Les façades en verre caractérisent l'architecture moderne. Alors que le rayonnement solaire sert à soutenir le chauffage en hiver, l'intérieur du bâtiment se réchauffe en été et nécessite un refroidissement actif. Les fenêtres intelligentes peuvent réguler le rayonnement solaire en fonction de la situation météorologique - une solution d'avenir en période d'économie d'énergie. Fraunhofer FEP a maintenant réussi à produire la première couche thermochromique au monde sur du verre ultra-mince dans un processus roll-to-roll. Ces résultats rendront les stores mécaniques superflus à l'avenir et réduiront en même temps les besoins en énergie de refroidissement et de chauffage d'un bâtiment.

Les complexes de bureaux, les bâtiments publics et les nouveaux bâtiments se caractérisent principalement sur le plan architectural par de grandes fenêtres orientées au sud et des façades en verre. Alors que le rayonnement solaire sert à soutenir le chauffage en hiver, l'intérieur du bâtiment se réchauffe en été et nécessite un refroidissement actif. L'ombrage au moyen de stores, par exemple, réduit le confort et ne contribue pas à l'utilisation de l'apport de chaleur dans le bâtiment en hiver. En particulier compte tenu de la période d'automne et d'hiver à venir combinée aux exigences gouvernementales actuelles en matière d'économie d'énergie et à la crise de l'énergie, les fenêtres intelligentes offrent ici une solution très attrayante. Ces fenêtres peuvent réguler l'apport de chaleur du rayonnement solaire en fonction de la situation météorologique.

Technologies de revêtement pour les revêtements thermochromiques et électrochromiques

Fraunhofer FEP recherche des revêtements de surface qui peuvent apporter ici une contribution majeure et permettre une réduction du rayonnement thermique à travers les vitres dans le bâtiment. Nos chercheurs travaillent avec des partenaires de projet, par exemple dans le cadre du projet européen "Switch2Save" sur des systèmes de revêtement actifs et intelligents qui utilisent les effets de l'électrochromisme (commutation de la transmission d'énergie en appliquant une tension) et du thermochromisme (commutation de la transmission d'énergie par dépassement/ chute en dessous d'une température). De tels films électrochromes peuvent être utilisés dans les vitrages isolants et ne sont pas uniquement utilisés dans les bâtiments neufs. La rénovation de bâtiments existants est également possible et fait l'objet du projet "FLEX-G4.0" récemment lancé

Actuellement, certaines technologies passives, telles que les systèmes SolarControl et les revêtements à faible émissivité (faible émissivité) sont déjà disponibles sur le marché. Cependant, ces revêtements minces produits sur des feuilles ou du verre ne conduisent qu'à un ajustement permanent de la transmission d'énergie. Ils ne fonctionnent donc que dans un seul réglage, par exemple pour éviter le rayonnement thermique en été. En hiver, cependant, cela est maintenu de la même manière. De plus, ils utilisent également des ressources coûteuses telles que l'argent dans le processus de fabrication. Les chercheurs de Fraunhofer se concentrent donc sur l'optimisation des propriétés et le remplacement de ces matériaux rares.

Avec toutes les technologies, qu'elles soient passives (low-E; SolarControl) ou actives (électrochromique; thermochromique), l'enjeu est de maîtriser l'équilibre entre les différentes propriétés qui doivent être efficaces en même temps :Faire l'empreinte optique et l'optique l'efficacité dans différentes gammes de longueurs d'onde joue le rôle le plus important ou est-elle négligeable par rapport à une grande transmission d'énergie. De même, la plage de températures de commutation pour les revêtements thermochromiques et, bien sûr, les coûts de fabrication doivent également être pris en compte.

Afin de trouver des solutions polyvalentes et nouvelles pour cela, les chercheurs de Fraunhofer FEP développent actuellement des technologies de revêtement pour les éléments thermochromiques sur du verre ultra-mince. Le matériau du substrat d'une épaisseur d'env. 100 µm impose des exigences élevées en matière de manipulation et la mise à l'échelle sur de plus grandes surfaces s'est jusqu'à présent avérée très difficile. Dans le même temps, l'utilisation d'un film polymère comme substrat alternatif, qui pourrait faciliter la manipulation, n'est pas envisageable sans plus tarder. La raison en est les températures élevées dans le processus de fabrication.

Premiers revêtements thermochromiques sur verre mince dans le processus roll-to-roll dans le monde entier

Début 2022, les chercheurs de Fraunhofer FEP ont réussi à produire la première couche thermochromique au monde à base de dioxyde de vanadium sur du verre ultra-mince en utilisant la technologie efficace roll-to-roll. Le Dr Cindy Steiner, chef de groupe chez Fraunhofer FEP, se réjouit :« Nous avons ainsi franchi une étape importante dans la mise à l'échelle de la technologie du laboratoire à l'échelle pilote avec notre équipement roll-to-roll ! Les revêtements thermochromiques modifient leur transmission dans la gamme infrarouge lorsqu'une certaine température est dépassée. La transmission dans le domaine visible reste inchangée. Ainsi, l'utilisateur ne remarque aucun changement optique dans la fenêtre et n'a aucune restriction de confort lumineux ou de visibilité. Cela bloque efficacement le rayonnement thermique en été, réduisant ainsi le besoin pour la climatisation. En hiver, le rayonnement thermique du soleil est autorisé à passer, ce qui permet d'économiser sur la consommation d'énergie de chauffage."

La température de commutation est d'environ 20°C, ce qui signifie que le verre mince thermochromique fixé aux bâtiments bascule entre l'état transmissif et réfléchissant lorsqu'il s'échauffe au-dessus de 20°C." Cette température de commutation peut être ajustée en fonction des exigences climatiques grâce à la composition, le contrôle du processus et la structure du système de couches », ajoute le Dr Steiner.

Dans l'étape suivante, la technologie doit être mise à l'échelle et amenée à maturité sur le marché. Les sujets de recherche sont notamment l'optimisation de la manipulation des substrats, la stabilité à long terme et l'ajustement de la température de commutation requise.

La combinaison des technologies présentées ici rend les stores mécaniques superflus à l'avenir et peut réduire les besoins en énergie de refroidissement et de chauffage d'un bâtiment de 10 à 60 % dans les cas extrêmes. + Explorer plus loin

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