Los ingenieros han diseñado un nuevo sistema que puede ayudar a enfriar edificios en áreas metropolitanas abarrotadas sin consumir electricidad. una innovación importante en un momento en el que las ciudades están trabajando para adaptarse al cambio climático.

El sistema consta de un material especial, una película de polímero / aluminio de bajo costo, que se instala dentro de una caja en la parte inferior de un "refugio" solar especialmente diseñado. La película ayuda a mantener fresco su entorno al absorber el calor del aire dentro de la caja y transmitir esa energía a través de la atmósfera de la Tierra al espacio exterior. El refugio tiene un doble propósito, ayudando a bloquear la luz solar entrante, mientras que también emite radiación térmica emitida desde la película hacia el cielo.

"El polímero se mantiene frío mientras disipa el calor a través de la radiación térmica, y luego puede enfriar el medio ambiente, "dice el co-primer autor Lyu Zhou, un doctorado candidato en ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Buffalo. "Esto se llama enfriamiento radiativo o pasivo, y es muy interesante porque no consume electricidad; no necesitará una batería u otra fuente de electricidad para realizar el enfriamiento ".

"Una de las innovaciones de nuestro sistema es la capacidad de dirigir deliberadamente las emisiones térmicas hacia el cielo, "dice el investigador principal Qiaoqiang Gan, Doctor., Profesor asociado de ingeniería eléctrica de la UB. "Normalmente, las emisiones térmicas viajan en todas direcciones. Hemos encontrado una manera de transmitir las emisiones en una dirección estrecha. Esto permite que el sistema sea más eficaz en entornos urbanos, donde hay edificios altos por todos lados. Usamos bajo costo, materiales disponibles comercialmente, y descubren que funcionan muy bien ".

Tomados en conjunto, el sistema de refugio y caja que diseñaron los ingenieros mide aproximadamente 18 pulgadas de alto (45,72 centímetros), 10 pulgadas de ancho y 10 pulgadas de largo (25,4 centímetros). Para enfriar un edificio sería necesario instalar numerosas unidades del sistema para cubrir un techo.

La investigación se publicará el 5 de agosto en Sostenibilidad de la naturaleza . El estudio fue una colaboración internacional entre el grupo de Gan en la UB, El grupo de Boon Ooi en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita, y el grupo de Zongfu Yu en la Universidad de Wisconsin-Madison. Junto con Zhou, los co-primeros autores son Haomin Song, Doctor., Profesor adjunto de investigación en ingeniería eléctrica de la UB, y Jianwei Liang en KAUST. El estudio fue financiado en parte por la National Science Foundation.

Un sistema que funciona durante el día y en entornos concurridos.

El nuevo sistema de enfriamiento pasivo aborda un problema importante en el campo:cómo el enfriamiento radiativo puede funcionar durante el día y en áreas urbanas abarrotadas.

"Durante la noche, el enfriamiento radiativo es fácil porque no tenemos entrada solar, por lo que las emisiones térmicas simplemente se apagan y nos damos cuenta del enfriamiento radiativo fácilmente, ", Dice Song." Pero el enfriamiento durante el día es un desafío porque el sol brilla. En esta situación, necesita encontrar estrategias para evitar que los tejados se calienten. También necesita encontrar materiales emisores que no absorban la energía solar. Nuestro sistema aborda estos desafíos ".

Cuando se coloca al aire libre durante el día, la película que emana calor y el refugio solar ayudaron a reducir la temperatura de un pequeño, espacio cerrado por un máximo de aproximadamente 6 grados Celsius (11 grados Fahrenheit). Por la noche, esa cifra se elevó a unos 11 grados Celsius (unos 20 grados Fahrenheit).

Cómo la arquitectura innovadora puede impulsar el enfriamiento radiativo

El nuevo sistema de enfriamiento radiativo incorpora una serie de características de diseño ópticamente interesantes.

Uno de los componentes centrales es la película de polímero / metal, que está hecho de una hoja de aluminio recubierta con un polímero transparente llamado polidimetilsiloxano. El aluminio refleja la luz del sol, mientras que el polímero absorbe y disipa el calor del aire circundante. Los ingenieros colocaron el material en el fondo de una caja de espuma y erigieron un "refugio" solar encima de la caja, utilizando un material que absorbe la energía solar para construir cuatro paredes inclinadas hacia afuera, junto con un cono cuadrado invertido dentro de esas paredes.

Esta arquitectura tiene un doble propósito:primero, ayuda a absorber la luz del sol. Segundo, la forma de las paredes y el cono dirigen el calor emitido por la película hacia el cielo.

"Si miras el faro de tu coche, tiene una cierta estructura que le permite dirigir la luz en una determinada dirección, "Gan dice." Seguimos este tipo de diseño. La estructura de nuestro sistema de modelado de haces aumenta nuestro acceso al cielo. La capacidad de dirigir las emisiones mejora el rendimiento del sistema en áreas concurridas ".