Para combater o calor do verão, edifícios residenciais e de escritórios tendem a aumentar o ar-condicionado, enviando contas de energia às alturas. De fato, estima-se que os condicionadores de ar usam cerca de 6 por cento de toda a eletricidade produzida nos Estados Unidos, a um custo anual de US $ 29 bilhões - uma despesa que certamente aumentará à medida que o termostato global sobe.

Agora, os engenheiros do MIT desenvolveram um filme de rejeição de calor que pode ser aplicado às janelas de um edifício para refletir até 70% do calor do sol. O filme é capaz de permanecer altamente transparente abaixo de 32 graus Celsius, ou 89 graus Fahrenheit. Acima desta temperatura, os pesquisadores dizem, o filme atua como um "sistema autônomo" para rejeitar o calor. Eles estimam que se todas as janelas viradas para o exterior em um edifício fossem cobertas por este filme, os custos de ar condicionado e energia do prédio podem cair 10%.

O filme é semelhante a um filme plástico transparente, e suas propriedades de rejeição de calor vêm de minúsculas micropartículas embutidas nele. Essas micropartículas são feitas de um tipo de material de mudança de fase que encolhe quando exposto a temperaturas de 85 graus Fahrenheit ou mais. Em suas configurações mais compactas, as micropartículas dão ao filme normalmente transparente uma aparência mais translúcida ou fosca.

Aplicado a janelas no verão, o filme pode resfriar passivamente um edifício enquanto ainda deixa entrar uma boa quantidade de luz. Nicholas Fang, professor de engenharia mecânica no MIT, afirma que o material oferece uma alternativa econômica e eficiente em termos de energia às tecnologias de janelas inteligentes existentes.

"As janelas inteligentes no mercado atualmente não são muito eficientes na rejeição do calor do sol, ou, como algumas janelas eletrocrômicas, eles podem precisar de mais energia para movê-los, então você estaria pagando para basicamente tornar as janelas opacas, "Fang diz." Nós pensamos que poderia haver espaço para novos materiais ópticos e revestimentos, para fornecer melhores opções de janela inteligente. "

Fang e seus colegas, incluindo pesquisadores da Universidade de Hong Kong, publicaram seus resultados na revista Joule .

"Uma rede arrastão na água"

Há pouco mais de um ano, Fang começou a colaborar com pesquisadores da Universidade de Hong Kong, que estavam ansiosos para encontrar maneiras de reduzir o uso de energia dos edifícios na cidade, particularmente nos meses de verão, quando a região fica notoriamente quente e o uso de ar-condicionado está no auge.

"Enfrentar este desafio é fundamental para uma área metropolitana como Hong Kong, onde estão sob um prazo estrito de economia de energia, "diz Fang, referindo-se ao compromisso de Hong Kong de reduzir seu uso de energia em 40% até o ano de 2025.

Depois de alguns cálculos rápidos, Os alunos de Fang descobriram que uma parte significativa do calor de um prédio vem através das janelas, na forma de luz solar.

"Acontece que para cada metro quadrado, cerca de 500 watts de energia na forma de calor são trazidos pela luz do sol através de uma janela, "Fang diz." Isso é equivalente a cerca de cinco lâmpadas. "

Fang, cujo grupo estuda as propriedades de dispersão de luz de espécies exóticas, materiais de mudança de fase, questionou se tais materiais ópticos poderiam ser feitos para janelas, para refletir passivamente uma parte significativa do calor de entrada de um edifício.

Os pesquisadores procuraram na literatura materiais "termocrômicos" - materiais sensíveis à temperatura que mudam temporariamente de fase, ou cor, em resposta ao calor. Eles finalmente pousaram em um material feito de micropartículas de cloridrato de poli (N-isopropilacrilamida) -2-aminoetilmetacrilato. Essas micropartículas parecem minúsculas, transparente, esferas com teias de fibra e são preenchidas com água. Em temperaturas de 85 F ou mais, as esferas essencialmente espremem toda a sua água e encolhem em feixes de fibras que refletem a luz de uma maneira diferente, tornando o material translúcido.

"É como uma rede arrastão na água, "Fang diz." Cada uma dessas fibras que formam a rede, por si próprios, reflete uma certa quantidade de luz. Mas porque há muita água embutida na rede arrastão, cada fibra é mais difícil de ver. Mas uma vez que você espreme a água, as fibras tornam-se visíveis. "

Em experimentos anteriores, outros grupos descobriram que, embora as partículas encolhidas pudessem rejeitar a luz relativamente bem, eles tiveram menos sucesso na proteção contra o calor. Fang e seus colegas perceberam que essa limitação se resumia ao tamanho da partícula:as partículas usadas anteriormente encolheram para um diâmetro de cerca de 100 nanômetros - menor que o comprimento de onda da luz infravermelha - facilitando a passagem do calor.

Em vez de, Fang e seus colegas expandiram a cadeia molecular de cada micropartícula, de modo que quando encolheu em resposta ao calor, o diâmetro da partícula era de cerca de 500 nanômetros, que Fang diz ser "mais compatível com o espectro infravermelho da luz solar".

Uma distinção de conforto

Os pesquisadores criaram uma solução das micropartículas de proteção térmica, que eles aplicaram entre duas folhas de vidro de 12 por 12 polegadas para criar uma janela revestida por filme. Eles direcionaram a luz de um simulador solar para a janela para imitar a luz solar que entra, e descobri que o filme ficou gelado em resposta ao calor. Quando eles mediram a irradiância solar transmitida pelo outro lado da janela, os pesquisadores descobriram que o filme foi capaz de rejeitar 70% do calor produzido pela lâmpada.

A equipe também revestiu uma pequena câmara calorimétrica com o filme de rejeição de calor e mediu a temperatura dentro da câmara conforme eles emitiam a luz de um simulador solar através do filme. Sem o filme, a temperatura interna aquecida a cerca de 102 F— "mais ou menos a temperatura de uma febre alta, "Fang observa. Com o filme, a câmara interna permaneceu em um mais tolerável 93 F.

"Essa é uma grande diferença, "Fang diz." Você poderia fazer uma grande distinção em conforto. "

Daqui para frente, a equipe planeja conduzir mais testes do filme para ver se ajustar sua fórmula e aplicá-lo de outras maneiras pode melhorar suas propriedades de proteção contra o calor.