Para combatir el calor del verano, los edificios de oficinas y residenciales tienden a encender el aire acondicionado, lo que eleva las facturas de energía. De hecho, se estima que los aires acondicionados usan alrededor del 6 por ciento de toda la electricidad producida en los Estados Unidos, a un costo anualde $ 29 mil millones de dólares, un gasto que seguramente crecerá a medida que el termostato global suba
Ahora los ingenieros del MIT han desarrollado una película de rechazo de calor que se podría aplicar a las ventanas de un edificio para reflejar hasta el 70 por ciento del calor entrante del sol. La película puede permanecer altamente transparente por debajo de 32 grados Celsius, o 89 grados Fahrenheit.Por encima de esta temperatura, dicen los investigadores, la película actúa como un "sistema autónomo" para rechazar el calor. Calculan que si todas las ventanas exteriores de un edificio estuvieran cubiertas en esta película, el aire acondicionado y los costos de energía del edificio podrían caer en 10por ciento.
La película es similar a una envoltura de plástico transparente, y sus propiedades de rechazo al calor provienen de pequeñas micropartículas incrustadas en ella. Estas micropartículas están hechas de un tipo de material de cambio de fase que se encoge cuando se expone a temperaturas de 85 grados Fahrenheit o más.En sus configuraciones más compactas, las micropartículas le dan a la película normalmente transparente un aspecto más translúcido o helado.
Aplicada a las ventanas en el verano, la película podría enfriar pasivamente un edificio mientras deja entrar una buena cantidad de luz. Nicholas Fang, profesor de ingeniería mecánica en el MIT, dice que el material proporciona una alternativa económica y eficiente en energía a la existente.tecnologías de ventanas inteligentes.
"Las ventanas inteligentes en el mercado actualmente no son muy eficientes para rechazar el calor del sol o, como algunas ventanas electrocrómicas, es posible que necesiten más energía para conducirlas, por lo que estaría pagando básicamente para opacar las ventanas", dijo Fangdice: "Pensamos que podría haber espacio para nuevos materiales ópticos y recubrimientos, para proporcionar mejores opciones de ventanas inteligentes".
Fang y sus colegas, incluidos investigadores de la Universidad de Hong Kong, han publicado sus resultados en la revista julio .
"Una red de pesca en el agua"
Hace poco más de un año, Fang comenzó a colaborar con investigadores de la Universidad de Hong Kong, que estaban interesados en encontrar formas de reducir el uso de energía de los edificios en la ciudad, particularmente en los meses de verano, cuando la región se calienta notoriamenteEl uso del aire acondicionado está en su apogeo.
"Cumplir con este desafío es fundamental para un área metropolitana como Hong Kong, donde están bajo un estricto plazo para el ahorro de energía", dice Fang, refiriéndose al compromiso de Hong Kong de reducir su uso de energía en un 40 por ciento para el año 2025.
Después de algunos cálculos rápidos, los estudiantes de Fang descubrieron que una parte significativa del calor de un edificio proviene de las ventanas, en forma de luz solar.
"Resulta que por cada metro cuadrado, la luz solar atrae alrededor de 500 vatios de energía en forma de calor", dice Fang. "Eso es equivalente a unas cinco bombillas".
Fang, cuyo grupo estudia las propiedades de dispersión de la luz de materiales exóticos que cambian de fase, se preguntó si esos materiales ópticos podrían ser diseñados para ventanas, para reflejar pasivamente una porción significativa del calor entrante de un edificio.
Los investigadores buscaron en la literatura materiales "termocrómicos": materiales sensibles a la temperatura que cambian temporalmente de fase o color en respuesta al calor. Finalmente aterrizaron en un material hecho de poli N-isopropilacrilamida -2-AminoetilmetacrilatoMicropartículas de hidrocloruro. Estas micropartículas se asemejan a esferas diminutas, transparentes, con fibras de fibra y están llenas de agua. A temperaturas de 85 F o más, las esferas esencialmente exprimen toda su agua y se encogen en haces apretados de fibras que reflejan la luz de una manera diferente, volviendo el material translúcido.
"Es como una red de pesca en el agua", dice Fang. "Cada una de esas fibras que forman la red, por sí mismas, refleja una cierta cantidad de luz. Pero debido a que hay mucha agua incrustada en la red, cada fibra es más difícil dever. Pero una vez que exprimes el agua, las fibras se vuelven visibles "
En experimentos anteriores, otros grupos habían descubierto que si bien las partículas encogidas podían rechazar la luz relativamente bien, tenían menos éxito en la protección contra el calor. Fang y sus colegas se dieron cuenta de que esta limitación se reducía al tamaño de las partículas: las partículas utilizadas previamente se contrajerona un diámetro de aproximadamente 100 nanómetros, más pequeño que la longitud de onda de la luz infrarroja, lo que facilita el paso del calor.
En cambio, Fang y sus colegas expandieron la cadena molecular de cada micropartícula, de modo que cuando se redujo en respuesta al calor, el diámetro de la partícula fue de aproximadamente 500 nanómetros, lo que según Fang es "más compatible con el espectro infrarrojo de la luz solar".
Una distinción de comodidad
Los investigadores crearon una solución de las micropartículas de protección térmica, que aplicaron entre dos láminas de vidrio de 12 por 12 pulgadas para crear una ventana recubierta con película. Brillan la luz de un simulador solar en la ventana para imitar la entradaluz solar y descubrió que la película se volvió helada en respuesta al calor. Cuando midieron la irradiancia solar transmitida a través del otro lado de la ventana, los investigadores descubrieron que la película podía rechazar el 70 por ciento del calor producido por la lámpara.
El equipo también alineó una pequeña cámara calorimétrica con la película de rechazo de calor y midió la temperatura dentro de la cámara mientras brillaban la luz de un simulador solar a través de la película. Sin la película, la temperatura interna se calentó a aproximadamente 102 F - "sobre la temperatura de una fiebre alta ", señala Fang. Con la película, la cámara interior se mantuvo a una temperatura más tolerable de 93 F.
"Esa es una gran diferencia", dice Fang. "Podrías hacer una gran distinción en comodidad"
En adelante, el equipo planea realizar más pruebas de la película para ver si ajustar su fórmula y aplicarla de otras maneras podría mejorar sus propiedades de protección contra el calor.
Esta investigación fue financiada, en parte, por el Consorcio HKUST-MIT.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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