Les propriétaires aiment les fenêtres - la lumière qu'elles apportent, les vues qu'elles encadrent, la sensation qu'elles donnent aux maisons. Les experts en énergie détestent les fenêtres - la chaleur qu'elles apportent, la chaleur qu'elles drainent, la consommation d'énergie supplémentaire qu'elles entraînent. La course est lancée pour développer la technologie qui permettra aux propriétaires de placer les fenêtres où ils veulent sans craindre de faire monter en flèche les coûts énergétiques.
Revêtements à faible émissivité
Les fenêtres ont continué à s'améliorer au fil des ans, d'abord avec des unités de verre isolées qui ont fourni une zone tampon d'air entre deux vitres pour réduire les pertes de chaleur subies par les unités à vitre unique par temps froid. Les améliorations se sont poursuivies avec l'avènement des revêtements à faible émissivité ou à faible émissivité. Ces revêtements métalliques microfins réfléchissent la chaleur et la renvoient d'où elle vient. Les revêtements à faible émissivité améliorent considérablement la qualité thermique des vitrages isolants, aidant les maisons à rester plus chaudes en hiver et plus fraîches en été. L'ajout de gaz d'argon ou de krypton entre ces vitres revêtues ajoute aux propriétés isolantes de l'unité de fenêtre.
Au sommet de la technologie de fenêtre disponible se trouvent les revêtements spectralement sélectifs. Les revêtements sont appliqués sur les vitres pour réduire le gain de chaleur en empêchant les rayons sélectionnés d'entrer dans la maison. Cette amélioration du verre enduit à faible émissivité permet de réduire davantage les pertes de chaleur de l'intérieur et les gains de chaleur de l'extérieur. Il sert également à protéger les meubles et les tissus du blanchiment au soleil. Avec du verre à revêtement spectralement sélectif rempli de gaz dans une unité de verre isolant bien construite, la valeur R d'une fenêtre peut approcher celle d'un mur bien isolé. Pourtant, à moins de dessiner les stores ou les auvents, battre le soleil défie toutes les fenêtres et provoque un gain de chaleur solaire qui peut compromettre tout budget énergétique.
Nouvelle technologie de fenêtre
Les entreprises recherchent maintenant des technologies qui permettront à un maximum de lumière visible d'entrer dans la maison tout en bloquant les rayons qui causent l'accumulation de chaleur dans la maison. Entrez dans les fenêtres commutables qui répondent avec une simple pression sur l'interrupteur pour assombrir, éclaircir ou presque complètement bloquer le soleil d'entrer dans l'espace de vie. La technologie existe déjà pour apporter du verre intimité commutable (SPG) dans les maisons, mais ces fenêtres ne bloquent pas le gain de chaleur ou la pénétration de la lumière ultraviolette (UV). Le SPG passe du blanc clair au blanc laiteux lorsqu'il est allumé, ce qui permet à la lumière d'entrer dans l'espace intérieur tandis que la vue est bloquée de l'extérieur. Marvin Windows a introduit cette technologie sur le marché résidentiel, mais a été contraint de l'abandonner en raison de problèmes de qualité.
Le prix sera de découvrir une vitre teintée commutable qui répond aux gains de lumière et de chaleur en absorbant les rayons tout en laissant pénétrer la lumière. Le seul problème est qu'une telle technologie doit surmonter un certain nombre d'obstacles avant d'être commercialisée. De nombreuses entreprises sont en concurrence pour développer une solution de fenêtre électrochrome ou chimique qui peut assombrir et éclaircir les fenêtres sur simple pression d'un interrupteur ou par capteur automatique.
Construire une meilleure fenêtre
Les principaux écueils sont triples : durabilité, stabilité thermique et fiabilité en matière de commutation. Gentex Corporation, une société de Zeeland, Michigan, connue pour ses rétroviseurs automobiles électrochromes qui s'assombrissent et s'éclaircissent automatiquement pour éliminer l'éblouissement, subit ses propres tests pour les vitres électrochromes.
