Obtenez la lumière et gardez la chaleur

Date : 14 juin 2023

Auteurs : Michal Ganobjak, Wim J. Malfait, Janis Just, Marcel Käppeli, Francisco Mancebo, Samuel Brunner & Jannis Wernery

Source: Journal of Building Engineering, Volume 64, 2023, 105600, ISSN 2352-7102 | https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105600.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710222016060)

Les aérogels de silice sont des matériaux de superisolation thermique qui ont trouvé une application croissante dans le secteur du bâtiment au cours des dix à quinze dernières années. Alors que les types de matériaux les plus courants sont les couvertures et les enduits isolants opaques, sous sa forme monolithique, l'aérogel de silice peut être presque transparent, permettant ainsi de créer un système de construction isolant translucide composite.

Ici, nous avons développé et caractérisé un nouveau composant de construction modulaire, translucide et thermiquement isolant, à base de granulés d'aérogel de silice, la brique de verre aérogel. Les propriétés thermiques et mécaniques ont été testées et les premières ont été comparées à une simulation 3D du transfert de chaleur à travers la brique. La brique de verre a une conductivité thermique mesurée de 53 mW/(m·K), correspondant bien aux résultats de simulation de 51 mW/(m·K), et une résistance à la compression de près de 45 MPa. Cela fait de la brique de verre la brique isolante ayant les performances d'isolation les plus élevées rapportées dans la littérature ou disponibles sur le marché, et ajoute en même temps la caractéristique de transmission lumineuse.

La brique de verre aérogel convient lorsque les exigences combinent la lumière du jour, la protection contre l'éblouissement et la nécessité de protéger la vie privée, par exemple dans les bureaux, les bibliothèques, les musées ; une analyse des coûts des matériaux indique que la brique de verre isolante peut être compétitive dans de telles applications. La brique de verre offre à l’architecture de nouvelles opportunités de conception pour augmenter la lumière naturelle à l’intérieur des bâtiments.

Les enveloppes des bâtiments existants représentent une formidable opportunité pour améliorer l’efficacité énergétique et le confort thermique de nos villes et campagnes. Outre les améliorations apportées à la technologie du bâtiment, les besoins énergétiques CVC sont généralement réduits en augmentant l’épaisseur de la couche isolante. Cependant, cette solution ne fonctionne pas pour les éléments de façade transparents et, en fait, d'épaisses couches d'isolation augmentent l'ombre autour des fenêtres. Ainsi, un nouveau système de construction d’enveloppe capable de réduire simultanément la demande d’éclairage et d’énergie CVC serait une solution très attractive. Nous présentons ici une brique de verre aérogel qui présente des performances d'isolation thermique élevées pour son épaisseur limitée, tout en augmentant les gains solaires, en réduisant l'utilisation de la lumière artificielle et en améliorant le confort visuel.

Les normes croissantes en matière de bien-être, de microclimat intérieur et d’efficacité énergétique des bâtiments posent un nouveau dilemme pour les bâtiments existants. Les bâtiments consomment environ 40 % de l’énergie mondiale [1], p. 174] et 20 à 60 % de toute l'énergie utilisée par les bâtiments est affectée par la conception de l'enveloppe du bâtiment [2], p. 20]. Selon les prévisions, « plus de 50 % du parc immobilier mondial actuel sera encore debout en 2050, et dans les pays membres de l’OCDE, ce chiffre est plus proche de 75 % ou plus » [2, p. 21].

Environ 55 % de la population vit en ville et ce nombre va augmenter à l’avenir [3]. Les villes offrent plus d'opportunités et un niveau de vie plus élevé – par exemple moins de travail manuel, de travail spécialisé abstrait, des opportunités d'emploi, des salaires plus élevés, des activités de loisirs, un accès plus facile aux biens et services, etc. Cette forte densité de population est liée aux effets néfastes du bruit. , mauvaise qualité de l’air, effet d’îlot de chaleur, moins d’accès à la nature et moins d’accès à la lumière du jour. Dans les pays à revenu élevé, le pourcentage de la population vivant dans les villes sera de 70 à 88 % en 2050 [3]. Dans le même temps, on sait que les gens passent plus de 90 % de leur temps à l'intérieur [4], p. 2]. Avec le déplacement des zones rurales vers les villes, l’urbanisation et le changement de la nature du travail, le temps passé à l’intérieur augmente. La lumière naturelle du jour influence nos rythmes circadiens, la libération d'hormones, le cycle veille-sommeil, l'humeur et nos activités cognitives [5,6]. Le détachement de la nature dû au mode de vie intérieur, à la lumière du jour artificielle et à la lumière omniprésente des écrans peut avoir une influence négative sur le bien-être humain [7,8]. Nous émettons l'hypothèse que les façades translucides pourraient être une bonne opportunité pour compenser ce manque de lumière naturelle, pour rapprocher les humains de la lumière naturelle sans les éloigner de l'intérieur. Cela se ferait en utilisant des murs translucides au lieu de murs opaques, déjà au stade de la conception du bâtiment. Bien que la principale recommandation soit de passer plus de temps actif à l’extérieur [9] dans l’air frais et la lumière [10], les façades translucides peuvent faire entrer la lumière naturelle du jour à l’intérieur et ainsi rapprocher les gens de leur biorythme naturel.