Los ingenieros de la Universidad de Duke han demostrado un dispositivo de enfriamiento y calefacción de modo dual para el control del clima de edificios que, si se implementa ampliamente en los EE. UU., Podría reducir el uso de energía HVAC en casi un 20 por ciento.
La invención usa una combinación de mecánica y ciencia de materiales para aprovechar o expulsar ciertas longitudes de onda de luz. Dependiendo de las condiciones, los rodillos mueven una hoja hacia adelante y hacia atrás para exponer materiales que atrapan el calor en una mitad o materiales de enfriamiento en la otra.Especialmente diseñado a nanoescala, un material absorbe la energía del sol y atrapa el calor existente, mientras que el otro refleja la luz y permite que el calor se escape a través de la atmósfera terrestre hacia el espacio.
"Creo que somos los primeros en demostrar un contacto térmico reversible, que nos permite cambiar entre los dos modos de calentamiento o enfriamiento", dijo Po-Chun Hsu, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke y líder de"Esto permite que el material sea movible sin dejar de mantener un buen contacto térmico con el edificio para que entre o deje salir el calor".
Los resultados aparecieron en línea el 30 de noviembre en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Aproximadamente el 15% del consumo de energía en los EE. UU., Y más del 30% a nivel mundial, se destina a la calefacción y refrigeración de edificios, que es responsable de aproximadamente el 10% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Sin embargo, hasta ahora, la mayoría de los enfoquesminimizar la huella de carbono solo han abordado la calefacción o la refrigeración. Eso deja a las zonas de clima templado del mundo que requieren calefacción y refrigeración durante el año, o en ocasiones en una sola 24 horas, en el frío. En el nuevo artículo, Hsuy su equipo demuestran un dispositivo que potencialmente podría mantenernos cómodos o frescos a medida que cambia el clima.
La lámina especialmente diseñada comienza con un compuesto de polímero como base que puede expandirse o contraerse al hacer pasar electricidad a través de él. Esto permite que el dispositivo mantenga contacto con el edificio para transmitir energía y al mismo tiempo poder desengancharse para que los rodillos puedan cambiarentre modos.
La parte de enfriamiento de la hoja tiene una película de plata ultrafina cubierta por una capa aún más delgada de silicona transparente, que en conjunto reflejan los rayos del sol como un espejo. Las propiedades únicas de estos materiales también convierten la energía y la emiten de rango medio.luz infrarroja, que no interactúa con los gases en la atmósfera de la Tierra y pasa fácilmente al espacio exterior.
Cuando un cambio en el clima trae la necesidad de calefacción, la carga eléctrica se libera y los rodillos tiran de la hoja a lo largo de una pista. Esto cambia la mitad reflectante y refrigerante de la hoja por la mitad que absorbe el calor.
Para calentar el edificio debajo, los ingenieros utilizaron una capa ultrafina de cobre cubierta por una capa de nanopartículas de zinc-cobre. Al hacer que las nanopartículas tengan un tamaño específico y las espacian a cierta distancia, interactúan con el cobre debajo de ellas.de una manera que atrape la luz en su superficie, permitiendo que el material absorba más del 93% del calor de la luz solar.
Hsu y su equipo ven el dispositivo como algo que podría funcionar con los sistemas HVAC existentes, en lugar de un reemplazo completo.
"En lugar de calentar y enfriar directamente el edificio, podríamos usar un panel de agua para llevar agua fría o caliente a una bomba de calor o sistema de caldera", dijo Hus. "También imagino que con ingeniería adicional, esto también podría usarseen las paredes, formando una especie de envoltura de edificio intercambiable ", dijo Hsu.
En el futuro, el equipo está trabajando en varios aspectos del diseño para avanzar de un prototipo a uno escalable para la fabricación. Entre estos, explicó Hsu, se encuentran las preocupaciones sobre el desgaste a largo plazo de las piezas móviles y los costos deLos materiales especializados. Por ejemplo, investigarán si el aluminio de menor costo puede sustituir a la plata y también están trabajando en una versión estática que puede cambiar de modo químicamente en lugar de mecánicamente.
A pesar de los muchos obstáculos, Hsu cree que esta tecnología podría ser una bendición para el ahorro de energía en el futuro. Y no está solo.
"Ya estamos trabajando con una empresa para determinar las ubicaciones ideales para implementar esta tecnología", dijo Hsu. "Y debido a que casi todas las zonas climáticas de los Estados Unidos requieren calefacción y refrigeración en algún momento del año, las ventajasde un dispositivo de modo dual como este son obvios ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Elizabeth Witherspoon. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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