A medida que aumentan las temperaturas globales, también aumenta la necesidad de opciones de refrigeración más sostenibles. Los investigadores de la UCLA y sus colegas han encontrado ahora un proceso rentable y escalable para enfriar edificios en verano y calentarlos en invierno.
Dirigido por Aswath Raman, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, el equipo de investigación publicó recientemente un estudio. Informes Celulares Ciencias Físicas Detalla un nuevo enfoque para gestionar el movimiento del calor radiante a través de materiales de construcción comunes para optimizar la gestión térmica.
El calor radiante, que se siente cada vez que una superficie caliente calienta nuestros cuerpos y hogares y es transportado por ondas electromagnéticas, viaja a través de todo el espectro de banda ancha a nivel del suelo entre los edificios y sus alrededores, como carreteras y estructuras vecinas. Por otro lado, el calor se mueve entre los edificios y el cielo en una parte mucho más estrecha del espectro infrarrojo conocida como ventana de transmisión atmosférica. La diferencia en cómo viaja el calor radiante entre los edificios y el cielo versus el suelo presenta un desafío para enfriar edificios con menos superficies hacia el cielo. Estos edificios eran difíciles de enfriar en verano porque retenían el calor del suelo y de las paredes vecinas cuando las temperaturas exteriores eran altas. Calentarlos en invierno es igualmente difícil, ya que la temperatura exterior desciende y los edificios pierden calor.
“Si observamos ciudades históricas como Santorini en Grecia o Jodhpur en India, vemos que durante siglos se ha practicado enfriar los edificios mediante la creación de techos y paredes que reflejan la luz del sol”, dijo Raman, quien dirige el Laboratorio Raman en UCLA Samueli. “En los últimos años ha habido un gran interés en enfriar los revestimientos de tejados que reflejan la luz solar. Pero enfriar paredes y ventanas es un desafío más delicado y complejo”.
Sin embargo, con el éxito comprobado de enfriar edificios usando pintura súper blanca en los techos para reflejar la luz solar e irradiar calor al cielo, los investigadores comenzaron a crear un efecto de enfriamiento radiativo pasivo similar cubriendo paredes y ventanas con materiales que pudieran conducir mejor el calor. Movimiento de calor entre los edificios y su entorno a nivel del suelo. Los investigadores han demostrado que los materiales capaces de absorber y emitir calor radiante en ventanas atmosféricas pueden permanecer más fríos que los materiales de construcción convencionales en verano y más cálidos que ellos en invierno.
“Nos entusiasmamos especialmente cuando descubrimos que materiales como el polipropileno, que extrajimos de los plásticos domésticos, podían irradiar o absorber calor selectivamente de manera muy efectiva en ventanas atmosféricas”, dijo Raman. “Estos materiales rozan lo mundano, pero la misma escalabilidad que los hace comunes significa que veremos edificios controlando el calor en un futuro cercano”.
Además de utilizar materiales de fácil acceso que ahorran costos, el enfoque del equipo tiene el beneficio adicional de ahorrar energía al reducir la dependencia de aires acondicionados y calentadores que no solo son costosos de operar sino que también contribuyen a las emisiones de dióxido de carbono.
“El proceso que propusimos es completamente pasivo, lo que lo convierte en una forma sostenible de enfriar y calentar edificios según las estaciones y almacenar la energía no utilizada”, dijo Jyotirmoy Mondal, primer autor del estudio y ex becario postdoctoral en el laboratorio de Raman. Mondal es ahora profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Princeton.
Según los investigadores, el nuevo enfoque podría ampliarse fácilmente y afectaría particularmente a las comunidades de bajos ingresos con acceso limitado o nulo a sistemas de refrigeración y calefacción que han sufrido un aumento de víctimas debido a fenómenos meteorológicos extremos en todo el mundo.
Raman y su equipo están explorando formas de demostrar este efecto en edificios a mayor escala y su ahorro de energía en el mundo real, particularmente en comunidades que conservan el calor en el sur de California.
El estudio fue apoyado por una beca científica Schmidt, Rhodes Trust, Alfred P. La financiación fue proporcionada por la Fundación Sloan y la Fundación Nacional de Ciencias. Otros autores del artículo son John Brewer, un doctorado reciente del laboratorio de Raman, Jyotis Anand del Laboratorio Nacional Oak Ridge, Arvind Ramachandran de la Universidad Estatal de Arizona y el investigador independiente Sagar Mandal.