Quand la plupart des gens pensent au refroidissement, ils imaginent automatiquement la climatisation, ou refroidir l'air d'une pièce. Mais il existe un moyen bien plus efficace de refroidir les gens, en utilisant les radiations du corps.

Pour démontrer l'effet du refroidissement radiant, Forrest Meggers, professeur assistant d'architecture et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, et une équipe de chercheurs a construit le Cold Tube à Singapour l'année dernière. Il s'agissait d'un pavillon extérieur bordé de nouveaux panneaux radiants isolés qui retenaient des conduites d'eau froide à l'intérieur. Le corps humain échange constamment des radiations avec les objets qui l'entourent et ces radiations circulent des surfaces chaudes vers les surfaces froides. Les participants qui ont traversé l'exposition ont diffusé leur rayonnement vers les panneaux et ont déclaré se sentir frais, bien que l'air lui-même ait des niveaux de température et d'humidité qui seraient normalement étouffants. La nouvelle recherche a montré que les gens pouvaient se sentir à l'aise dans des environnements extérieurs chauds et humides en utilisant uniquement un refroidissement radiant, qui pourrait utiliser beaucoup moins d'énergie que le refroidissement de grands volumes d'air.

Par coïncidence, Yueh-Lin (Lynn) Loo, directeur du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, est basé à Singapour depuis cinq mois, non loin de l'endroit où l'équipe de Meggers a testé le Cold Tube. "Ces conceptions alternatives peuvent perturber la façon dont nous pensons à la fois refroidir les espaces et favoriser la circulation de l'air, " dit Loo, qui est également le professeur d'ingénierie Theodora D. '78 et William H. Walton III '74 et professeur de génie chimique et biologique. "Je pense que le Cold Tube et les technologies similaires sont exactement les types d'innovations qui peuvent aider à rendre la vie sous les tropiques plus agréable."

Les chercheurs de Princeton, collaborer avec des universitaires de l'Université de la Colombie-Britannique, Université de Berkeley, ETH Zurich à Singapour, et l'Université de Pennsylvanie, a publié les résultats de Cold Tube dans le numéro du 18 août du Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).

Dans ce Q&R, Meggers et premier auteur de l'article, Dr Eric Teitelbaum, qui a terminé la recherche en tant qu'étudiant diplômé sous Meggers et est maintenant ingénieur principal chez AIL Research, commenter le potentiel de leur technologie pour économiser de l'argent et de l'énergie, ainsi que pour aider à assurer la sécurité des personnes dans une pandémie comme la crise actuelle du COVID-19 en permettant une plus grande circulation d'air dans un bâtiment sans installer de nouvelle infrastructure ou sans nécessiter d'énergie supplémentaire pour refroidir le plus grand volume d'air.

Quelle est la plus grande idée fausse sur la climatisation ?

Meggers :La climatisation n'est pas synonyme de refroidissement. C'est une méthode très enracinée de refroidissement des bâtiments, mais ce n'est pas le seul. En outre, vos climatiseurs de fenêtre ne font que refroidir l'air existant dans la pièce ; ils n'apportent pas de nouveauté, de l'air frais dans votre chambre. Les unités de climatisation (AC) sont devenues tellement normalisées et intégrées dans la vie quotidienne mais, en réalité, ce sont des machines énormes qui nécessitent beaucoup d'énergie, et ne doit pas être traité comme allumer un interrupteur. Une unité de fenêtre apparemment simple nécessite 10 à 1000 fois plus d'énergie qu'un ventilateur de plafond, et laisser la climatisation allumée est comparable en énergie à laisser la lumière allumée dans 100 pièces.

Quel est l'avantage des surfaces de refroidissement, comme les murs et les tables, au lieu de refroidir l'air ?

Meggers :Dans le tube froid, les occupants sont entièrement refroidis par rayonnement thermique, ce qui signifie que l'énergie a été principalement utilisée pour refroidir l'eau à l'intérieur des murs, ne refroidissant pas l'air. Avec air conditionné, la déshumidification et le refroidissement se produisent simultanément. L'avantage de la technologie Cold Tube est qu'elle dissocie le refroidissement de l'apport d'air frais, ce qui signifie que les gens peuvent garder leurs fenêtres ouvertes, tout en préservant le confort, et sans dépenser des quantités massives d'énergie pour refroidir et déshumidifier le flux d'air. L'air ne doit être que pour respirer, pas de refroidissement.

