Revêtement de verre intelligent pour garder les bâtiments au frais
Les chercheurs de Fraunhofer ont développé un revêtement intelligent pour les fenêtres qui s'assombrissent au soleil. Celui-ci utilise des matériaux électrochromes et thermochromes qui réagissent électriquement et thermiquement. Dans les bâtiments dotés de grands murs-rideaux en verre, il peut empêcher la surchauffe des pièces due au rayonnement solaire, réduisant ainsi la demande de climatiseurs énergivores.
Le secteur de la construction est l'un des principaux émetteurs de gaz à effet de serre. Selon les données de l'Agence allemande pour l'environnement, les bâtiments représentent environ 30 % des émissions de CO2 du pays et 35 % de sa consommation d'énergie. Les bâtiments avec de grands murs-rideaux et toits en verre sont particulièrement problématiques, comme les immeubles de bureaux qui dominent les villes modernes. Ils chauffent au soleil, surtout en été. Cependant, l'utilisation de stores et de volets pour fournir de l'ombre n'est généralement pas la bienvenue, car ils réduisent la sensation esthétique du verre et interfèrent avec la vision extérieure. Au lieu de cela, la climatisation est utilisée en interne pour le refroidissement, ce qui nécessite beaucoup d'énergie et augmente l'empreinte carbone du bâtiment.
Le Fraunhofer Silicate Research Institute (ISC) à Wiltsburg et le Fraunhofer Organic Electron, Electron Beam and Plasma Technology FEP Institute à Dresde ont développé une solution complexe pour résoudre ce problème. Dans le projet Switch2Save, les chercheurs ont étudié le revêtement transparent des fenêtres et des murs-rideaux en verre à l'aide de matériaux électrochromes et thermochromes. Ceux-ci ajoutent un ton sombre transparent variable à l'extérieur de la fenêtre pour garder la pièce fraîche. L'Institut Fraunhofer s'est associé à des universités et à des partenaires industriels de six pays de l'UE pour mener à bien ce projet de recherche financé par l'UE.
Le revêtement électrochromique est déposé sur un film conducteur transparent, puis peut être "ouvert". L'application d'une tension déclenche le transfert d'ions et d'électrons, ce qui assombrit le revêtement et teint les vitres. D'autre part, le revêtement thermochromique joue un rôle. Le Dr Marco Schott, responsable de l'équipe du système électrochromique Fraunhofer ISC, a expliqué que lorsqu'une certaine température ambiante est atteinte, elle réfléchit le rayonnement thermique du soleil.
Avec les éléments électrochromiques, des capteurs peuvent être utilisés pour mesurer des facteurs tels que la luminosité et la température, et envoyer les résultats au système de contrôle. Cela guidera le film pour envoyer des impulsions de courant ou de tension, et la fenêtre de déclenchement deviendra sombre. Chaque fois que la température ou la luminosité devient trop élevée, la surface du verre s'assombrit progressivement. Cela empêche les pièces de surchauffer et réduit le besoin de climatisation, ce qui est particulièrement utile dans les climats ensoleillés et les bâtiments avec de grands murs-rideaux en verre. Il peut également jouer le rôle de protection anti-éblouissement lors des journées ensoleillées. Les fenêtres resteront lumineuses les jours nuageux et la nuit.
Les chercheurs de Fraunhofer ont également examiné si la technologie était adaptée à une utilisation quotidienne. Les fenêtres ne s'assombrissent pas soudainement, mais progressivement en quelques minutes. Short a expliqué que la consommation d'énergie est très faible. Dans un meilleur cas, le film électrochrome n'a besoin que de puissance dans le processus de conversion, et une tension extrêmement basse est suffisante pour démarrer le processus de coloration. Les matériaux thermochromiques ne nécessitent pas du tout d'électricité, mais réagissent passivement à la chaleur générée par le soleil. Ils peuvent être utilisés en complément d'un système commutable ou comme alternative ne nécessitant pas de solution commutable.
Switch2Save promet d'économiser beaucoup d'énergie dans les zones à température extérieure élevée (c'est-à-dire la zone sud) en réduisant l'utilisation des systèmes de climatisation ou en éliminant complètement la demande de systèmes de climatisation. Le Dr John Fahlteich, coordinateur du projet Switch2Save et chef de l'équipe de recherche de Fraunhofer FEP, a expliqué que dans les régions chaudes d'Europe, la demande en énergie de refroidissement et de chauffage des bâtiments modernes peut être réduite jusqu'à 70 %. Dans les régions plus froides du nord, les économies de coûts ne sont pas importantes, mais le système peut également être utilisé ici comme protection anti-éblouissement pour empêcher la lumière directe du soleil.
En principe, la combinaison de la couche électrochrome et de la couche thermochrome dans la fenêtre composite offre une plus grande flexibilité. En l'utilisant, les architectes et les développeurs peuvent fournir des solutions personnalisées pour différents domaines et bâtiments. Nous installons cette technologie dans la clinique pédiatrique du deuxième plus grand hôpital d'Athènes, en Grèce, et dans un immeuble de bureaux à Uppsala, en Suède. Dans les deux bâtiments, la consommation d'énergie sera surveillée et comparée tout au long de l'année avant et après l'installation de nouvelles fenêtres. Ce faisant, nous pouvons montrer les performances réelles de la technologie Switch2Save et continuer à tester et à améliorer la technologie pour différentes régions climatiques, a déclaré Fahlteich.
Les chercheurs ont également abordé les défis de fabrication. Un revêtement électrochromique est appliqué sur un substrat de film à base de polymère. D'autre part, le revêtement thermochromique utilise un substrat de verre mince. Les procédés chimiques humides et de revêtement sous vide sont utilisés dans les systèmes de fabrication économiques bobine à bobine. Ensuite, les composants commutables sont laminés sur le verre à vitre de 4 mm d'épaisseur sous vide, puis intégrés dans le vitrage isolant. Le procédé de revêtement est également réalisable économiquement à l'échelle industrielle. Les composants commutables électrochromes et thermochromes ne font que quelques centaines de microns d'épaisseur, moins de 500 grammes par mètre carré. En conséquence, ils n'ajoutent presque aucun poids aux fenêtres, ce qui signifie qu'ils peuvent être installés ultérieurement dans des bâtiments existants sans modifier la structure du bâtiment.
L'alliance du projet travaille actuellement à améliorer encore la technologie. Par exemple, des équipes d'experts étudient comment combiner des éléments électrochromes et thermochromes dans des fenêtres composites pour mieux utiliser le potentiel de cette technologie. D'autres objectifs de recherche incluent l'adaptation du revêtement aux formes de verre incurvées et l'ajout de plus de couleurs aux options bleues et grises existantes.
L'objectif du réchauffement climatique et de l'accord vert européen augmentera considérablement la demande de technologies de construction économes en énergie au cours des prochaines années - il est prévu que d'ici 2050, tous les bâtiments de l'UE seront neutres en carbone. Le projet européen Switch2Save de fenêtres électrochromes et thermochromes peut apporter une contribution importante à cette
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