Enfriamiento sostenible de edificios para el ahorro energético y reducción de Huella de Carbono

«Científicos e investigadores de varias universidades alrededor del mundo han creado herramientas para enfriar edificios, teniendo un coste energético cero y son un gran avance en los esfuerzos por reducir la huella de carbono de las ciudades.»

Por: Renzo Yahuana1
1Universidad Científica del Sur

 

Marzo 5, 2021
Modelo de enfriamiento radiativo para edificios y casas. Foto: Antonio Nieto, Mundo HVAC & R

ENFRIAMIENTO RADIATIVO

El invento que podría dejar obsoleto al aire acondicionado fue creado por primera vez por un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, en 2014, liderados por el ingeniero eléctrico Shanhui Fan. Pudieron crear un recubrimiento que irradia el calor de los edificios y lo manda directamente al espacio, reflejando el 97% de la luz solar y rebaja la temperatura 5 °C por debajo de la ambiental. Este recubrimiento está hecho de capas de dióxido de silicio y dióxido de hafnio, lo que hace que este material sea 50 veces más ligero que el papel [1].

Los investigadores de Stanford lo llaman “enfriador radiativo fotónico” y puede ser aplicado en techos de las casas e incluso reducir el consumo del aire acondicionado. Según el ingeniero Fan, el material produce el efecto de enfriamiento durante el día, ya que tiene un efecto extremadamente reflectivo que no permite absorber la radiación solar, llevándola hacia el espacio y disminuyendo la temperatura del ambiente al interior del edificio o la casa [2].

Este método se está volviendo una de las soluciones más económicas para la disminución de la temperatura en construcciones, ya que, según el investigador Raman, el enfriamiento radiativo fotónico hace que el enfriamiento sin electricidad pueda ser una posibilidad para las regiones rurales, además de que podría tener una alta demanda compitiendo con el consumo del aire acondicionado de las áreas urbanas [2]. Esto ayudaría a resolver varios problemas de la tierra respecto al calentamiento global; “cada objeto que produce calor tiene que descargar este calor a un tanque y lo que hemos hecho es crear una manera que nos permita usar el frío del universo como un tanque de calor durante el día” [2].

Existen otras investigaciones y proyectos que utilizan el enfriamiento radiativo, como es el caso de los investigadores de la Universidad de Colorado. Allí, un grupo de científicos desarrollaron una lámina translúcida y flexible con incrustaciones de micro esferas dieléctricas, creando un material que rebaja la temperatura hasta en 10 °C [1]. Estas micro esferas hacen que el metamaterial sea completamente transparente al estar expuesto a la luz solar; es decir, rebota la radiación solar para mejorar la disipación de calor. Además, cuando está reforzado con una capa de plata, el metamaterial tiene una capacidad de enfriamiento radiativo mucho más efectivo y duradero cuando está expuesto directamente al sol [3]. El uso de este metamaterial tiene un coste energético cero, demostrando su rendimiento y viabilidad.

Otro proyecto, realizado por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah y la Universidad de Wisconsin-Madison, desarrollaron una película de polímero-aluminio que permite absorber el calor del aire para retenerlo en el interior del mecanismo y transmitir la energía refrigerante [4]. “Al realizar pruebas en diferentes condiciones ambientales, se demostraron reducciones de temperatura de 9.5 °C  en el laboratorio y de 11.0 °C en un ambiente exterior, con una potencia de enfriamiento promedio de 120 W m-2 para el emisor térmico de película fina” [5]. Este mecanismo tendría un impacto significativo en el consumo energético global, ya que, en un experimento al aire libre en New York, se mantuvo un enfriamiento constante de 2-9 °C durante todo un día claro y soleado, sin uso de energía de ningún tipo.

Recubrimiento diseñado por los investigadores de Stanford. Foto: Universidad de Stanford.

PINTURA EXTRA-BLANCA

En Indiana, investigadores de la escuela de mecánica de la Universidad de Purdue crearon una pintura acrílica con relleno de carbonato cálcico, capaz de reflejar el 95.5% de la luz solar y rebaja la temperatura en casi 2 °C [1]. Según los científicos, esta pintura y sistema ofrece beneficios a bajo coste y compatibilidad con los procesos comerciales de fabricación de pinturas [6]. “Nuestra pintura muestra una alta reflectancia solar del 95,5% y una emisividad normal alta de 0,94 en la ventana del cielo; las pruebas de campo muestran una potencia de refrigeración superior a 37 W / m 2 y una temperatura superficial de 1,7 ° C por debajo de la temperatura ambiente al mediodía” [6].

