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 que las ciudades están trabajando para adaptarse al cambio climático.
El sistema consta de un material especial, una película económica de polímero / aluminio, que se instala dentro de una caja en la parte inferior de un "refugio" solar especialmente diseñado. La película ayuda a mantener sus alrededores frescos al absorber el calor del airedentro de la caja y transmitiendo 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, al tiempo que irradia radiación térmica emitida desde la película hacia el cielo.
"El polímero se mantiene frío ya que disipa el calor a través de la radiación térmica, y luego puede enfriar el medio ambiente", dice el coautor Lyu Zhou, candidato a doctor en ingeniería eléctrica en la Facultad 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, PhD, profesor asociado de ingeniería eléctrica de la UB. "Normalmente, las emisiones térmicas viajan en todas las direcciones. Tenemosencontramos una manera de transmitir las emisiones en una dirección estrecha. Esto permite que el sistema sea más efectivo en entornos urbanos, donde hay edificios altos en todos los lados. Utilizamos materiales de bajo costo y disponibles comercialmente, y descubrimos que funcionan muy bien"
En conjunto, el sistema de refugio y caja diseñado por 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, numerosas unidades del sistema necesitaríaninstalarse 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, co-los primeros autores son Haomin Song, PhD, profesor asistente 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 abarrotados
El nuevo sistema de enfriamiento pasivo aborda un problema importante en el campo: cómo puede funcionar el enfriamiento radiativo 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 fácilmente del enfriamiento radiativo", dice Song. "Pero el enfriamiento durante el día es un desafío porque el sol está brillando".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 afuera durante el día, la película que emana calor y el refugio solar ayudaron a reducir la temperatura de un espacio pequeño y cerrado en un máximo de aproximadamente 6 grados Celsius 11 grados Fahrenheit. Por la noche, esa cifra aumentó a aproximadamente 11grados 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 hecha de una lámina de aluminio recubierta con un polímero transparente llamado polidimetilsiloxano. El aluminio refleja la luz solar, mientras que el polímero absorbe y disipa el calor del aire circundante. Los ingenieros colocaron elmaterial en la parte inferior de una caja de espuma y erigió un "refugio" solar encima de la caja, utilizando un material que absorbe 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 esponjar la luz solar. Segundo, la forma de las paredes y el cono de calor directo emitido por la película hacia el cielo.
"Si observa los faros de su automóvil, tiene una determinada estructura que le permite dirigir la luz en una determinada dirección", dice Gan. "Seguimos este tipo de diseño. La estructura de nuestra forma de hazEl sistema aumenta nuestro acceso al cielo. La capacidad de dirigir las emisiones mejora el rendimiento del sistema en áreas abarrotadas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Charlotte Hsu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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