For å klare dette må vi redusere energibruk og klimautslipp gjennom hele byggets levetid, fra vi tar ut råvarene det skal bygges med, til materialene produseres og foredles, og når det bygges, brukes, rives og gjenbrukes.

Multifunksjonelle, intelligente, og ikke minst bærekraftige materialer er så viktige at flere institutter ved SINTEF og NTNU nå samarbeider for å se på hvordan vi kan skape fremtidens byggematerialer og løsninger.

Tynnere vegger med samme effekt

I nye, energisparende hus må veggene som regel bli 40–50 centimeter tykke for å holde godt nok på varmen. Med nanoisolasjonsmaterialer (NIM) kan tykkelsen på veggene komme ned i 10–15 centimeter med samme effekt.  Dette har også en positiv effekt ved transport av materialer, noe som er gunstig både for økonomi og miljø.

Disse små, hule silika nanokulene kan gjøre fremtidens vegge både tynner og mer isolerte, slik at både energiforbruk og strømregninger går ned. FOTO: SINTEF og NTNU

Nettopp porestørrelsen er nøkkelen til den gode isolasjonsevnen. Med små hulrom under 100 nanometer blir den gjennomsnittlige frie veilengden til luftmolekylene større enn porediameteren, og dermed reduseres gassledningsevnen drastisk. Dette kalles Knudsen effekten.  Den totale varmeledningsevnen inklusive varmetransport i fast stoff og stråling kan da typisk reduseres med en faktor på mellom 5 til 10 sammenlignet med tradisjonelle varmeisolasjonsmaterialer.

Nanoisolasjonsmaterialer utvikles blant annet innen forskningssenteret ZEB (Zero Emission Buildings), hvor en rekke partnere i bygningssektoren deltar.

Et annet eksempel er bruk av aerogel i betong. Aerogel-betongen er ikke bare lettere, den varmeisolerer også bedre enn vanlig betong, slik at man sparer både isolasjonsmaterialer og plass i et ferdig bygg. Som med nanoisolasjonen, gjenstår det en god del forskning før de kan tas i bruk i praksis. Men det forskes også på forskjellige smarte materialteknologier hvor det allerede finnes ulike kommersielle produkter.

Intelligente løsninger
I fremtiden vil vi se mer av bygninger med egen energiproduksjon, som for eksempel bygningsintegrerte solceller (BIPV). Det forskes også på å fremstille tynne og fleksible solceller. I fremtiden kan det også bli mulig å produsere solceller som kan males rett på et annet overflatemateriale.

Vinduer lar lys, frisk luft og solenergi slippe inn i bygningen, og gir dermed en uerstattelig inne-ute vekselvirkning som har stor innvirkning på bokvaliteten. Men vinduer er ikke like gode til å holde på varmen som vegger og tak, og står for opptil 50 prosent av energitapet til bygningen. I tillegg er det ofte påkrevd med solavskjerming for å redusere kjølebehov og blending, og i noen situasjoner for å hindre innsyn. Det er derfor viktig å utvikle nye teknologier for å bedre kontrollen av solstrålingen, og dermed redusere energibehovet til oppvarming, kjøling og belysning.

Slik kan det se ut når du integrerer solceller som del av glassfasader og glasstak. FOTO: ASI Glass photovoltaic modules, Schott Solar AG

Eksperimentelle resultater tyder på at aerogel glassenheter (AGU) kan være lovende, da de er gode til å både overføre varme- og dagslys. Disse glassenhetene lages ved at aerogelgranulat blir lagt inn i hulrommet til helt vanlige tolags glassruter. Slike vinduer kaller vi «translucent vindu» eller en dagslysvegg.

Elektrokrome vinduer kan brukes til å styre solinnstrålingen etter behovet for dagslys og solvarme. Strålingen reguleres ved å sette på en elektrisk spenning. Andre materialer det forskes på, er såkalte faseendringsmaterialer (PCM) som kan ta opp eller avgi varme etter behov.

Mange av disse materialene og teknologiene kan kombineres i ulike systemer, som gjør at vi kan begynne å snakke om multifunksjonelle og intelligente materialer og løsninger.

Fremtidens bygninger skal også tåle fremtidens klima. Trolig vil vi oppleve mer ekstremvær, vind og nedbør, samt høyere temperaturer. Da er det viktig at byggematerialene er robuste nok til å motstå disse belastningene.