El líder del grupo, el investigador Xiulin Ruan, sostiene que la pintura que han diseñado podría ser una herramienta crucial para la lucha contra el calentamiento global al enfriar las construcciones de manera eficiente y sin emitir huella de carbono [7]. En las pruebas al aire libre que hicieron, pudieron demostrar el enfriamiento a medio día de 1.6 °C por debajo de la temperatura ambiental; sin embargo, por la noche, descubrieron que la fachada pintada estaba a 10 °C más fría que el entorno, logrando un enfriamiento radiativo durante prácticamente 24 horas [6].

Todo el equipo de investigación es optimista respecto a su uso en el futuro, ya que aún se siguen haciendo estudios para demostrar su viabilidad; sin embargo, las personas no desearían pintar sus casas sólo de blanco, sino también de otros colores. Por ello, no descartan la adición de sus componentes al resto de las pinturas comerciales, permitiendo una distribución y consistencia combinable, reduciendo costos de producción e integración a dichos procesos [7].

Experimento y pruebas de pintura. Foto: ScienceDirect (CC BY-NC-ND 4.0).

Definitivamente, con soluciones innovadoras, estos inventos han sido un gran aporte para el combate contra el cambio climático, ya que tienen un costo energético cero y, lo más importante, sin aumentar la huella de carbono de las familias. Estas investigaciones aportan al desarrollo sostenible especialmente de las grandes ciudades, en donde se utiliza indiscriminadamente el aire acondicionado, aún más en verano. Estas investigaciones consideran las metas de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, aportando a cada uno de ellos para así cumplir con la Agenda 2030. Existe aún un impedimento para la utilización de estas herramientas, que es la implementación de cada una de ellas dependiendo del clima de las ciudades y regiones, por lo que es necesario que sigan realizando los estudios para encontrar el equilibrio óptimo. Por último, existe el gran reto de estos investigadores de enfrentarse al aire acondicionado para que las personas hagan la transición a las alternativas más sostenibles, lo que se puede lograr si colocamos limitaciones de emisión de carbono estrictas y regulaciones al consumo energético.

REFERENCIAS

[1]. Yanes J. Repintar los edificios para enfriar de manera más sostenible [Internet]. BBVA OpenMind. 2020 [citado 6 enero 2021]. Disponible en: https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/investigacion/repintar-los-edificios-enfriar-manera-mas-sostenible/

[2]. Leopold T. Este invento podría dejar obsoleto el aire acondicionado [Internet]. CNN. 2014 [citado 6 enero 2021]. Disponible en: https://cnnespanol.cnn.com/2014/12/04/ingenieros-crean-un-material-enfriador-que-haria-obsoleto-el-aire-acondicionado/

[3]. Zhai Y, Ma Y, David S, Zhao D, Lou R, Tan G, Yang R, Yin X. Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling. Science [Internet]. 2017 [citado 7 enero 2021];355(6329):1062–1066. Disponible en: https://science.sciencemag.org/content/355/6329/1062

[4]. Gomariz A. La tecnología solar es la solución para el enfriamiento sostenible de los edificios [Internet]. Blogthinkbig. 2019 [citado 6 enero 2021]. Disponible en: https://blogthinkbig.com/solar-enfriamiento-edificios

[5]. Zhou, L., Song, H., Liang, J. y col. Una estructura de metal recubierta de polidimetilsiloxano para enfriamiento radiativo durante todo el día. Nat Sustain [Internet]. 2019 [citado 7 enero 2021]; 2:718–724. Disponible en: https://doi.org/10.1038/s41893-019-0348-5

[6]. Li X, Peoples J, Huang Z, Zhao Z, Qiu J, Ruan X. Full Daytime Sub-ambient Radiative Cooling in Commercial-like Paints with High Figure of Merit. Cell Reports Physical Science [Internet]. 2020 [citado 8 enero 2021];1(10):100221. Disponible en: https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30236-8#%20

[7]. Sienra R. Investigadores crean una pintura “ultrablanca” que refleja la luz y enfría los edificios [Internet]. My Modern Met. 2020 [citado 8 enero 2021]. Disponible en: https://mymodernmet.com/es/pintura-ultra-blanca/

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