Un bond quantique dans la technologie des fenêtres permet des économies d’énergie considérables

Un nouveau revêtement de fenêtre réduit les températures intérieures et les coûts énergétiques en bloquant sélectivement la lumière produisant de la chaleur, de manière efficace quel que soit l’angle d’ensoleillement.

Les fenêtres accueillent la lumière dans les espaces intérieurs, mais elles apportent également de la chaleur indésirable. Un nouveau revêtement de fenêtre bloque la lumière ultraviolette et infrarouge génératrice de chaleur et laisse passer la lumière visible, quel que soit l’angle du soleil. Le revêtement peut être incorporé sur des fenêtres ou des automobiles existantes et peut réduire les coûts de refroidissement de la climatisation de plus d’un tiers dans les climats chauds.

Conception efficace pour changer les angles du soleil

« L’angle entre le soleil et votre fenêtre change constamment », a déclaré Tengfei Luo, professeur d’études énergétiques de la famille Dorini à l’Université de Notre Dame et responsable de l’étude. « Notre revêtement conserve fonctionnalité et efficacité quelle que soit la position du soleil dans le ciel. »

Les revêtements de fenêtre utilisés dans de nombreuses études récentes sont optimisés pour la lumière qui pénètre dans une pièce selon un angle de 90 degrés. Pourtant, à midi, souvent le moment le plus chaud de la journée, les rayons du soleil pénètrent obliquement dans les fenêtres installées verticalement.

Matériaux et techniques avancés

Luo et son associé postdoctoral Seongmin Kim ont précédemment fabriqué un revêtement de fenêtre transparent en empilant des couches ultra-fines de silice, d’alumine et d’oxyde de titane sur une base en verre. Un polymère de silicium d’un micromètre d’épaisseur a été ajouté pour améliorer le pouvoir de refroidissement de la structure en réfléchissant le rayonnement thermique à travers la fenêtre atmosphérique et dans l’espace.

Une optimisation supplémentaire de l’ordre des couches était nécessaire pour garantir que le revêtement s’adapte à plusieurs angles de lumière solaire. Cependant, une approche par essais et erreurs n’est pas pratique, étant donné l’immense nombre de combinaisons possibles, a déclaré Luo.

Pour mélanger les couches dans une configuration optimale – une configuration qui maximise la transmission de la lumière visible tout en minimisant le passage des longueurs d’onde produisant de la chaleur – l’équipe a utilisé l’informatique quantiqueou plus précisément, le recuit quantique, et ont validé leurs résultats expérimentalement.

Résultats et applications

Leur modèle a produit un revêtement qui maintenait à la fois la transparence et réduisait la température de 5,4 à 7,2 degrés. Celsius (9,7 à 13 degrés Fahrenheit) dans une salle modèle, même lorsque la lumière était transmise sous un large éventail d’angles. Les résultats du laboratoire ont été récemment publiés dans Rapports de cellules Science physique.

« Comme les lunettes de soleil polarisées, notre revêtement réduit l’intensité de la lumière entrante, mais contrairement aux lunettes de soleil, notre revêtement reste clair et efficace même lorsque vous l’inclinez sous différents angles », a déclaré Luo.

Le schéma d’apprentissage actif et d’informatique quantique développé pour créer ce revêtement peut être utilisé pour concevoir une large gamme de matériaux aux propriétés complexes.