La fenêtre intelligente « liquide » aide à garder les bâtiments tempérés

Les scientifiques cherchent des moyens de rendre les bâtiments de nouvelle génération plus efficaces avec des technologies de fenêtres intelligentes qui peuvent exécuter diverses fonctions de génération et d’économie d’énergie pour aider à réguler la température ambiante à l’intérieur des bâtiments.

À cette fin, des chercheurs de l’Université technologique de Nanyang (NTU) à Singapour ont développé un nouveau panneau de fenêtre liquide qui peut remplir deux fonctions simultanément pour aider à réduire la consommation d’énergie d’un bâtiment et potentiellement contribuer à la conception de futurs bâtiments intelligents.

La technologie, développée par une équipe de la School of Materials Science & Engineering de l’université, peut à la fois bloquer le soleil pour réguler la transmission solaire, tout en piégeant la chaleur thermique qui peut être libérée jour et nuit en fonction de la température à l’intérieur.

Les chercheurs ont développé la fenêtre en plaçant un liquide à base d’hydrogel – un mélange d’un micro-hydrogel, d’eau et d’un stabilisant – dans des panneaux de verre. Au cours d’expériences, le liquide a démontré qu’il peut réagir à un changement de température dans le bâtiment et ainsi réduire la consommation d’énergie dans une variété de climats.

« Les fenêtres à double vitrage insonorisées sont constituées de deux morceaux de verre séparés par un espace d’air », a expliqué Wang Shancheng, responsable du projet. à la School of Materials Science & Engineering, dans un communiqué de presse. « Notre fenêtre est conçue de la même manière, mais à la place de l’air, nous comblons l’espace avec le liquide à base d’hydrogel, ce qui augmente l’isolation acoustique entre les panneaux de verre. »

Défi d’efficacité

Bien qu’elles fassent partie intégrante de la conception des bâtiments, les fenêtres en sont la partie la moins écoénergétique en raison de la facilité de transmission de la chaleur et du froid à travers le verre, ce qui a un impact majeur sur les coûts de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment.

Pour compenser cela, les fenêtres conventionnelles à économie d’énergie utilisent des revêtements coûteux qui réduisent la lumière infrarouge entrant ou sortant d’un bâtiment, ce qui contribue à réduire la demande de chauffage et de refroidissement. Cependant, ces revêtements ne régulent pas la lumière visible, un composant majeur de la lumière solaire qui provoque le réchauffement des bâtiments et affecte ainsi l’efficacité énergétique.

Le fonctionnement de la fenêtre intelligente conçue par l’équipe de NTU Singapour est que le mélange liquide devient opaque lorsqu’il est exposé à la chaleur. Cela bloque la lumière du soleil pour refroidir une pièce et abaisser la température ambiante. Une fois cela réalisé, la fenêtre revient à son état clair d’origine pour maintenir la nouvelle température et changera à nouveau pour s’ajuster en conséquence.

En effet, l’eau peut absorber une grande quantité de chaleur avant de commencer à chauffer, et cette capacité permet de stocker une grande quantité d’énergie thermique au lieu d’être transférée à travers le verre et dans un bâtiment pendant la partie la plus chaude de la journée. La chaleur peut alors se refroidir progressivement et être libérée la nuit, a expliqué le professeur Long Yi, maître de conférences à la School of Materials Science & Engineering.

« En utilisant un liquide à base d’hydrogel, nous simplifions le processus de fabrication pour verser le mélange entre deux panneaux de verre », a-t-il expliqué dans un communiqué de presse. « Cela donne à la fenêtre un avantage unique d’uniformité élevée, ce qui signifie que la fenêtre peut être créée dans n’importe quelle forme et taille. »

Tester la technologie

Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Joule. L’équipe a testé les fenêtres dans des simulations à l’aide de modèles de construction et de données météorologiques pour quatre villes : Shanghai, Las Vegas, Riyad et Singapour. Dans ces tests, les chercheurs ont découvert que le verre à base de liquide peut réduire jusqu’à 45 % la consommation d’énergie de chauffage, de ventilation et de climatisation dans les bâtiments par rapport aux fenêtres en verre traditionnelles.

Le verre est également 30 % plus économe en énergie que le verre à faible émissivité (économe en énergie) disponible dans le commerce et est moins coûteux à produire.

L’équipe a également effectué des tests en extérieur dans des environnements chauds (Singapour, Guangzhou) et froids (Pékin). Le test de Singapour a démontré que la fenêtre liquide avait une température plus basse (122 °F) à midi, qui est la partie la plus chaude de la journée, par rapport à une fenêtre en verre normale (183 °F).

Pendant ce temps, les tests de Pékin ont montré que la pièce utilisant la fenêtre consommait 11% d’énergie en moins pour maintenir la même température ambiante par rapport à une pièce avec une fenêtre en verre normale.

Sur la base des résultats de leurs tests, les chercheurs pensent que la fenêtre est la mieux adaptée pour une utilisation dans les immeubles de bureaux qui fonctionnent principalement pendant la journée. L’équipe de recherche cherche maintenant à collaborer avec des partenaires de l’industrie pour commercialiser leur technologie.