Los científicos descubren un nuevo mecanismo para enfriar los edificios ahorrando energía en un mundo más cálido
Con el aumento de las temperaturas a nivel mundial, también crece la necesidad de contar con opciones de refrigeración más sostenibles. Los investigadores de la UCLA y sus colegas han descubierto un proceso asequible y escalable para enfriar edificios en verano y calentarlos en invierno.
Dirigido por Aaswath Raman, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, el equipo de investigación publicó recientemente un estudio en Cell Reports Physical Science que detalla un nuevo método para manipular el movimiento del calor radiante a través de materiales de construcción comunes para optimizar la gestión térmica.
¿Qué es el calor radiante?
El calor radiante, que se siente cuando una superficie caliente calienta nuestros cuerpos y hogares y es transportado por ondas electromagnéticas, viaja a través de todo el espectro de banda ancha a nivel del suelo entre los edificios y sus entornos, como las calles y las estructuras vecinas. Por otro lado, el calor se mueve entre los edificios y el cielo en una porción mucho más estrecha del espectro infrarrojo, conocida como la ventana de transmisión atmosférica. La diferencia en cómo viaja el calor radiante entre los edificios y el cielo en comparación con el suelo ha presentado durante mucho tiempo un desafío para enfriar los edificios con menos superficies orientadas hacia el cielo.
Estos edificios han sido difíciles de enfriar en el verano, ya que retienen el calor del suelo y las paredes vecinas cuando la temperatura exterior es alta. Son igualmente difíciles de calentar en invierno, ya que la temperatura exterior baja y los edificios pierden calor.
"Si observamos ciudades históricas como Santorini en Grecia o Jodhpur en la India, descubrimos que enfriar los edificios haciendo que los techos y las paredes reflejen la luz solar es una práctica que se practica desde hace siglos", afirmó Raman, quien dirige el Laboratorio Raman en UCLA Samueli. "En los últimos años ha habido un interés masivo en los revestimientos de techos fríos que reflejan la luz solar. Pero enfriar paredes y ventanas es un desafío mucho más sutil y complejo".
Nuevos materiales para enfriar edificios
Sin embargo, tras el éxito demostrado de la refrigeración de los edificios mediante el uso de pintura superblanca en los tejados para reflejar la luz solar e irradiar calor hacia el cielo, los investigadores se propusieron crear un efecto de refrigeración radiativa pasiva similar recubriendo las paredes y las ventanas con materiales que pueden gestionar mejor el movimiento del calor entre los edificios y sus alrededores a nivel del suelo.
"Nos emocionó especialmente descubrir que materiales como el polipropileno, que obtenemos de plásticos domésticos, pueden irradiar o absorber selectivamente el calor en la ventana atmosférica de manera muy eficaz", dijo Raman. "Estos materiales rozan lo mundano, pero la misma escalabilidad que los hace comunes también significa que podríamos verlos termorregulando edificios en un futuro cercano".
Además de aprovechar materiales de fácil acceso y que ahorran costos, el enfoque del equipo también tiene el beneficio adicional de ahorrar energía al reducir la dependencia de acondicionadores de aire y calentadores que no solo son costosos de usar sino que también contribuyen a las emisiones de dióxido de carbono.
"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", dijo Jyotirmoy Mandal, el primer autor del estudio y ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Raman. Mandal es ahora profesor adjunto de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Princeton.
Según los investigadores, la nueva metodología puede escalarse fácilmente y tendrá un impacto especial en las comunidades de bajos ingresos con acceso limitado o nulo a sistemas de refrigeración y calefacción que han visto un aumento en las víctimas como resultado de fenómenos climáticos extremos en todo el mundo.
Raman y su equipo están explorando formas de demostrar este efecto en escalas de construcción más grandes y sus ahorros de energía en el mundo real, particularmente en comunidades vulnerables al calor en el sur de California.
Referencia
Jyotirmoy Mandal et al, Radiative cooling and thermoregulation in the earth's glow, Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102065