Investigadores de Princeton y UCLA han desarrollado un método pasivo para enfriar edificios en verano y calentarlos en invierno.
En un artículo publicado el 27 de junio en la revista Informes Celulares Ciencias Físicasinforman que al limitar el flujo de calor entre los edificios y su entorno a longitudes de onda específicas, los revestimientos fabricados con materiales comunes pueden lograr ahorros de energía y confort térmico que las envolventes de los edificios tradicionales pueden lograr.
“Con el aumento de las temperaturas globales, mantener edificios habitables se ha convertido en un desafío global”, dijo el investigador Jyotarmoy Mandal, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Princeton. “Los edificios intercambian gran parte de su calor con su entorno en forma de radiación, y para aprovechar las propiedades ópticas de sus envolventes para comprender cómo se comporta la radiación en nuestro entorno, podemos diseñar el calor en los edificios de formas nuevas y efectivas que puedan controlarse de maneras “.
El calor radiante, causado por ondas electromagnéticas, está en todas partes: lo sentimos cuando la luz del sol calienta nuestra piel o cuando una bobina eléctrica calienta una habitación. Es una práctica común regular la temperatura de un edificio controlando el calor radiante. La mayoría de los edificios utilizan persianas para bloquear la luz del sol, y muchos techos y paredes están pintados de blanco para reflejar el sol.
“Si observamos ciudades históricas como Santorini en Grecia o Jodhpur en India, encontramos que enfriar los edificios reflejando la luz del sol en los techos y las paredes se ha practicado durante siglos”, dijo el investigador Aswath Raman, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. en la UCLA. . “En los últimos años se ha visto mucho interés en revestimientos frescos para tejados que reflejen la luz solar. Pero enfriar paredes y ventanas es un desafío mucho más sutil y complejo”.
Las terrazas suelen tener una vista abierta al cielo. Esto permite que los revestimientos frescos de los tejados reflejen la luz solar e irradien calor de onda larga hacia el cielo y, finalmente, hacia el espacio. Por otro lado, las paredes y ventanas muestran mayoritariamente el suelo y los edificios vecinos. Durante el clima cálido, se calientan con el calor de las calles, pisos y edificios cercanos calientes. Esto significa que, así como las paredes y ventanas irradian calor al cielo, también están más calientes que el suelo. Durante el tiempo frío, la atmósfera terrestre se enfría y el calor se escapa a través de paredes y ventanas.
Los investigadores descubrieron que el calor se mueve por el área de diferentes maneras entre los edificios y el suelo y la forma en que se mueve entre los edificios y el cielo. El calor radiante se transmite desde los edificios al cielo en una parte estrecha del espectro infrarrojo llamada ventana de transmisión atmosférica, por lo que los investigadores la llaman banda estrecha. En la superficie de la Tierra, el calor radiante se mueve a lo largo del espectro infrarrojo, que los investigadores llaman banda ancha.
“Creemos que al recubrir paredes y ventanas con materiales que solo emiten o absorben calor en la ventana ambiental, podemos reducir la ganancia de calor de banda ancha desde el suelo en verano y la pérdida en invierno. Creemos que podemos reducir, manteniendo al mismo tiempo el efecto de enfriamiento del cielo”. Esta idea no tiene precedentes y va más allá de lo que pueden lograr las envolturas tradicionales de techos y paredes”. Mandal señaló.
Las implicaciones de los resultados son importantes por dos razones principales. Primero, los investigadores muestran en el artículo que muchos materiales de construcción comunes y de bajo costo conducen el calor en una banda estrecha y bloquean el calor en una banda ancha. Para este fin se pueden adaptar materiales como el fluoruro de polivinilo, que ya se utiliza como material de revestimiento, al igual que los plásticos comunes.
“Nos emocionamos mucho cuando descubrimos que materiales como el polipropileno, que obtuvimos de los plásticos domésticos, emiten o absorben calor selectivamente en la ventana atmosférica”. Raman señaló. “Estos materiales están ligados a las fronteras del mundo, pero la misma escalabilidad que los hace comunes significa que podríamos verlos termorregulando edificios en un futuro cercano”.
Otro motivo para el optimismo es que los posibles impactos energéticos a escala de construcción son sustanciales. Los investigadores observaron que los ahorros de energía estacionales con su método eran comparables a los beneficios de blanquear los techos con negro. Esto puede resultar útil a medida que los costos del aire acondicionado y las muertes relacionadas con el calor continúan aumentando en todo el mundo. Mandal y Raman planean continuar esta investigación.
“El mecanismo que propusimos es completamente pasivo, lo que lo convierte en una forma sostenible de enfriar y calentar edificios según las estaciones y lograr ahorros de energía sin explotar”. Nota de mandala. “De hecho, los beneficios de los mecanismos y materiales que mostramos son mayores para los edificios en el Sur Global. Por lo tanto, puede ser una solución más equitativa en las comunidades de escasos recursos, ya que enfrentan mayores demandas de refrigeración y calor. Echemos un vistazo a los muertes relacionadas.”
