Para luchar contra el calor del verano Los edificios de oficinas y residenciales tienden a encender el aire acondicionado, enviando facturas de energía al alza. En efecto, se estima que los acondicionadores de aire usan alrededor del 6 por ciento de toda la electricidad producida en los Estados Unidos, a un costo anual de $ 29 mil millones de dólares, un gasto que seguramente aumentará a medida que suba el termostato mundial.

Ahora, los ingenieros del MIT han desarrollado una película que rechaza el calor que podría aplicarse a las ventanas de un edificio para reflejar hasta el 70 por ciento del calor entrante del sol. La película puede permanecer muy transparente por debajo de los 32 grados Celsius, o 89 grados Fahrenheit. Por encima de esta temperatura, los investigadores dicen, la película actúa como un "sistema autónomo" para rechazar el calor. Calculan que si todas las ventanas que dan al exterior de un edificio estuvieran cubiertas con esta película, Los costos de aire acondicionado y energía del edificio podrían disminuir en un 10 por ciento.

La película es similar a la envoltura de plástico transparente, y sus propiedades de rechazo de calor provienen de pequeñas micropartículas incrustadas en su interior. Estas micropartículas están hechas de un tipo de material de cambio de fase que se encoge cuando se expone a temperaturas de 85 grados Fahrenheit o más. En sus configuraciones más compactas, las micropartículas dan a la película normalmente transparente un aspecto más translúcido o helado.

Aplicado a las ventanas en verano, la película podría enfriar pasivamente un edificio sin dejar de dejar entrar una buena cantidad de luz. Nicolás Fang, profesor de ingeniería mecánica en el MIT, dice que el material proporciona una alternativa asequible y energéticamente eficiente a las tecnologías de ventanas inteligentes existentes.

"Las ventanas inteligentes en el mercado actualmente no son muy eficientes para rechazar el calor del sol, o, como unas ventanas electrocrómicas, pueden necesitar más potencia para impulsarlos, por lo que pagaría básicamente por volver opacas las ventanas, "Dice Fang." Pensamos que podría haber espacio para nuevos materiales ópticos y recubrimientos, para proporcionar mejores opciones de ventanas inteligentes ".

Fang y sus colegas, incluidos investigadores de la Universidad de Hong Kong, han publicado sus resultados en la revista Joule .

"Una red de pesca en el agua"

Hace poco más de un año Fang comenzó a colaborar con investigadores de la Universidad de Hong Kong, que estaban interesados ​​en encontrar formas de reducir el uso de energía de los edificios en la ciudad, particularmente en los meses de verano, cuando la región se calienta notoriamente y el uso del aire acondicionado está en su punto máximo.

"Hacer frente a este desafío es fundamental para un área metropolitana como Hong Kong, donde se encuentran bajo un plazo estricto para el ahorro de energía, "dice Fang, refiriéndose al compromiso de Hong Kong de reducir su uso de energía en un 40 por ciento para el año 2025.

Después de algunos cálculos rápidos, Los estudiantes de Fang descubrieron que una parte significativa del calor de un edificio proviene de las ventanas, en forma de luz solar.

"Resulta que por cada metro cuadrado, unos 500 vatios de energía en forma de calor son aportados por la luz solar a través de una ventana, "Dice Fang." Eso equivale a unas cinco bombillas ".

Colmillo, cuyo grupo estudia las propiedades de dispersión de luz de exóticos, materiales que cambian de fase, se preguntó si esos materiales ópticos podrían fabricarse para ventanas, para reflejar pasivamente una parte significativa del calor entrante de un edificio.

Los investigadores buscaron en la literatura materiales "termocrómicos":materiales sensibles a la temperatura que cambian temporalmente de fase, o color, en respuesta al calor. Finalmente aterrizaron en un material hecho de micropartículas de hidrocloruro de poli (N-isopropilacrilamida) -2-aminoetilmetacrilato. Estas micropartículas se parecen a pequeñas transparente, esferas cubiertas de fibras y están llenas de agua. A temperaturas de 85 F o más, las esferas esencialmente exprimen toda su agua y se encogen en haces apretados de fibras que reflejan la luz de una manera diferente, volviendo el material translúcido.

"Es como una red de pesca en el agua, "Dice Fang." Cada una de esas fibras que forman la red, por ellos mismos, refleja una cierta cantidad de luz. Pero debido a que hay mucha agua incrustada en la red, cada fibra es más difícil de ver. Pero una vez que exprimes el agua, las fibras se vuelven visibles ".

En experimentos anteriores, otros grupos habían descubierto que, si bien las partículas encogidas podían rechazar la luz relativamente bien, tuvieron menos éxito en protegerse contra el calor. Fang y sus colegas se dieron cuenta de que esta limitación se reducía al tamaño de las partículas:las partículas utilizadas anteriormente se reducían a un diámetro de unos 100 nanómetros, más pequeño que la longitud de onda de la luz infrarroja, lo que facilitaba el paso del calor.

En lugar de, Fang y sus colegas expandieron la cadena molecular de cada micropartícula, de modo que cuando se encogió en respuesta al calor, el diámetro de la partícula era de unos 500 nanómetros, que Fang dice que es "más compatible con el espectro infrarrojo de la luz solar".

Una distinción de comodidad

Los investigadores crearon una solución de micropartículas protectoras contra el calor, que aplicaron entre dos hojas de vidrio de 30 x 30 cm para crear una ventana revestida con película. Iluminaron la luz de un simulador solar en la ventana para imitar la luz solar entrante, y descubrió que la película se volvió helada en respuesta al calor. Cuando midieron la irradiancia solar transmitida a través del otro lado de la ventana, los investigadores encontraron que la película era capaz de rechazar el 70 por ciento del calor producido por la lámpara.

El equipo también cubrió una pequeña cámara calorimétrica con la película que rechaza el calor y midió la temperatura dentro de la cámara mientras proyectaban luz de un simulador solar a través de la película. Sin la pelicula la temperatura interior se calentó a unos 102 F - "aproximadamente la temperatura de una fiebre alta, "Fang notes. Con la película, la cámara interior se mantuvo a 93 F.

"Esa es una gran diferencia, "Dice Fang." Podrías hacer una gran distinción en la comodidad ".

Avanzando, el equipo planea realizar más pruebas de la película para ver si modificar su fórmula y aplicarla de otras formas podría mejorar sus propiedades de protección contra el calor.