Met een kameleoncoating is een huis soms warm, soms koel

Techniek Lichte verf koelt af, donkere verf warmt op. Met een coating die licht én donker kan zijn, is een huis afwisselend te isoleren en op te warmen.

De kleur waarin een gebouwd geverfd is, is van invloed op de temperatuur binnenin.
De kleur waarin een gebouwd geverfd is, is van invloed op de temperatuur binnenin. Foto Paul Biris

Als een kameleon verandert de verf van kleur onder invloed van de omgeving. Licht als het warm is, donker als het koud is. De verf kan daarmee bijdragen aan ‘passieve’ koeling en verwarming van gebouwen: het draagt bij zonder zelf energie te verbruiken.

Onderzoekers van het Harbin Institute of Technology in China ontwierpen de kameleoncoating voor oppervlakken en gebouwen op plekken waar seizoenen flink wisselen, zoals ook in Nederland het geval is. De verf is eenvoudig te fabriceren en aan te brengen, schrijven ze woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift Nano Letters.

Van het wereldwijde energieverbruik gaat 35 procent naar gebouwen. Daarvan wordt dan weer 60 procent gebruikt voor koeling en verwarming. Coatings kunnen helpen dit energieverbruik omlaag te brengen. Tot nu toe werd zulke verf vooral ontworpen met het oog op koeling.

Het idee van de koelende coatings is dat zo veel mogelijk stralingsenergie terug de ruimte in wordt gestuurd. Als er meer energie uit- dan ingaat, blijft het oppervlak koeler dan de omgeving. Dat gaat verder dan alleen heel wit zijn om veel te reflecteren; kleine deeltjes in de verf verstrooien het licht ook zo dat het de juiste golflengte krijgt om goed terug de ruimte in te kunnen.

Hete plekken

Een oppervlak voorzien van zo’n coating kan tot wel 10 graden minder warm zijn dan de omgevingstemperatuur– logisch gevolg is dat de ruimte eronder ook minder opwarmt.

Vooral op zonnige, hete plekken is dit van nut. Op plekken waar seizoenen flink wisselen, rond de middelste breedtegraden, hebben de reflecterende coatings tijdens koude perioden een averechts effect. Ze zorgen ook op koude dagen voor extra verkoeling, waardoor meer verwarming nodig is.

Een woestijnkameleon die onder meer voorkomt in Namibië inspireerde de Chinese onderzoekers. De kameleon reguleert zijn lichaamstemperatuur door de kleur van zijn huid aan te passen afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Hoe heter het is, hoe witter de huid. Koelt het af, dan wordt hij donkerder. De verf doet iets vergelijkbaars.

Het koelende effect bereikt de coating dankzij nanodeeltjes bariumsulfaat (BaSO4) en aluminiumoxide (Al2O3). De nanodeeltjes variëren in grootte, waarbij precies is berekend welke groottes aanwezig moeten zijn om het licht goed te verstrooien en te reflecteren. Het gebruik van deze nanodeeltjes is niet nieuw, het zat ook in andere reflectieve coatings.

Komt de temperatuur onder de 20 graden, dan worden zogenaamde thermochromische microcapsules in de verf actief. Dat is wél nieuw. In de microcapsules zit kristalviolet lacton, een kleurstof die vaker wordt gebruikt voor thermodynamische processen.

Het onzichtbare licht

Bij lage temperaturen reageert de kleurstof met bisfenol A: een proton uit bisfenol A breekt de ringvorm van de organische verbinding open. De verf wordt dan donkergrijs tot zwart. In die toestand absorbeert de coating straling, net als andere donkere oppervlakken, waardoor het oppervlak warm wordt. Wordt de omgeving weer warm, dan keert dit proces om.

De onderzoekers testten de coating onder verschillende buitenomstandigheden. Daaruit bleek dat de reflectie van het onzichtbare licht en het zichtbare licht afnam van respectievelijk 93 en 91 procent naar 70 en 50 procent. Over wat dit betekent voor de warmte rapporteren de onderzoekers dat op een zonnige dag bij 10 graden Celsius een oppervlak met alleen koelende coating 10,5 graden was, en een oppervlak met de nieuwe coating 19,2 graden. Bij een buitentemperatuur van 30 graden, hadden beide coatings dezelfde temperatuur.

Het artikel in Nano Letters eindigt na veel metingen in een grove rekensom: ten opzichte van een situatie waarin een verf is aangebracht die alleen koelt, zou de kameleoncoating rond de middelste breedtedraden voor 20 procent minder energieverbruik in gebouwen kunnen zorgen.