Le matériau de la fenêtre intelligente bloque les rayons sans bloquer les vues

Des scientifiques inventent un matériau de fenêtre « intelligent » qui bloque les rayons sans bloquer les vues

Le nouveau matériau à économie d’énergie pour les fenêtres électrochromes (EC) bloque les rayons sans compromettre la vue à travers la fenêtre, car il laisse passer jusqu’à 90 % de la lumière visible. Crédit : Université technologique de Nanyang

Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) a inventé un matériau de fenêtre « intelligent » qui contrôle la transmission de la chaleur sans bloquer les vues, ce qui pourrait aider à réduire l’énergie nécessaire pour refroidir et chauffer les bâtiments.

Développé par des chercheurs de NTU, le nouveau matériau à économie d’énergie pour les fenêtres électrochromes (EC) qui fonctionne sur simple pression d’un interrupteur est conçu pour bloquer le rayonnement infrarouge, qui est le principal composant de la lumière du soleil qui émet de la chaleur.

Le nouveau matériau a une nanostructure spécialement conçue et comprend des matériaux avancés comme le dioxyde de titane (TiO2), trioxyde de tungstène (WO3), néodyme-niobium (Nd-Nb) et oxyde d’étain (IV) (SnO2). Le matériau composite est destiné à être appliqué sur des panneaux de verre et, lorsqu’il est activé par l’électricité, les utilisateurs pourraient « activer et désactiver » la transmission du rayonnement infrarouge à travers la fenêtre.

L’invention, qui figurait à côté de la couverture du journal ACS Oméga, pourrait bloquer jusqu’à 70 % du rayonnement infrarouge selon des simulations expérimentales sans compromettre les vues à travers la fenêtre, car il laisse passer jusqu’à 90 % de la lumière visible.

Le matériau est également environ 30 pour cent plus efficace pour réguler la chaleur que les fenêtres électrochromes disponibles dans le commerce et est moins cher à fabriquer en raison de sa durabilité.

Une amélioration par rapport à la fenêtre électrochrome (EC) actuelle

Les fenêtres électrochromes sont aujourd’hui une caractéristique courante des bâtiments « verts ». Ils fonctionnent en se teintent lors de l’utilisation, ce qui réduit la lumière d’entrer dans la pièce.

Les fenêtres électrochromes disponibles dans le commerce ont généralement une couche de trioxyde de tungstène (WO3) revêtu d’un côté du panneau de verre, et de l’autre, sans. Lorsque la fenêtre est allumée, un courant électrique déplace les ions lithium vers le côté contenant le WO3, et la fenêtre s’assombrit ou devient opaque. Une fois éteints, les ions s’éloignent du verre à couche et la fenêtre redevient claire.

Cependant, les fenêtres électrochromes actuelles ne sont efficaces que pour bloquer la lumière visible, pas le rayonnement infrarouge, ce qui signifie que la chaleur continue de traverser la fenêtre, réchauffant ainsi la pièce.

Un autre inconvénient de la technologie actuelle est sa durabilité, car les performances du composant électrochrome ont tendance à se dégrader en trois à cinq ans. Lors de tests en laboratoire, la technologie électrochrome de NTU a été soumise à des cycles marche-arrêt rigoureux pour évaluer sa durabilité. -utilisation à terme dans les bâtiments durables.

L’auteur principal de l’étude sur la fenêtre électrochrome, le professeur agrégé Alfred Tok de la NTU School of Materials Science and Engineering, a déclaré : « En incorporant la nanostructure spécialement conçue, nous avons permis au matériau de réagir de manière « sélective », en bloquant le rayonnement proche infrarouge tout en permettant toujours à la majeure partie de la lumière visible de passer à travers chaque fois que notre fenêtre électrochrome est allumée. Le choix de matériaux de pointe a également contribué à améliorer les performances, la stabilité et la durabilité de la fenêtre intelligente. « 

La nouvelle technologie électrochrome peut aider à conserver l’énergie qui serait utilisée pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments et pourrait contribuer à la conception future de bâtiments verts durables, selon l’équipe de recherche.