« Nous avons augmenté la durabilité, des augmentations assez importantes », déclare Tom Guar, vice-président de la recherche chimique pour Gentex. Pourtant, l'objectif doit être de produire une fenêtre qui puisse tenir 20 ans. "Quand on y pense, c'est un environnement assez difficile", dit Guar à propos des contraintes qu'une fenêtre conçue pour absorber la chaleur doit endurer. « Si vous pensez que votre vitre absorbe de grandes quantités de lumière et de chaleur, elle deviendra très chaude, peut-être même fera craquer le verre », dit-il.
Ajoutez à cela la susceptibilité à la pénétration de l'eau, qui est un problème pour tous les vitrages isolants (IGU), et la pénétration de l'oxygène, et il y a beaucoup à surmonter. Marvin a eu du mal à s'assurer que le film adhère au verre et que le joint reste intact. Tout futur produit devra résoudre les mêmes problèmes.
Sage Electrochromics, de Faribault, Minn., fabricant de SageGlass, a développé une technologie de fenêtre électrochrome qui a passé avec succès les quatre niveaux de test du ministère de l'Énergie. Les revêtements électrochromes ressemblent beaucoup aux revêtements à faible émissivité en ce sens qu'ils sont constitués d'une série de couches inorganiques appliquées au verre. Une couche de stockage contient du lithium pour alimenter la transition tandis que la couche électrochrome passe du clair au teinté, puis au foncé. L'ensemble de la réaction est déclenché par un signal électronique reçu d'un interrupteur. Sage cherche maintenant à s'associer avec des fabricants de verre et de fenêtres pour créer un produit qui sera disponible pour les consommateurs pour un usage domestique.
Rendre l'efficacité des fenêtres abordable
« Je pense que leur technologie est très bonne », admet Guar. Pourtant, selon lui, la clé sera de produire une fenêtre abordable, fiable et durable. Les implications de fabrication sont énormes, dit-il. « La manipulation de grandes feuilles de verre n'est pas triviale », explique Guar. Couvrir ce verre d'un film chimique est encore plus difficile. "Ce n'est pas une chose facile à accomplir", dit Guar. Pourtant, le bon partenariat mettrait le verre à la disposition des entreprises de fenêtres qui pensent pouvoir fournir un joint fiable pour cette technologie. Le fait que Sage s'associe à Honeywell pour fournir la capacité de commutation donne un grand coup de pouce à leur produit.
Certes, il existe des technologies disponibles qui utilisent des solutions chimiques avancées pour améliorer l'efficacité énergétique. Heat Mirror, de Southwall Technologies à Palo Alto, en Californie, est un excellent produit qui a été développé pour isoler le verre des pertes et des gains de chaleur. Les fenêtres Heat Mirror ont une barrière réfléchissante isolante qui est suspendue entre les vitres. Il est spectralement sélectif et permet à la lumière visible d'entrer tout en bloquant les rayons infrarouges proches qui provoquent une accumulation de chaleur. Il fonctionne comme une troisième couche d'isolation et augmente considérablement la valeur R des murs avec des fenêtres. Mais, alors que la valeur R avec les fenêtres Heat Mirror est exceptionnelle, le coût d'isolation des fenêtres de ce calibre est très élevé. Et ils ne sont pas commutables.
La plupart des experts s'accordent à dire que la clé pour gagner la course aux fenêtres à haut rendement est le développement d'une technologie abordable qui peut être produite en série et durer toute la durée de vie d'une garantie de fenêtre standard.
Pour les consommateurs, la technologie électrochrome peut révolutionner le placement des fenêtres et la conception de la maison, permettant aux concepteurs de placer des fenêtres sur les façades orientées à l'ouest sans supporter l'incroyable fardeau qu'un soleil occidental battant sur le système de climatisation. Cela peut également signifier concevoir pour le soleil du matin glorieux que tant de maisons évitent actuellement. Mieux encore, puisque cette technologie est contrôlée par l'appareil, elle peut même être programmée pour s'assombrir ou s'éclaircir automatiquement afin que les climats intérieurs puissent être contrôlés efficacement même lorsque le propriétaire est absent.