Dans quelle mesure les résultats sont-ils pertinents pour protéger les personnes contre des virus comme le COVID-19 ?

Teitelbaum :La façon dont les bâtiments sont construits aujourd'hui, utilisant exclusivement AC pour le refroidissement, nous ne pouvons pas augmenter la quantité d'air frais que nous livrons aux bâtiments à volonté, car le débit d'air est couplé à la quantité de climatisation que les bâtiments doivent fournir. Si vous souhaitez que plus d'air extérieur circule dans le bâtiment, vous avez également besoin d'une capacité supplémentaire pour déshumidifier et refroidir cet air. La plupart des systèmes n'ont pas été construits avec la capacité de faire circuler la quantité d'air qui, dans de nombreux cas, est recommandé pour diluer les contaminants de l'air intérieur et prévenir la propagation de la contagion, comme le récent virus COVID-19. Et s'ils le peuvent, il nécessite des quantités massives d'énergie. Mais avec les systèmes radiants, les gens peuvent ouvrir les fenêtres tout en restant à l'aise, tout en laissant entrer de l'air frais supplémentaire pour réduire la concentration de virus dans l'air.

Comment cette technologie aide-t-elle à atténuer le changement climatique ?

Teitelbaum :Ce système utilise au moins 50 % moins d'énergie qu'un climatiseur de taille comparable. Laisser l'air se réchauffer de cinq degrés tout en refroidissant les surfaces peut réduire la demande d'énergie jusqu'à 40 % et maintenir le confort des occupants. Permettre des températures de l'air encore plus chaudes se traduirait par des économies d'énergie plus importantes.

Cette alternative à la climatisation pourrait-elle également améliorer la qualité de l'air extérieur en atténuant l'effet d'îlot de chaleur urbain ?

Meggers :La plupart de mes co-auteurs et moi avons voyagé en Asie du Sud-Est et avons constaté de visu à quelle vitesse les unités AC ont été déployées à grande échelle. L'ajout de fenêtres AC ou d'unités divisées aux bâtiments se fait avec peu de considération des effets sur les températures de surface, et le climat et la chaleur d'une ville. Les unités fonctionnent en rejetant la chaleur de l'air d'une pièce vers l'extérieur. Le rejet de la chaleur à l'extérieur des bâtiments le long de la façade conduit à des trottoirs et des zones autour des bâtiments devenant très chauds, et de nombreux espaces deviennent inutilisables. Notre technologie fait exactement le contraire; il permet de retrouver une acceptabilité thermique dans divers quartiers de la ville sans avoir à construire un immense parc. Vous pouvez installer ces panneaux de refroidissement à l'extérieur et construire des "havres de paix" où les gens peuvent se rassembler, manger, et joue.

Quelle est l'importance de cette expérience pour ouvrir la voie à un monde où les gens sont refroidis sans climatisation ?

Teitelbaum :Il faudra plus de 8 mois d'expérience pour changer la façon dont les gens pensent aux systèmes de confort et à l'efficacité énergétique dans l'environnement bâti. Une grande partie des recherches du laboratoire C.H.A.O.S du professeur Megger se sont concentrées sur l'expansion de la bulle de connaissances sur l'influence du rayonnement thermique sur le confort et l'efficacité. L'expérience Cold Tube a créé beaucoup de nouvelles connaissances, ce qui est une belle réussite scolaire. Commercialement, alors qu'il existe des entreprises qui fabriquent des technologies similaires, il est toujours nécessaire de continuer à démontrer et à expérimenter de nouveaux concepts non seulement pour faire progresser la technologie, mais aussi ce changement de paradigme. Le passage de la climatisation à une conception de confort plus holistique nous aiderait à agir en tant que gardiens de la planète ainsi que de nos propres environnements construits. Dans de nombreuses régions du monde, comme Singapour et d'autres régions tropicales qui cherchent de plus en plus des moyens de conditionner les espaces, beaucoup plus d'énergie est consacrée à la déshumidification de l'air qu'à son simple refroidissement. C'est l'un des endroits où nous pensons que notre paradigme de confort aura les plus grandes augmentations d'efficacité et d'impact, puisque la déshumidification n'est pas nécessaire pour que les gens se sentent à l'aise.