Le verre à économie d’énergie “s’adapte” à la demande de chauffage et de refroidissement –

Développé par des chercheurs de NTU et rapporté dans la meilleure revue scientifique La science, le verre unique en son genre réagit automatiquement aux changements de température en basculant entre le chauffage et le refroidissement.

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

Le verre nouvellement développé, qui n’a pas de composants électriques, fonctionne en exploitant les spectres de lumière responsables du chauffage et du refroidissement.

Pendant l’été, le verre supprime le chauffage solaire (lumière proche infrarouge), tout en augmentant le refroidissement radiatif (infrarouge à ondes longues) – un phénomène naturel où la chaleur émet à travers les surfaces vers l’univers froid – pour refroidir la pièce. En hiver, il fait le contraire pour réchauffer la pièce.

Lors de tests en laboratoire utilisant une caméra infrarouge pour visualiser les résultats, le verre a permis à une quantité contrôlée de chaleur d’émettre dans diverses conditions (température ambiante – au-dessus de 70 ° C), prouvant sa capacité à réagir de manière dynamique aux conditions météorologiques changeantes.

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

Les fenêtres sont l’un des éléments clés de la conception d’un bâtiment, mais elles sont également la partie la moins écoénergétique et la plus compliquée. Aux États-Unis seulement, 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 de l’Énergie des États-Unis.

Alors que d’autres scientifiques ont développé des innovations durables pour atténuer 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 solaire d’entrer dans la pièce en devenant teinté – aucune des solutions n’a été capable de moduler à la fois chauffage et refroidissement en même temps, jusqu’à maintenant.

Le chercheur principal de l’étude, le Dr Long Yi de la NTU School of Materials Science and Engineering (MSE), a déclaré : « La plupart des fenêtres à économie d’énergie s’attaquent aujourd’hui à la partie du gain de chaleur solaire causée par la lumière du soleil visible et proche infrarouge. Cependant, les chercheurs négliger le refroidissement radiatif dans l’infrarouge à grande longueur d’onde. Alors que des innovations axées sur le refroidissement radiatif ont été utilisées sur les murs et les toits, cette fonction devient indésirable pendant l’hiver. Notre équipe a démontré pour la première fois un verre qui peut répondre favorablement aux deux longueurs d’onde, c’est-à-dire qu’il peut s’auto-ajuster en continu pour réagir aux changements de température en toutes saisons.”

En raison de ces caractéristiques, l’équipe de recherche de NTU pense que leur innovation offre un moyen pratique de conserver l’énergie dans les bâtiments car elle ne repose sur aucun composant mobile, mécanisme électrique ou vue bloquante pour fonctionner.

Pour améliorer les performances des fenêtres, la modulation simultanée de la transmission solaire et du refroidissement radiatif est cruciale, ont déclaré les co-auteurs, le professeur Gang Tan de l’Université du Wyoming, aux États-Unis, et le professeur Ronggui Yang de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, à Wuhan, Chine, qui a dirigé la simulation d’économie d’énergie du bâtiment.

« Cette innovation comble le fossé qui manque entre les fenêtres intelligentes traditionnelles et le refroidissement radiatif en ouvrant une nouvelle direction 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 cherche à relever les grands défis de l’humanité en matière de durabilité et à accélérer la traduction 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

Comme preuve de concept, les scientifiques ont testé les performances d’économie d’énergie de leur invention en utilisant des simulations de données climatiques couvrant toutes les régions peuplées du globe (sept zones climatiques).

L’équipe a découvert que le verre qu’ils ont développé montrait des économies d’énergie 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 (estimation de l’énergie nécessaire pour alimenter 60 foyers à Singapour pendant un an) de moins que le verre à faible émissivité disponible dans le commerce dans un immeuble de bureaux simulé de taille moyenne.

Le premier auteur de l’étude, Wang Shancheng, chercheur et ancien doctorant du Dr Long Yi, a déclaré : « Les résultats prouvent la viabilité de l’application de notre verre dans tous les types de climat car il est capable de réduire la consommation d’énergie indépendamment de la chaleur. et les fluctuations de température saisonnières froides. Cela distingue notre invention des fenêtres à économie d’énergie actuelles qui ont tendance à trouver une utilisation limitée dans les régions avec moins de variations saisonnières. “

De plus, 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 thermique, sans se limiter aux fenêtres”, a déclaré le Dr Long Yi.

Offrant un point de vue indépendant, le professeur Liangbing Hu, professeur distingué Herbert Rabin, directeur du Center for Materials Innovation de l’Université du Maryland, aux États-Unis, a déclaré : la lumière du soleil infrarouge et la chaleur infrarouge à ondes longues. L’utilisation de cette fenêtre intelligente pourrait être très importante pour l’économie d’énergie et la décarbonisation des bâtiments. “

Un brevet de Singapour a été déposé pour l’innovation. Comme prochaines étapes, l’équipe de recherche vise à atteindre des performances d’économie d’énergie encore plus élevées en travaillant sur la conception de leur revêtement nanocomposite.

L’équipe de recherche internationale comprend également des scientifiques de l’Université technique de Nanjing, en Chine. L’étude est soutenue par l’Alliance Singapour-HUJ pour la recherche et l’entreprise (SHARE), dans le cadre du programme Campus pour l’excellence en recherche et l’entreprise technologique (CREATE), le Fonds de recherche du ministère de l’Éducation de niveau 1 et l’Institut de recherche conjoint international Sino-Singapour.