Les matériaux de construction économes en énergie fonctionnent mieux dans les climats plus froids

Des chercheurs lituaniens et chypriotes affirment que la période de récupération énergétique de l’utilisation de matériaux à changement de phase, une nouvelle technologie dans l’industrie de la construction, est la plus courte dans un climat plus froid. L’emplacement optimal pour leur utilisation est l’intérieur du côté nord du bâtiment. L’étude fournit des réponses éclairées concernant l’application des PCM pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments.

Ces dernières années, les matériaux à changement de phase (MCP) utilisés pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments prennent de l’ampleur. Les PCM peuvent stocker et libérer de grandes quantités d’énergie – lorsqu’ils sont en phase solide, ils peuvent absorber de la chaleur, procurant un effet de refroidissement et lorsqu’un PCM est dans sa phase liquide, ils peuvent libérer de la chaleur, procurant un effet de réchauffement.

“La fonte de la glace dans l’eau est un matériau à changement de phase, tout comme le beurre qui fond dans l’huile. Pourquoi est-ce spécial ? Lorsque le matériau change de phase, il absorbe et libère également de l’énergie. Dans la construction, ces matériaux sont encapsulés, c’est-à-dire que les capsules micro PCM sont intégrés dans un élément de construction, comme le béton », explique Paris Fokaides, chercheur principal à l’Université de technologie de Kaunas (KTU), en Lituanie.

En collaboration avec des collègues de l’Université Frederick de Chypre, les chercheurs du KTU menaient une étude dans différentes régions européennes visant à calculer l’efficacité de l’application des PCM pour la mise à niveau énergétique des bâtiments existants. Leurs recherches ont révélé que l’efficacité et la période de récupération énergétique du PCM dépendent de certaines conditions, telles que l’emplacement géographique et l’orientation des murs du bâtiment.

“L’évaluation des performances thermiques des bâtiments existants est une information très précieuse, qui peut être utile lors de la prise de décisions de rénovation”, déclare Eglė Klumbytė, chercheur à la faculté de génie civil et d’architecture KTU, co-auteur de l’étude.

Selon elle, il est important de comprendre comment et où utiliser les matériaux appropriés pour une efficacité maximale.

Dans les climats froids, les investissements sont rentabilisés en moins d’un an

Le travail examine l’application des revêtements PCM dans diverses conditions météorologiques en Europe, pour toutes les grandes orientations des bâtiments. Au total, 16 simulations numériques ont été réalisées pour les quatre mois calendaires de janvier, avril, juillet et octobre et pour trois latitudes d’Athènes, Milan et Copenhague.

“Nous voulions que nos résultats de recherche soient applicables à l’échelle mondiale, c’est pourquoi nous avons choisi les sites présentant des conditions climatiques typiques en Europe du Sud, centrale et du Nord”, explique Fokaides.

Les 8 premières simulations numériques ont été réalisées avec un matériau à changement de phase intégré dans la structure des éléments de construction et les 8 autres simulations – en l’absence de PCM. L’épaisseur de PCM incorporé était de 4 cm. L’économie d’énergie annuelle a été calculée pour quatre mois typiques, représentant les quatre saisons de l’année (hiver, printemps, été et automne).

“L’un des principaux résultats de l’étude a mis en évidence le fait que le PCM fonctionnait mieux dans des conditions froides”, déclare Klumbytė.

Selon les chercheurs, cela est parfaitement logique : premièrement, dans des conditions plus froides, le PCM absorbe plus d’énergie, et deuxièmement, puisque dans les climats plus froids, les bâtiments consomment plus d’énergie (électricité, chauffage, etc.), l’économie d’énergie dans ces conditions est plus efficace. .

“Dans l’étude, nous avons développé le concept de période de récupération énergétique, ce qui signifie l’équilibre entre l’énergie utilisée pour produire ces matériaux et celle gagnée lors de leur utilisation. La période de récupération énergétique indique combien de temps il faudra pour que l’énergie soit économisée dans les PCM. pour éliminer les coûts énergétiques de leur production », explique Fokaides.

L’étude a révélé que la mise en œuvre du PCM peut contribuer à des économies d’énergie dans certains cas, variant de 0,24 à 29,84 kWh/m2a et des périodes de récupération d’énergie de moins d’un an à près de 20 ans. La période de récupération d’énergie la plus longue a été calculée dans les climats plus chauds et la plus courte dans les endroits plus froids. L’orientation optimale pour placer les PCM est l’ouest et l’est à Athènes, l’est et le nord à Milan et le nord à Copenhague. De plus, les PCM fonctionnent mieux lorsqu’ils sont intégrés dans des structures intérieures.

Sujets de recherche jamais abordés auparavant

“Le modèle numérique développé démontre la capacité à effectuer une évaluation thermique dans diverses conditions avec des résultats précis. L’objectif principal de l’Union européenne est le développement environnemental durable. Notre étude peut grandement contribuer à la réalisation de cet objectif”, est convaincu Klumbytė.

Selon Fokaides, l’étude décrite ci-dessus porte sur des sujets qui n’ont jamais été abordés dans la littérature scientifique auparavant. L’emplacement optimal du matériau à changement de phase dans le bâtiment, son orientation optimale et la période de retour énergétique sont des concepts entièrement nouveaux dans le vaste thème de la performance énergétique de l’environnement bâti.

“Cependant, en tant que Grec, je ne peux pas ignorer le fait que la première description d’un bâtiment respectueux de l’environnement a été écrite par Socrate il y a 2,5 mille ans. À l’époque, il indiquait que le mur nord d’un bâtiment doit être plus épais que le sud, ainsi notre idée que l’orientation du mur est cruciale lorsque l’on considère sa composition structurelle est liée à celle de Socrate », explique un chercheur du KTU.

Les chercheurs du KTU affirment que la méthodologie et l’ensemble de données fournis dans ce travail peuvent être utilisés pour le développement ultérieur des outils d’évaluation thermique des bâtiments. Actuellement, l’équipe démarre un nouveau projet de recherche, qui se concentrera sur la numérisation des résultats. Cela pourrait inclure le développement de capteurs intelligents pour mesurer les performances thermiques des éléments de construction en temps réel et d’autres aspects. Selon les scientifiques, ce sujet a un vaste potentiel de commercialisation.

Le travail est publié dans la revue Construction et matériaux de construction.