich isoCall+ eingebaut wurde. Auch hier zeigte sich eine spürbare Verbesserung der Mobilfunkübertragung, obwohl alle Gläser in Augenhöhe noch mit „konventionellem“ Isolierglas ausgestattet waren.
Torsten Bold: „Die teilweise Ausstattung von Fassaden mit isoCall+ wird eine interessante Alternative darstellen, wenn es darum geht, Fassaden für Mobilfunk durchgängig zu machen, ohne jede einzelne Scheibe im Objekt bearbeiten zu müssen.“
Und Torsten Bold weiter. „Darüber hinaus kann die Ausprägung der isoCall+ Strukturen abhängig von der geplanten Nutzung des Gebäudes und der Platzierung der Mobilfunksender in der Umgebung optimiert werden.“
Verändert sich der U-Wert bei funktransparenten Gläsern?
Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) steigt bei der Segmentierung nur sehr begrenzt um etwa 0,1 W/(m2 K) an. Die Wärmedämmwirkung und die Lichtdurchlässigkeit werden also nicht maßgeblich beeinträchtigt. Außerdem ist das durch den Prozess auf dem Glas entstandene Raster für das menschliche Auge nahezu unsichtbar. Die Technologie ist für Wärme- und Sonnenschutzgläser mit allen typischen soft coatings anwendbar und kann zudem mit Schallschutz u. a. kombiniert werden.
www.ise.fraunhofer.de | www.isophonglas.de | www.arnold-glas.de