L’étude reflète l’engagement de l’université à relever les grands défis de l’humanité en matière de durabilité dans le cadre du plan stratégique NTU 2025, qui vise à accélérer la traduction des découvertes de la recherche en innovations qui atténuent l’impact humain sur l’environnement.

Cherchant à améliorer les performances de leur technologie de fenêtre intelligente, l’équipe NTU, dans un travail distinct de celui rapporté dans le journal, a créé un système de commutation qui aide à contrôler la chaleur conduite, c’est-à-dire la chaleur de l’environnement extérieur.

Le commutateur NTU breveté comprend des particules magnétiques à base de carbone et des films minces qui sont de bons conducteurs de chaleur. Lorsque l’interrupteur est éteint, la chaleur conduite ne peut pas être transférée à travers la fenêtre. Lorsqu’il est allumé, la chaleur sera autorisée à passer à travers la fenêtre en verre.

Lorsqu’elle est intégrée au matériau électrochrome nouvellement développé, la fenêtre intelligente de l’équipe peut contrôler deux types de transmission de chaleur : le rayonnement infrarouge et la chaleur de conduction, qui est le principal mode de transfert de chaleur à travers la matière.

Le premier auteur de l’étude, le Dr Ronn Goei, chercheur principal à la NTU School of Materials Science and Engineering, a déclaré : « En intégrant à la fois le nouveau matériau électrochrome que nous avons inventé et le commutateur breveté dans une fenêtre, nous pouvons créer une fenêtre intelligente. Avec la capacité de contrôler à la fois la chaleur rayonnée par infrarouge du soleil et la chaleur conduite passant à travers la fenêtre, nous nous attendons à ce que cette technologie soit particulièrement utile dans les climats tempérés, car les occupants du bâtiment peuvent l’utiliser pour réguler les pertes ou les gains de chaleur en fonction de les besoins des saisons changeantes, tout en profitant d’une grande partie de la vue. »

Le co-auteur, le professeur Shlomo Magdassi de l’Institut de chimie de l’Université hébraïque de Jérusalem, a déclaré : « Les résultats de la recherche devraient permettre la fabrication de fenêtres uniques qui entraîneront des économies d’énergie. Il s’agit d’un excellent exemple de collaboration scientifique entre les chercheurs. à NTU et à l’Université hébraïque de Jérusalem, Israël, grâce au programme CREATE de la National Research Foundation de Singapour. »

Explorer le potentiel commercial

À l’avenir, l’équipe de recherche espère faire passer l’invention du laboratoire au marché. Il s’est associé au fabricant de verre iGlass Asia Pacific pour des tests supplémentaires et pour envisager d’intégrer potentiellement la fenêtre intelligente dans ses projets pour une efficacité et une durabilité améliorées.

Jeremy Sani, directeur d’iGlass Asia Pacific, une société basée à Singapour spécialisée dans la fabrication de verre innovante, et le collaborateur industriel de l’étude de recherche a déclaré : « C’est notre privilège et honneur de faire ce voyage d’innovation avec NTU. et la connaissance des applications, le savoir-faire approfondi de NTU d’un point de vue technique a fait passer l’exécution du projet à un niveau supérieur qui dépasse nos attentes. »


Le matériau intelligent passe du chauffage au refroidissement en quelques minutes


Plus d’information:
Ronn Goei et al, Matériaux électrochromes co-dopés SnO2/α-WO3 Nd–Nb : propriétés de stabilité et de commutation améliorées, ACS Oméga (2021). DOI : 10.1021/acsomega.1c03260

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Le matériau de la fenêtre intelligente bloque les rayons sans bloquer les vues (2021, 9 novembre) récupéré le 9 novembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-11-smart-window-material-blocks-rays.html

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