Investigadores de Princeton y la UCLA han desarrollado un mecanismo pasivo para enfriar edificios en verano y calentarlos en invierno. En un artículo publicado el 27 de junio en la revista Cell Reports Physical Science, informan que al restringir los flujos de calor radiante entre los edificios y su entorno a longitudes de onda específicas, los revestimientos diseñados a partir de materiales comunes pueden lograr ahorros de energía y un confort térmico que va más allá de lo que ofrecen las envolturas tradicionales de los edificios.
“Con el aumento de las temperaturas globales, mantener edificios habitables se ha convertido en un desafío global”, afirmó el investigador Jyotirmoy Mandal, profesor asistente de Ingeniería Civil y Ambiental en Princeton. “Los edificios intercambian la mayor parte del calor con su entorno en forma de radiación, y al adaptar las propiedades ópticas de sus envolventes para explotar cómo se comporta la radiación en nuestro entorno, podemos controlar el calor en los edificios de formas nuevas e impactantes”.
El calor radiante, transportado por ondas electromagnéticas, es omnipresente: lo sentimos cuando la luz del sol calienta nuestra piel o cuando una bobina eléctrica calienta una habitación. Regular la temperatura del edificio mediante el control del calor radiante es una práctica común. La mayoría de los edificios utilizan persianas para bloquear la luz del sol, y muchos pintan techos y paredes de blanco para reflejar el sol.
“Si observamos ciudades históricas como Santorini en Grecia o Jodhpur en India, encontramos que enfriar los edificios haciendo que los techos y las paredes reflejen la luz del sol se ha practicado durante siglos”, dijo el investigador Aaswath Raman, profesor asociado de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UCLA. “En los últimos años ha habido un gran interés en revestimientos frescos para tejados que reflejen la luz solar. Pero enfriar paredes y ventanas es un desafío mucho más sutil y complejo”.
Los tejados suelen tener una vista abierta al cielo. Esto permite que los revestimientos frescos de los tejados reflejen la luz solar e irradien calor de onda larga hacia el cielo y, finalmente, al espacio. Por el contrario, las paredes y las ventanas dejan a la vista el suelo y los edificios vecinos.
Cuando hace calor, se calientan con el calor que irradian las calles calientes, las aceras y los edificios cercanos a la vista. Esto significa que, aunque las paredes y ventanas irradian calor hacia el cielo, la tierra las calienta aún más. Durante el clima frío, el ambiente terrestre se vuelve más frío, drenando el calor de paredes y ventanas.
Los investigadores se dieron cuenta de que la forma de solucionar este problema reside en la forma diferente en que el calor se mueve entre los edificios y el área a nivel del suelo y en la forma en que se mueve entre los edificios y el cielo. El calor radiante se mueve desde los edificios hacia el cielo en una porción estrecha del espectro infrarrojo conocida como ventana de transmisión atmosférica, por lo que los investigadores la llaman banda estrecha. A nivel del suelo, el calor radiante se mueve a través de todo el espectro infrarrojo y los investigadores lo llaman banda ancha.
“Al recubrir paredes y ventanas con materiales que solo irradian o absorben calor en la ventana atmosférica, podemos reducir la ganancia de calor de banda ancha desde el suelo en verano y la pérdida en invierno, manteniendo al mismo tiempo el efecto refrescante del cielo. Creemos que esta idea no tiene precedentes y va más allá de lo que pueden lograr las envolturas tradicionales de techos y paredes”, señaló Mandal.
El impacto de los hallazgos es significativo por dos razones importantes. En primer lugar, los investigadores muestran en el artículo que muchos materiales de construcción comunes y de bajo costo irradian calor en la banda estrecha y bloquean el calor de la banda ancha. Se podrían adaptar materiales como el fluoruro de polivinilo, que ya se utiliza como material de revestimiento, al igual que plásticos aún más comunes.
“Nos emocionamos mucho cuando descubrimos que materiales como el polipropileno, que obtuvimos de plásticos domésticos, irradian o absorben calor selectivamente en la ventana atmosférica”, señaló Raman. “Estos materiales rozan lo mundano, pero la misma escalabilidad que los hace comunes también significa que podríamos verlos como edificios termorreguladores en un futuro cercano”.
La segunda razón para el optimismo es que los posibles impactos energéticos a escala de construcción son sustanciales. Los investigadores observaron que el ahorro de energía estacional con su mecanismo es comparable a los beneficios de pintar de blanco los techos oscuros. Esto podría ser útil ya que el costo del aire acondicionado y las muertes relacionadas con el calor continúan aumentando en todo el mundo. Mandal y Raman planean continuar esta investigación.
“El mecanismo que propusimos es completamente pasivo, lo que lo convierte en una forma sostenible de enfriar y calentar edificios según las estaciones y generar ahorros de energía sin explotar”, señala Mandal. “De hecho, los beneficios de los mecanismos y materiales que mostramos son mayores para los edificios en el sur global. Por lo tanto, podría ser una solución más equitativa en comunidades de escasos recursos, aún más cuando ven crecientes demandas de refrigeración y mortalidades relacionadas con el calor”.
Además de Mandal y Raman, los autores incluyen a Jyothis Anand, del Laboratorio Nacional Oak Ridge; John Brewer, de la UCLA; Sagar Mandal, investigador independiente, y Arvind Ramachandran, de la Universidad Estatal de Arizona.
Fuente: Tech Xplore.
