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Pesquisadores de Princeton e UCLA desenvolveram um mecanismo passivo para resfriar edifícios no verão e aquecê-los no inverno.
Em artigo publicado em 27 de junho na revista Cell Reports Ciências Físicaseles relatam que, ao restringir os fluxos de calor radiante entre os edifícios e o seu ambiente a comprimentos de onda específicos, os revestimentos projetados a partir de materiais comuns podem alcançar poupanças de energia e conforto térmico que vão além do que as envolventes dos edifícios tradicionais podem alcançar.
“Com o aumento das temperaturas globais, manter edifícios habitáveis se tornou um desafio global”, disse o pesquisador Jyotirmoy Mandal, professor assistente de Engenharia Civil e Ambiental em Princeton. “Os edifícios trocam a maior parte do calor com seu ambiente como radiação e, ao adaptar as propriedades ópticas de seus envelopes para explorar como a radiação se comporta em nosso ambiente, podemos controlar o calor em edifícios de maneiras novas e impactantes.”
O calor radiante, transportado por ondas eletromagnéticas, é onipresente — nós o sentimos quando a luz do sol aquece nossa pele, ou quando uma bobina elétrica aquece um cômodo. Regular a temperatura do edifício controlando o calor radiante é uma prática comum. A maioria dos edifícios usa persianas para bloquear a luz do sol, e muitos pintam telhados e paredes de branco para refletir o sol.
“Se olharmos para cidades históricas como Santorini, na Grécia, ou Jodhpur, na Índia, descobrimos que o resfriamento de edifícios, fazendo com que telhados e paredes reflitam a luz solar, tem sido praticado há séculos”, disse o pesquisador Aaswath Raman, professor associado de Ciência e Engenharia de Materiais na UCLA. . “Nos últimos anos, tem havido um enorme interesse em revestimentos frios para telhados que refletem a luz solar. Mas resfriar paredes e janelas é um desafio muito mais sutil e complexo.”
Os telhados geralmente têm uma vista aberta para o céu. Isso permite que os revestimentos frios do telhado reflitam a luz do sol e irradiem calor de onda longa para o céu e, eventualmente, para o espaço. Paredes e janelas, por outro lado, geralmente têm o chão e os edifícios vizinhos à vista. Durante o tempo quente, eles são aquecidos pelo calor irradiado de ruas quentes, calçadas e edifícios próximos à vista. Isso significa que, mesmo que paredes e janelas irradiem calor para o céu, elas são aquecidas ainda mais pela terra. Durante o tempo frio, o ambiente terrestre fica mais frio, drenando o calor das paredes e janelas.
Os pesquisadores perceberam que a maneira de contornar esse problema está na maneira diferente como o calor se move entre os edifícios e a área no nível do solo e na maneira como ele se move entre os edifícios e o céu. O calor radiante se move dos edifícios para o céu em uma porção estreita do espectro infravermelho conhecida como janela de transmissão atmosférica, então os pesquisadores chamam isso de banda estreita. No nível do solo, o calor radiante se move por todo o espectro infravermelho, e os pesquisadores chamam isso de banda larga.
“Ao revestir paredes e janelas com materiais que apenas irradiam ou absorvem calor na janela atmosférica, podemos reduzir o ganho de calor de banda larga do solo no verão e a perda no inverno, enquanto mantemos o efeito de resfriamento do céu. Acreditamos que esta ideia é sem precedentes e vai além do que os revestimentos tradicionais de telhado e parede podem alcançar.” Mandal observou.
O impacto das descobertas é significativo por duas razões importantes. Primeiro, os pesquisadores mostram no artigo que muitos materiais de construção comuns e de baixo custo irradiam calor na banda estreita e bloqueiam o calor da banda larga. Materiais como o fluoreto de polivinila, já utilizado como material de revestimento, poderiam ser adaptados para essa finalidade, assim como os plásticos ainda mais comuns.
“Ficamos muito entusiasmados quando descobrimos que materiais como o polipropileno, que obtemos de plásticos domésticos, irradiam ou absorvem seletivamente o calor na janela atmosférica.” Raman observou. “Esses materiais beiram o mundano, mas a mesma escalabilidade que os torna comuns também significa que poderemos vê-los termorregulando edifícios em um futuro próximo.”
A segunda razão para o optimismo é que os potenciais impactos energéticos à escala do edifício são substanciais. Os pesquisadores observaram que a economia sazonal de energia com seu mecanismo é comparável aos benefícios de pintar telhados escuros de branco. Isto pode ser útil à medida que o custo do ar condicionado e as vítimas relacionadas com o calor continuam a aumentar em todo o mundo. Mandal e Raman planejam continuar esta pesquisa.
“O mecanismo que propusemos é completamente passivo, o que o torna uma forma sustentável de resfriar e aquecer edifícios de acordo com as estações e gerar economias de energia inexploradas.” Notas de Mandal. “Na verdade, os benefícios dos mecanismos e materiais que mostramos são maiores para os edifícios no sul global. Portanto, poderia ser uma solução mais equitativa em comunidades com poucos recursos, ainda mais quando vêem crescentes exigências de refrigeração e mortalidade relacionada com o calor. .”
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