Os engenheiros projetaram um novo sistema que pode ajudar a resfriar edifícios em áreas metropolitanas lotadas sem consumir eletricidade, uma inovação importante em um momento em que as cidades estão trabalhando para se adaptar às mudanças climáticas.

O sistema consiste em um material especial - um polímero / filme de alumínio barato - que é instalado dentro de uma caixa na parte inferior de um "abrigo" solar especialmente projetado. O filme ajuda a manter o ambiente ao seu redor resfriado, absorvendo o calor do ar dentro da caixa e transmitindo essa energia através da atmosfera da Terra para o espaço sideral. O abrigo serve a um propósito duplo, ajudando a bloquear a entrada da luz solar, enquanto também irradia radiação térmica emitida pelo filme para o céu.

"O polímero permanece frio enquanto dissipa o calor por meio da radiação térmica, e pode então resfriar o ambiente, "diz o co-primeiro autor Lyu Zhou, um Ph.D. candidato em engenharia elétrica na University at Buffalo School of Engineering and Applied Sciences. "Isso é chamado de resfriamento radiativo ou passivo, e é muito interessante porque não consome eletricidade - não vai precisar de bateria ou outra fonte de eletricidade para realizar o resfriamento. "

"Uma das inovações do nosso sistema é a capacidade de direcionar propositalmente as emissões térmicas para o céu, "diz o pesquisador-chefe Qiaoqiang Gan, Ph.D., Professor associado de engenharia elétrica da UB. "Normalmente, as emissões térmicas viajam em todas as direções. Encontramos uma maneira de direcionar as emissões em uma direção estreita. Isso permite que o sistema seja mais eficaz em ambientes urbanos, onde existem edifícios altos em todos os lados. Usamos baixo custo, materiais disponíveis comercialmente, e descobrir que eles têm um desempenho muito bom. "

Tomados em conjunto, o sistema de abrigo e caixa que os engenheiros projetaram mede cerca de 18 polegadas de altura (45,72 centímetros), 10 polegadas de largura e 10 polegadas de comprimento (25,4 centímetros). Para resfriar um prédio, várias unidades do sistema precisariam ser instaladas para cobrir um telhado.

A pesquisa será publicada em 5 de agosto em Sustentabilidade da Natureza . O estudo foi uma colaboração internacional entre o grupo de Gan na UB, O grupo de Boon Ooi na Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST) na Arábia Saudita, e o grupo de Zongfu Yu na Universidade de Wisconsin-Madison. Junto com Zhou, os co-primeiros autores são Haomin Song, Ph.D., Professor assistente de pesquisa em engenharia elétrica da UB, e Jianwei Liang na KAUST. O estudo foi financiado em parte pela National Science Foundation.

Um sistema que funciona durante o dia e em ambientes lotados

O novo sistema de resfriamento passivo aborda um problema importante no campo:como o resfriamento radiativo pode funcionar durante o dia e em áreas urbanas lotadas.

"Durante a noite, o resfriamento radiativo é fácil porque não temos entrada solar, então as emissões térmicas simplesmente desaparecem e percebemos o resfriamento radiativo facilmente, "Song diz." Mas o resfriamento diurno é um desafio porque o sol está brilhando. Nesta situação, você precisa encontrar estratégias para evitar o aquecimento dos telhados. Você também precisa encontrar materiais emissivos que não absorvem a energia solar. Nosso sistema enfrenta esses desafios. "

Quando colocado do lado de fora durante o dia, o filme de emanação de calor e o abrigo solar ajudaram a reduzir a temperatura de um pequeno, espaço fechado por um máximo de cerca de 6 graus Celsius (11 graus Fahrenheit). À noite, esse número subiu para cerca de 11 graus Celsius (cerca de 20 graus Fahrenheit).

Como a arquitetura inovadora pode impulsionar o resfriamento radiativo

O novo sistema de resfriamento radiativo incorpora uma série de recursos de design opticamente interessantes.

Um dos componentes centrais é o polímero / filme de metal, que é feito de uma folha de alumínio revestida com um polímero transparente chamado polidimetilsiloxano. O alumínio reflete a luz do sol, enquanto o polímero absorve e dissipa o calor do ar circundante. Os engenheiros colocaram o material no fundo de uma caixa de espuma e ergueram um "abrigo" solar em cima da caixa, usando um material absorvente de energia solar para construir quatro paredes inclinadas para fora, junto com um cone quadrado invertido dentro dessas paredes.

Esta arquitetura tem um duplo propósito:primeiro, ajuda a absorver a luz do sol. Segundo, o formato das paredes e do cone direcionam o calor emitido pelo filme para o céu.

"Se você olhar para o farol do seu carro, tem uma certa estrutura que lhe permite dirigir a luz em uma certa direção, "Diz Gan." Nós seguimos esse tipo de design. A estrutura de nosso sistema de modelagem de feixe aumenta nosso acesso ao céu. A capacidade de direcionar as emissões melhora o desempenho do sistema em áreas lotadas. "