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Un liquide isolant pour les bâtiments
Les chercheurs de LAWIN développent des fenêtres qui fournissent un échange de chaleur et de collecte d’énergie solaire très efficace à travers une enveloppe du bâtiment active.
Les fenêtres fluidiques à grande surface utilisent un fluide contenu dans les microcanaux pour exploiter l’énergie de la chaleur et du soleil ambiante et pour gérer l’échange de la chaleur, tout en stimulant l’efficacité énergétique.
En comparaison aux précédentes technologies, les fenêtres à triple-vitrage ont considérablement amélioré leur efficacité énergétique. Le projet LAWIN (Large-Area Fluidic Windows) vise à améliorer cette performance tout en adoptant, néanmoins, une nouvelle approche. Les chercheurs de LAWIN développent des fenêtres qui fournissent un échange de chaleur et de collecte d’énergie solaire très efficace à travers une enveloppe du bâtiment active.
Nous souhaitons notamment englober le bâtiment d’une couche de liquide et de contrôler la température , affirme le professeur Lothar Wondraczek de l’institut Otto Schott (OSIM) de recherche sur les matériaux de l’université de Léna et coordinateur du projet.
L’essence de la technologie est un verre structuré embossé de canaux microfluidiques à travers lesquels circule un fluide fonctionnel. Ce fluide permet d’ajuster automatiquement l’impact de la lumière ou de collecter la chaleur externe qui est ensuite transportée à une pompe à chaleur. Le prototype actuel utilise des solutions aqueuses, mais tout fluide comprenant des propriétés élevées d’échange de chaleur et, à terme, ajoute davantage de fonctionnalité comme le polychromatisme (où les propriétés d’absorption optique du fluide dépendent de la magnitude de l’irradiation, ou peuvent être réglés électriquement) pourrait être utilisé.
Des fenêtres à perte d’énergie nulle
Les fenêtres microfluidiques de grande surface de LAWIN et les éléments de façade se basent sur quatre types de nouveaux matériaux : les verres fins à faible coût et de protection robustes ; les verres microstructurés laminés de qualité architecturale ; un composant verre-verre contenant des canaux microfluidiques ; et un liquide de stockage de chaleur conçu pour une fonctionnalité transparente et/ou active dans la mise en place de façades et de fenêtres. Le consortium du projet vise à réduire l’énergie grise et les émissions de CO2 à zéro pour les surfaces de fenêtres après quatre mois d’utilisation. LAWIN vise également à améliorer les taux d’isolation thermique pour les surfaces de fenêtre d’au moins 20 % et de réduire l’énergie dépensée lors du cycle de vie complet d’un bâtiment de 10 %.
La commercialisation
LAWIN espère parvenir à une commercialisation et acceptation rapides grâce à ses nouvelles fenêtres et éléments de façade.
La chose la plus importante est le processus de production grande échelle, affirme le professeur Wondraczek. Intégrer la technologie en un processus conventionnel utilisé pour la fabrication de fenêtre à triple-vitrage représente un objectif clé.
Pour vraiment tester la technologie, LAWIN prévoit de produire le prototype final sur une échelle semi-industrielle d’ici 2017. Mais les chercheurs de LAWIN doivent d’abord surmonter un obstacle.
Pour embosser des microcanaux d’un millimètre de large et, par la suite, laminer un verre sur un autre, une feuille fine de verre d’environ 1 mm a besoin d’une couche de verre extrêmement plat. Néanmoins à l’heure actuelle, les feuilles de verre produites par un processus de laminage sont intrinsèquement ondulées. Les membres du consortium relèvent ce défi en développant un nouvel équipement de traitement et en adaptant le processus de production. Le résultat sera une pièce de verre très plate de qualité supérieure qui pourrait également servir à des fenêtres de sécurité ou à d’autres applications haut de gamme.
L’importance de la taille
Un défi important est de fournir des fenêtres à très faible coût de grande taille , affirme le professeur Wondraczek. Le prototype de démonstration actuel est de 0,25-0,5 m2 mais le projet vise une version finale de 2 m2. Le prototype actuel sera installé dans des bâtiments modèles en Europe du Nord et du Sud en 2017 pour tenir compte des différentes conditions climatiques et des résultats actuels seront testés par rapport aux modèles de simulation. Les résultats provenant des tests et des simulations serviront ensuite à valider et à optimiser les paramètres tels que le taux de flux du fluide, la taille des canaux et la pression du fluide à l’intérieur des canaux. Ces derniers seront incorporés en la version finale de 2 m2. Par ailleurs, les résultats seront intégrés en des modèles utilisés pour la conception de bâtiments.
Le consortium estime que les fenêtres haut de gamme coûteront 2,5 fois plus que les fenêtres à triple-vitrage de pointe mais que le prix le plus élevé sera partiellement compensé par les économies d’énergie ainsi que par les caractéristiques fonctionnelles et esthétiques avancées.
Les membres du consortium LAWIN pensent que les fenêtres permettraient de réduire d’au moins 123.000 tonnes de CO2 par an généré par le chauffage, et de remplacer au moins 2 % des fenêtres-fours (window furnaces) en Europe.
Les fenêtres fluidiques de grande surface s’adapteront à pratiquement tout type de bâtiment, et les constructeurs pourront remplacer d’autres fenêtres rien qu’en les échangeant , affirme le professeur Wondraczek.
Photo : © LAWIN
Source : CORDIS
