Le verre à économie d'énergie s'adapte automatiquement à la demande de chauffage et de refroidisseme

Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de la Nanyang Technological University de Singapour (NTU Singapore) a mis au point un matériau qui, lorsqu'il est appliqué sur un panneau de verre, peut s'adapter automatiquement au chauffage ou à la climatisation des pièces dans différentes zones climatiques du monde, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie. Mis au point par les chercheurs de la NTU et présenté dans la revue scientifique de premier plan Science, ce verre, le premier du genre, réagit automatiquement aux changements de température en passant du chauffage au refroidissement.

Le verre auto-adaptatif est développé en utilisant des couches de composite de nanoparticules de dioxyde de vanadium, de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), et un revêtement à faible émissivité pour former une structure unique qui pourrait moduler le chauffage et le refroidissement simultanément.

Le verre nouvellement développé, qui ne comporte aucun composant électrique, fonctionne en exploitant les spectres de la lumière responsables du chauffage et du refroidissement. En été, le verre supprime le chauffage solaire (lumière proche de l'infrarouge), tout en stimulant le refroidissement radiatif (infrarouge à ondes longues) - un phénomène naturel où la chaleur est émise par les surfaces vers l'univers froid - pour rafraîchir la pièce. En hiver, il fait l'inverse pour réchauffer la pièce. Lors de tests effectués en laboratoire à l'aide d'une caméra infrarouge pour visualiser les résultats, le verre a permis l'émission d'une quantité contrôlée de chaleur dans différentes conditions (température ambiante - supérieure à 70°C), prouvant ainsi sa capacité à réagir de manière dynamique aux changements de conditions météorologiques.

Le nouveau verre régule à la fois le chauffage et la climatisation

Les fenêtres sont l'un des éléments clés de la conception d'un bâtiment, mais elles sont aussi la partie la moins efficace sur le plan énergétique et la plus compliquée. Rien qu'aux États-Unis, la consommation d'énergie associée aux fenêtres (chauffage et refroidissement) dans les bâtiments représente environ quatre pour cent de leur consommation totale d'énergie primaire chaque année, selon une estimation basée sur les données disponibles auprès du ministère américain de l'énergie.

Alors que les scientifiques ont développé ailleurs des innovations durables pour réduire cette demande d'énergie - comme l'utilisation de revêtements à faible émissivité pour empêcher le transfert de chaleur et le verre électrochrome qui régule la transmission du soleil dans la pièce en se teintant - aucune des solutions n'a été capable de moduler à la fois le chauffage et la climatisation, jusqu'à présent.

Le chercheur principal de l'étude, le Dr Long Yi, de l'école de science et d'ingénierie des matériaux (MSE) de la NTU, a déclaré : "La plupart des fenêtres économes en énergie s'attaquent aujourd'hui à la partie du gain de chaleur solaire causée par la lumière solaire visible et proche de l'infrarouge. Cependant, les chercheurs négligent souvent le refroidissement radiatif dans l'infrarouge à grande longueur d'onde. Si les innovations axées sur le refroidissement radiatif ont été utilisées sur les murs et les toits, cette fonction devient indésirable en hiver. Notre équipe a démontré pour la première fois un verre qui peut répondre favorablement aux deux longueurs d'onde, ce qui signifie qu'il peut s'auto-régler en permanence pour réagir à un changement de température en toutes saisons."

Grâce à ces caractéristiques, l'équipe de recherche de la NTU estime que son innovation offre un moyen pratique d'économiser l'énergie dans les bâtiments, puisqu'elle ne dépend d'aucun composant mobile, d'aucun mécanisme électrique, ni d'aucune vue bloquée, pour fonctionner. Pour améliorer les performances des fenêtres, la modulation simultanée de la transmission solaire et du refroidissement radiatif est cruciale, ont déclaré les coauteurs, le professeur Gang Tan de l'université du Wyoming (États-Unis) et le professeur Ronggui Yang de l'université Huazhong des sciences et technologies de Wuhan (Chine), qui ont dirigé la simulation d'économie d'énergie du bâtiment.

"Cette innovation comble le vide entre les fenêtres intelligentes traditionnelles et le refroidissement radiatif en ouvrant une nouvelle voie de recherche pour minimiser la consommation d'énergie", a déclaré le professeur Gang Tan. L'étude est un exemple de recherche révolutionnaire qui soutient le plan stratégique NTU 2025, qui vise à relever les grands défis de l'humanité en matière de durabilité et à accélérer la transformation des découvertes de la recherche en innovations qui atténuent l'impact humain sur l'environnement.

Innovation utile pour un large éventail de types de climat

À titre de preuve de concept, les scientifiques ont testé les performances de leur invention en matière d'économie d'énergie en utilisant des simulations de données climatiques couvrant toutes les parties peuplées du globe (sept zones climatiques).

L'équipe a constaté que le verre qu'ils ont mis au point permettait de réaliser des économies d'énergie à la fois pendant les saisons chaudes et froides, avec une performance globale d'économie d'énergie allant jusqu'à 9,5 %, soit environ 330 000 kWh par an (énergie estimée nécessaire pour alimenter 60 ménages à Singapour pendant un an) de moins que le verre à faible émissivité disponible dans le commerce dans un immeuble de bureaux de taille moyenne simulé.

Le premier auteur de l'étude, Wang Shancheng, qui est chercheur et ancien étudiant en doctorat du Dr Long Yi, a déclaré : "Les résultats prouvent la viabilité de l'application de notre verre dans tous les types de climats, car il est capable de contribuer à réduire la consommation d'énergie indépendamment des fluctuations saisonnières des températures chaudes et froides. Cela différencie notre invention des vitrages économiseurs d'énergie actuels qui ont tendance à trouver un usage limité dans les régions où les variations saisonnières sont moindres." En outre, les performances de chauffage et de refroidissement de leur verre peuvent être personnalisées pour répondre aux besoins du marché et de la région auxquels il est destiné.

"Nous pouvons le faire en ajustant simplement la structure et la composition du revêtement nanocomposite spécial déposé sur le panneau de verre, ce qui permet à notre innovation d'être potentiellement utilisée dans un large éventail d'applications de régulation de la chaleur, sans se limiter aux fenêtres", a déclaré le Dr Long Yi.

Offrant un point de vue indépendant, le professeur Liangbing Hu, professeur émérite Herbert Rabin et directeur du Center for Materials Innovation de l'université du Maryland (États-Unis), a déclaré : "Long et ses collègues ont mis au point des fenêtres intelligentes capables de réguler la lumière solaire proche de l'infrarouge et la chaleur infrarouge à ondes longues. L'utilisation de cette fenêtre intelligente pourrait être très importante pour les économies d'énergie et la décarbonisation des bâtiments."

Pour plus d'informations, visitez le site :

https://www.ntu.edu.sg/news/detail/energy-saving-glass-self-adapts-to-heating-and-cooling-demand

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