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 aire dentro 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 principal, Lyu Zhou, candidato a doctorado en ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. “Esto se llama enfriamiento radiante 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, profesor asociado de ingeniería eléctrica. “Normalmente, las emisiones térmicas viajan en todas las direcciones. Hemos encontrado 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 disponibles en el mercado 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, se tendrían que instalar numerosas unidades del sistema para cubrir un techo.

La investigación fue publicada el 5 de agosto en Nature Sustainability . 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 primeros autores son Haomin Song, 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.

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

“Durante la noche, el enfriamiento radiante es fácil porque no tenemos entrada solar, por lo que las emisiones térmicas simplemente se apagan y nos damos cuenta del enfriamiento radiante fácilmente”, dice Song. “Pero el enfriamiento durante el día es un desafío porque el sol está brillando. En esta situación, debe encontrar estrategias para evitar que los tejados se calienten. También necesita encontrar materiales emisivos 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 unos 11 grados centígrados (unos 20 grados Fahrenheit).

El nuevo sistema de enfriamiento radiante 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 el material en el fondo de una caja de espuma y erigieron 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. En segundo lugar, la forma de las paredes y el cono dirigen el calor emitido por la película hacia el cielo.

“Si miras los faros de tu automóvil, tiene una cierta estructura que le permite dirigir la luz en una determinada dirección”, dice Gan. “Seguimos este tipo de diseño. La estructura de nuestro sistema de conformación de haz aumenta nuestro acceso al cielo. La capacidad de dirigir las emisiones mejora el rendimiento del sistema en áreas abarrotadas ”.