L'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) développe un film intelligent pour vitrages qui régule la lumière et l'humidité, réduisant ainsi la consommation d'énergie des bâtiments et favorisant le développement de villes à faible émission de carbone.
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Face à l'intensification du réchauffement climatique, les technologies de fenêtres capables de réguler automatiquement la lumière et l'humidité intérieures en fonction des variations environnementales pourraient contribuer à réduire la consommation énergétique des bâtiments et favoriser le développement de villes à faible émission de carbone. Une équipe de recherche du Centre international des liens entre énergie urbaine et urbaine (UEX) de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) a mis au point un film intelligent innovant pour fenêtres.
Ce film exploite les propriétés uniques de différents matériaux pour abaisser la température intérieure le jour, tout en absorbant l'humidité et en réduisant sa transparence la nuit. Il améliore ainsi l'efficacité énergétique, le confort et l'intimité des occupants. Antibactérien, durable et économique, ce film innovant est particulièrement adapté aux régions humides comme Hong Kong et constitue une solution prometteuse pour le développement de bâtiments écologiques.
Connu sous le nom de film « régulateur d'humidité et de lumière » (MRLR), ce film innovant, développé à l'Université de Polytechnique de Hong Kong (PolyU), a été conçu sous la direction du professeur YAN Jinyue Jerry, titulaire de la chaire Énergie et Bâtiment , et du docteur LIU Junwei, maître de conférences au département d'ingénierie énergétique et environnementale du bâtiment de PolyU .
L'équipe a révolutionné la conception des films pour vitrages existants grâce à une structure bicouche composée d'une couche de nanofibres hydrophiles de polyacrylonitrile (PAN) et d'un hydrogel transparent de polyacrylamide (PAAM) présentant une excellente rétention d'eau. Tirant parti des propriétés d'absorption et d'évaporation de l'eau de ces matériaux, le film régule simultanément la lumière, la chaleur et l'humidité.
Le professeur Yan a déclaré : « Actuellement, l'industrie utilise largement des matériaux thermochromiques ou photochromiques dans les fenêtres intelligentes afin d'améliorer la gestion thermique des bâtiments. Cependant, ces films présentent souvent des inconvénients tels qu'un coût élevé et une durabilité insuffisante. L'équipe de PolyU a innové en concevant un film à partir de matériaux écologiques et économiques permettant de réguler simultanément la lumière, la chaleur et l'humidité intérieures, réduisant ainsi la dépendance des bâtiments aux systèmes de climatisation. Notre film, de structure simple et à fort potentiel de production à grande échelle, est très prometteur pour les applications futures dans le domaine des bâtiments écologiques durables. »
Le film MRLR remplit différentes fonctions en fonction des variations environnementales entre le jour et la nuit. Le jour, la lumière du soleil provoque l'évaporation de l'eau contenue dans le film, réduisant ainsi le rayonnement solaire pénétrant dans la pièce et abaissant la température intérieure. La nuit, lorsque l'humidité relative augmente, les matériaux hydrophiles du film absorbent l'humidité de l'air, ce qui diminue également sa transparence et, par conséquent, réduit l'humidité intérieure tout en préservant l'intimité.
Les résultats de recherche ont montré que le film réduisait efficacement l'humidité dans une chambre de test de 91,73 % à 53,76 % en six heures la nuit, tout en abaissant la température intérieure jusqu'à 21,1 °C le jour, démontrant ainsi une remarquable performance de régulation environnementale.
Afin d'évaluer plus précisément le potentiel d'économie d'énergie et l'efficacité de réduction des émissions de carbone du film MRLR, l'équipe a élaboré un modèle global à partir de données météorologiques annuelles types provenant de plusieurs grandes villes. Les résultats ont indiqué que le film pouvait réguler efficacement la température intérieure et réduire la demande énergétique saisonnière, offrant ainsi des avantages considérables pour la conservation de l'énergie et la réduction des émissions à l'échelle mondiale.
D'après les données des villes étudiées, l'équipe a estimé que la consommation énergétique annuelle moyenne pourrait diminuer de plus de 20 %, réduisant ainsi les émissions mondiales annuelles de carbone de plus de 18 kg par mètre carré.
Le Dr Liu a ajouté : « Les régions de basse latitude connaissent généralement une demande plus élevée en climatisation, ce qui fait des systèmes de refroidissement conventionnels une source importante de consommation d’énergie dans les bâtiments. En assurant une régulation continue de la lumière, de la chaleur et de l’humidité tout au long de la journée, le film MRLR est particulièrement efficace pour les villes des régions tropicales et subtropicales comme Hong Kong. »
L'équipe a également réalisé 300 cycles de tests d'adsorption et de désorption d'humidité, confirmant ainsi l'excellente durabilité et stabilité du film. Grâce à son faible coût de fabrication, l'investissement est amorti en seulement un à deux mois, ce qui représente un avantage économique considérable.
De plus, des observations expérimentales ont confirmé que le film résiste efficacement à la contamination bactérienne et fongique et conserve ses propriétés anti-poussière même après cinq jours d'exposition continue à un air fortement pollué.
L’étude, intitulée «"Scalable moisture-responsive and light-regulating films for building energy saving and privacy protection" ou "Films évolutifs sensibles à l’humidité et régulateurs de lumière pour les économies d’énergie dans les bâtiments et la protection de la vie privée", a été publiée dans la revue académique Advanced Energy Materials .