Investigadores de Princeton y UCLA han desarrollado un mecanismo pasivo para enfriar edificios en verano y calentarlos en invierno. Este avance, publicado el 27 de junio en la revista Cell Reports Physical Science, detalla cómo recubrimientos fabricados con materiales comunes pueden restringir los flujos de calor radiantes entre los edificios y su entorno a longitudes de onda específicas, logrando así ahorros energéticos y confort térmico más allá de lo que los métodos tradicionales pueden ofrecer.
Nuevos Plásticos para el Enfriamiento y Calentamiento Pasivo de Edificios
Con el aumento de las temperaturas globales, mantener edificios habitables se ha convertido en un desafío global. Los edificios intercambian la mayoría de su calor con el entorno como radiación. Al adaptar las propiedades ópticas de sus envolventes para explotar cómo se comporta la radiación en nuestro entorno, podemos controlar el calor en los edificios de maneras nuevas e impactantes.
Jyotirmoy Mandal, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Princeton.
El calor radiante, transportado por ondas electromagnéticas, es omnipresente. Lo sentimos cuando la luz solar calienta nuestra piel o cuando una resistencia eléctrica calienta una habitación. Regular la temperatura de los edificios controlando el calor radiante es una práctica común. La mayoría de los edificios utilizan persianas para bloquear la luz solar, y muchos propietarios pintan techos y paredes de blanco para reflejar el sol.
Lecciones del pasado y nuevos retos
Si observamos ciudades históricas como Santorini en Grecia o Jodhpur en India, encontramos que enfriar edificios haciendo que techos y paredes reflejen la luz solar ha sido una práctica durante siglos. En los últimos años, ha habido un gran interés en los recubrimientos de techos fríos que reflejan la luz solar. Pero enfriar paredes y ventanas es un desafío mucho más sutil y complejo.
Aaswath Raman, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UCLA.
Los techos generalmente tienen una vista abierta del cielo, permitiendo que los recubrimientos reflejen la luz solar y radiar el calor de onda larga hacia el cielo y eventualmente al espacio. Las paredes y ventanas, por otro lado, suelen estar rodeadas de suelo y edificios vecinos, siendo calentadas por las calles y pavimentos calientes. Esto significa que, aunque las paredes y ventanas radien calor al cielo, también son calentadas por la tierra. Durante el clima frío, el entorno terrestre se enfría, drenando calor de las paredes y ventanas.
Innovaciones en el control del calor radiante
Los investigadores encontraron que el problema se resuelve aprovechando las diferentes formas en que el calor se mueve entre los edificios y el nivel del suelo, y entre los edificios y el cielo. El calor radiante se mueve desde los edificios al cielo en una porción estrecha del espectro infrarrojo conocida como la ventana de transmisión atmosférica, o banda estrecha. Al nivel del suelo, el calor radiante se mueve a través de todo el espectro infrarrojo, o banda ancha.
Al recubrir paredes y ventanas con materiales que solo radian o absorben calor en la ventana atmosférica, podemos reducir la ganancia de calor de banda ancha desde el suelo en verano y la pérdida en invierno, mientras mantenemos el efecto de enfriamiento del cielo. Creemos que esta idea es sin precedentes y supera lo que pueden lograr los recubrimientos tradicionales de techos y paredes.
Jyotirmoy Mandal
Impacto y potencial futuro
Los investigadores destacan dos razones importantes para el impacto de sus hallazgos. Primero, muestran que muchos materiales de construcción comunes y de bajo costo radian calor en la banda estrecha y bloquean el calor de banda ancha. Materiales como el fluoruro de polivinilo, ya utilizado como revestimiento, podrían adaptarse para este propósito, así como plásticos aún más comunes.
Nos emocionamos mucho al descubrir que materiales como el polipropileno, que obtuvimos de plásticos domésticos, selectivamente radian o absorben calor en la ventana atmosférica. Estos materiales son mundanos, pero la misma escalabilidad que los hace comunes también significa que podríamos verlos termorregulando edificios en un futuro cercano.
Jyotirmoy Mandal
La segunda razón para el optimismo es que los impactos energéticos potenciales a escala de edificios son sustanciales. Los investigadores señalan que los ahorros energéticos estacionales con su mecanismo son comparables a los beneficios de pintar techos oscuros de blanco. Esto podría ser útil ya que el costo del aire acondicionado y las muertes relacionadas con el calor continúan aumentando en todo el mundo. Mandal y Raman planean continuar investigando este campo.
El mecanismo que proponemos es completamente pasivo, lo que lo convierte en una forma sostenible de enfriar y calentar edificios con las estaciones y obtener ahorros energéticos no explotados. De hecho, los beneficios de los mecanismos y materiales que mostramos son mayores para los edificios en el sur global. Por lo tanto, podría ser una solución más equitativa en comunidades con pocos recursos, especialmente a medida que aumentan las demandas de refrigeración y las mortalidades relacionadas con el calor.
Jyotirmoy Mandal
Vía princeton.edu
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