Le revêtement de verre intelligent refroidit les bâtiments en verre
Le secteur de la construction est l'un des plus gros émetteurs de gaz à effet de serre. Selon 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 grandes façades et toits en verre, tels que les immeubles de bureaux qui dominent les villes modernes, sont particulièrement problématiques. Ils chauffent au soleil, surtout en été. Cependant, l'utilisation de stores et de stores pour fournir de l'ombre est généralement indésirable car ils nuisent à l'esthétique du verre et interfèrent avec les vues vers l'extérieur. Au lieu de cela, l'intérieur est refroidi par la climatisation, ce qui nécessite beaucoup d'électricité et augmente l'empreinte carbone du bâtiment.
L'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates ISC à Würzburg et l'Institut Fraunhofer pour la technologie des électrons organiques, des faisceaux d'électrons et du plasma FEP à Dresde ont développé une solution complexe à cette question. Dans le projet Switch2Save, les chercheurs ont travaillé sur des revêtements transparents pour les fenêtres et les façades en verre à l'aide de matériaux électrochromes et thermochromes. Ceux-ci ajoutent une teinte sombre variable et transparente à l'extérieur de la fenêtre, gardant la pièce fraîche. L'Institut Fraunhofer a collaboré avec des partenaires universitaires et industriels dans six pays de l'UE sur ce projet de recherche financé par l'UE.
Le revêtement électrochromique est appliqué sur un film conducteur transparent, qui peut ensuite être "allumé". L'application d'une tension déclenche le transfert d'ions et d'électrons qui assombrissent le revêtement et teintent la vitre. Les revêtements thermochromiques, quant à eux, fonctionnent en réfléchissant le rayonnement thermique du soleil lorsqu'une certaine température ambiante est atteinte, explique le Dr Marco Schott, responsable du groupe Fraunhofer ISC Electrochromic Systems.
Avec les éléments électrochromiques, des capteurs peuvent être utilisés pour mesurer des facteurs tels que la luminosité et la température et envoyer les résultats à un système de contrôle. Cela envoie une impulsion de courant ou de tension au film conducteur, déclenchant l'assombrissement de la fenêtre. Chaque fois que la température ou la luminosité devient trop élevée, la surface du verre s'assombrit progressivement. Cela empêche la pièce de surchauffer et réduit le besoin de climatisation, ce qui est particulièrement utile dans les climats ensoleillés et les bâtiments avec de grandes façades vitrées. Il agit également comme 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 un usage quotidien. Les fenêtres ne s'assombrissent pas soudainement, mais s'assombrissent progressivement en quelques minutes, avec une très faible consommation d'énergie, a expliqué Schott. Dans le cas préféré, le film électrochrome ne nécessite de l'électricité que pendant le processus de commutation, et de très faibles tensions sont suffisantes pour amorcer 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 pour compléter des systèmes commutables ou comme alternative lorsque des solutions commutables ne sont pas nécessaires.
Switch2Save promet d'importantes économies d'énergie dans les zones où les températures extérieures sont élevées (c'est-à-dire les régions du sud) en réduisant l'utilisation des systèmes de climatisation ou en éliminant complètement leur besoin. Le Dr John Fahlteich, coordinateur de projet et chef de groupe de recherche chez Switch2Save de Fraunhofer FEP, a expliqué que dans les régions plus chaudes d'Europe, les besoins en énergie de refroidissement et de chauffage des bâtiments modernes peuvent être réduits jusqu'à 70 %. Dans les régions nordiques plus fraîches, les économies ne sont pas énormes, mais le système peut également être utilisé ici comme protection anti-éblouissement contre la lumière directe du soleil.
En principe, la combinaison des couches électrochromes et thermochromes dans les vitrages composites offre la plus grande flexibilité possible. En l'utilisant, les architectes et les développeurs peuvent fournir des solutions individuelles pour différents domaines et bâtiments. Nous installons la 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 pendant une année complète avant et après l'installation des nouvelles fenêtres. Ce faisant, nous pouvons démontrer les performances réelles de la technologie Switch2Save et pouvons continuer à tester et à améliorer la technologie pour différentes zones climatiques, a déclaré Fahlteich.
Les chercheurs ont également relevé des défis de fabrication. Les revêtements électrochromiques sont appliqués sur des substrats de film à base de polymère. Les revêtements thermochromiques, quant à eux, utilisent des substrats de verre minces. Les procédés de revêtement chimique par voie humide et sous vide sont utilisés pour les systèmes de fabrication roll-to-roll économiques. L'ensemble commutable est ensuite laminé sous vide sur du verre à vitre de 4 mm d'épaisseur, qui est ensuite intégré dans le vitrage isolant. Le procédé de revêtement est également économiquement faisable à l'échelle industrielle. Les éléments commutables électrochromes et thermochromes ne font que quelques centaines de microns d'épaisseur et moins de 500 grammes par mètre carré. En conséquence, ils n'ajoutent pratiquement aucun poids aux fenêtres, ce qui signifie qu'ils peuvent être installés ultérieurement dans des bâtiments existants sans modifier la structure du bâtiment.
Le consortium 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 exploiter le potentiel de la technologie. D'autres objectifs de recherche incluent l'adaptation du revêtement aux formes de verre incurvées et l'ajout de plus de couleur aux options bleues et grises existantes.
Le réchauffement climatique et les objectifs du Green Deal européen augmenteront considérablement la demande de technologies de construction économes en énergie dans les années à venir - tous les bâtiments de l'UE devraient être neutres en carbone d'ici 2050. Le projet européen Switch2Save pour les fenêtres électrochromiques et thermochromiques peut faire une contribution importante à cela.