Lorsque la plupart des gens pensent au refroidissement, ils imaginent automatiquement la climatisation (AC) ou le refroidissement de l'air d'une pièce. Mais il existe un moyen beaucoup plus efficace de refroidir les gens en utilisant les radiations de votre corps.
Pour démontrer l'effet du refroidissement par rayonnement, Forrest Meggers, professeur adjoint d'architecture et le Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, et une équipe de chercheurs ont construit un «tube froid» à Singapour l'année dernière. C'était un pavillon extérieur bordé de nouveaux panneaux radiants isolés qui contenaient des tuyaux d'eau froide à l'intérieur. Parce que votre corps échange constamment des radiations avec les objets autour de vous et que les radiations circulent des surfaces chaudes vers les surfaces froides, les participants qui ont traversé l'exposition émettent leur rayonnement vers les panneaux, comme ce qui se passerait si vous vous teniez près d'un congélateur. Les participants ont déclaré se sentir frais, malgré 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 par rayonnement, qui pourrait utiliser beaucoup moins d'énergie que de refroidir de grands volumes d'air.
Les chercheurs, en collaboration avec des universitaires de l'Université de la Colombie-Britannique, de l'Université de Berkeley, de l'ETH Zurich à Singapour et de l'Université de Pennsylvanie, ont publié leurs résultats le 18 août dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).
Dans ce Q&A, Meggers et premier auteur de l'article, le Dr Eric Teitelbaum, maintenant ingénieur senior chez AIL Research, explique pourquoi cette recherche est si pertinente non seulement dans un monde qui se réchauffe, mais aussi dans un monde contagieux, où l'équipement intérieur les espaces avec des niveaux de circulation d'air extérieurs font partie de la stratégie pour contenir la propagation du virus COVID-19.
Vos travaux récents publiés dans PNAS ont montré que les gens peuvent être maintenus au frais dans des environnements très chauds et humides sans climatisation. Quel est l'avantage de refroidir les surfaces, telles que les murs et les tables, au lieu de refroidir l'air? En quoi les résultats sont-ils pertinents pour protéger les gens des virus comme le COVID-19?
Meggers: Aujourd'hui, partout dans le monde, les gens essaient d'obtenir un débit d'air extérieur plus élevé à l'intérieur pour diluer la quantité de virus dans l'air. Avec la climatisation (AC), 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 maintenant le confort, et sans dépenser d'énormes quantités d'énergie pour refroidir et déshumidifier le flux d'air.
Teitelbaum: La façon dont les bâtiments sont construits aujourd'hui, en utilisant exclusivement la climatisation pour le refroidissement, nous ne pouvons pas augmenter la quantité d'air frais que nous livrons aux bâtiments à volonté, car le flux d'air extérieur est couplé à la quantité de climatisation que les bâtiments doivent fournir. Si vous voulez plus d'air extérieur circulant 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 recommandée pour diluer les polluants de l'air intérieur et empêcher la propagation du COVID-19. Et s'ils le peuvent, cela nécessite d'énormes quantités d'énergie.
Meggers: Dans le Cold Tube, les occupants étaient entièrement refroidis par rayonnement thermique, ce qui signifie que l'énergie était principalement utilisée pour refroidir l'eau à l'intérieur des murs, et non pour refroidir l'air. Dans la plupart des conditions estivales, nous avons pu refroidir les gens en utilisant des surfaces, tout en laissant toutes les fenêtres ouvertes. Obtenir un air extérieur à 100% ferait beaucoup pour freiner la propagation du virus, et les avantages en termes d'efficacité sont proportionnels à la quantité d'air extérieur que vous souhaitez. L'air doit être uniquement destiné à respirer et non à refroidir.
Comment cela contribue-t-il 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 entraînerait des économies d'énergie plus importantes.
Quelle est la plus grande idée fausse concernant la climatisation?
Meggers: La climatisation n'équivaut pas au refroidissement. C'est une méthode très enracinée de refroidissement des bâtiments, mais ce n'est pas la seule. De plus, vos climatiseurs de fenêtre ne font que refroidir l'air existant dans la pièce; ils n'apportent pas d'air neuf et frais dans votre chambre. Les climatiseurs sont devenus tellement normalisés et intégrés dans la vie quotidienne mais, en réalité, ce sont d'énormes machines qui nécessitent beaucoup d'énergie et ne devraient pas être traitées comme allumer un interrupteur d'éclairage. Une unité de fenêtre apparemment simple nécessite 10 à 1000 fois plus d'énergie qu'un ventilateur de plafond, et laisser le courant alternatif allumé est comparable en énergie à laisser la lumière allumée dans 100 pièces.
En termes d'urbanisme et de qualité de l'air extérieur, comment cette alternative à la climatisation apporte-t-elle un double bénéfice et contribue à atténuer l'effet d'îlot de chaleur urbain?
Meggers: La plupart de mes co-auteurs et moi-même avons voyagé en Asie du Sud-Est et avons constaté de première main la rapidité avec laquelle les unités AC ont été déployées à grande échelle. L'ajout d'une fenêtre AC ou d'unités divisées aux bâtiments se fait avec peu de réflexion sur les effets sur les températures de surface, le climat et la chaleur dans 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, fait que les trottoirs et les zones autour des bâtiments deviennent très chauds et de nombreux espaces deviennent inutilisables. Notre technologie fait exactement le contraire; il offre la possibilité de retrouver l'acceptabilité thermique dans diverses parties de la ville sans avoir à construire un immense parc. Vous pouvez installer ces panneaux de refroidissement à l'extérieur dans des environnements chauds et humides et construire des «havres de fraîcheur» où les gens peuvent se rassembler, manger et jouer.
Y a-t-il autre chose dont vous voulez parler en ce qui concerne cet article ou son contexte actuel?
Teitelbaum: Il faudra plus de huit 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 s'est concentrée 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 un grand succès académique. Sur le plan commercial, bien qu'il existe des entreprises qui fabriquent des technologies similaires, il est toujours nécessaire de continuer à démontrer et à expérimenter de nouveaux concepts pour non seulement faire avancer 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 bâtis. Dans de nombreuses régions du monde, telles que Singapour et d'autres régions tropicales qui recherchent de plus en plus des moyens de conditionner les espaces, beaucoup plus d'énergie est consacrée à la déshumidification de l'air plutôt qu'à son 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, car aucune déshumidification n'est nécessaire pour que les gens se sentent à l'aise.
La source:
Université de Princeton, École d'ingénierie
Référence du journal:
Teitelbaum, E., et coll. (2020) Refroidissement radiant assisté par membrane pour étendre les zones de confort thermique à l'échelle mondiale sans climatisation. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2001678117.