EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS ON THE PERFORMANCE OF GRANULAR SiO₂ AEROGEL AS A TRANSPARENT INSULATION OF MASS WALLS

Résumé
En interposant un aérogel granulé dans l'espace intermédiaire des vitrages isolants il est possible d'améliorer les qualités isolantes de ces éléments de vitrage. L'application de tels éléments de vitrage sur de parois extérieures massives qui sont capables de stocker de l'énergie peut renforcer leur pouvoir isolant par des gains énergétiques complémentaires. En moyenne lors de la période de chauffage, la quantité de chaleur transmise à l'intérieur par des parois avec une isolation transparente est effectivement plus grande que les pertes de chaleur. Les effets énergétiques et thermiques d'une telle construction murale sont examinés au moyen des éléments d'essai orientés au sud. Sur une paroi en béton de 0,2 m d'épaisseur, on a monté deux feuilles de verre étant remplies d'une couche d'aerogel de 12 mm. La valeur k de cette couche isolante transparente est 1,1 W/(m²K), son degré de transmission est 0,5. La valeur k de la construction entière est 0,97 W/(m²K). Pendant la période de chauffage entre février et mai 1986, on a mesuré une température maximale de 44 °C à la surface extérieure de la paroi en béton et de 30 °C à sa surface intérieure. Pendant la période de mesure qui, avec 1712 degré-jours, correspond au climat moyen de l'Europe centrale (resp. 3761 Kd pour la période de chauffage), la valeur k effective de cette construction de paroi s'élève à -0,5 W/(m²K). Malgré ce coefficient k négatif, les pertes de chaleur dûes à la transmission ne peuvent être absolument empêchées par une telle construction de paroi. En effet il y a des périodes avec des surplus de chaleur mais aussi des périodes qui ne permettent que de simples réductions des pertes en transmission. La chaleur excédente peut néanmoins permettre d'égaliser les pertes de chaleur dûes à la ventilation. Pour éviter des gains de chaleur indésirables en été, une protection solaire doit être prévue. L'application de tels éléments aux façades des bâtiments peut contribuer à la réduction conséquence de la consommation d'énergie de chauffage.

Abstract
By inserting granulated aerogel into the intermediate space of double glazings, the thermal resistance of these glazing units could be significantly improved. When glazing elements of this type are applied to mass walls, their strong insulating effects will be further increased by additional passive solar gains. In the average of the heating period, transparent insulated walls convey more gains from the outside to the inside than heat is lost . Experimental investigations have been performed on south facing walls with a glazing unit composed of two 4 mm glass panes and a 12 mm layer of granulated aerogel sandwiched in between. This unit was mounted on a concrete wall of 0.2 m thickness. The wall construction has an overall U-value of 0.97 W/(m²K). The U-value of the glazing unit is 1.1 W/(m²K) and the transmittance 0.5. During the monitoring period from February through May 1986 the concrete wall experienced maximum exterior surface temperatures of 44 °C ; for the entire measurement period, the effective U-value of this wall construction amounts to -0,5 W/(m²K). This period is characterised by 1712 degree days (respectively 3761 Kd for the heating period) and a mean insolation of 2.1 kWh/(m²d) incident on the south facing wall which are typical values for the Central European climate. But even with negative effective U-values, transmission heat losses cannot be prevented altogether. There are periods with very high amounts of surplus heat, and there are also times that allow only for a reduction of transmission losses. The occasional periods with surplus heat may nevertheless compensate for ventilation heat losses. To avoid overheating in summer, some efficient solar protection must be provided. By using these glazing components on building envelopes the heat consumption of those buildings can be significantly reduced.