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Uma imagem infravermelha térmica do Royce Hall da UCLA revela calor radiante. A fachada absorve calor (branco a vermelho claro) do solo (vermelho), enquanto parte do calor do solo/prédio irradia para o céu frio (azul). Crédito: Raman Lab/UCLA
Um método de baixo custo usa materiais de construção comuns que absorvem ou irradiam calor para regular a temperatura.
À medida que as temperaturas globais aumentam, a demanda por soluções de resfriamento sustentáveis também está aumentando. Uma equipe de pesquisadores da UCLA e seus colaboradores desenvolveram um método escalável e econômico para resfriar edifícios durante o verão e aquecê-los no inverno.
Liderado por Aaswath Raman, professor associado de ciência e engenharia de materiais na Universidade da Califórnia em Los Angeles Escola de Engenharia Samueli, a equipe de pesquisa publicou recentemente um estudo em Relatórios de Células Ciência Física detalhando um novo método para manipular o movimento do calor radiante através de materiais de construção comuns para otimizar o gerenciamento térmico.
O calor radiante, que é sentido sempre que uma superfície quente aquece nossos corpos e casas e é transportado por ondas eletromagnéticas, viaja por todo o espectro de banda larga no nível do solo entre edifícios e seus ambientes, como ruas e estruturas vizinhas. Por outro lado, o calor se move entre edifícios e o céu em uma porção muito mais estreita do espectro infravermelho, conhecida como janela de transmissão atmosférica. A diferença em como o calor radiante viaja entre edifícios e o céu em comparação com o solo há muito tempo apresenta um desafio para resfriar edifícios com menos superfícies voltadas para o céu. Esses edifícios têm sido difíceis de resfriar no verão, pois retêm o calor do solo e das paredes vizinhas quando a temperatura externa está alta. Eles são igualmente difíceis de aquecer no inverno, pois a temperatura externa cai e os edifícios perdem calor.
Contexto histórico e inovações modernas
“Se olharmos para cidades históricas como Santorini na Grécia ou Jodhpur na Índia, descobrimos que resfriar edifícios fazendo com que telhados e paredes reflitam a luz do sol é uma prática praticada há séculos”, disse Raman, que lidera o Raman Lab na UCLA Samueli. “Nos últimos anos, tem havido um interesse enorme em revestimentos de telhados frios que refletem a luz do sol. Mas resfriar paredes e janelas é um desafio muito mais sutil e complexo.”
No entanto, com o sucesso comprovado de resfriar edifícios usando tinta super branca nos telhados para refletir a luz do sol e irradiar calor para o céu, os pesquisadores se propuseram a criar um efeito de resfriamento radiativo passivo semelhante revestindo paredes e janelas com materiais que podem gerenciar melhor o movimento de calor entre edifícios e seus arredores no nível do solo. Os pesquisadores demonstraram que materiais capazes de absorver e emitir calor radiante preferencialmente dentro da janela atmosférica podem permanecer mais frios do que materiais de construção convencionais no verão e mais quentes do que poderiam durante o inverno.
“Ficamos particularmente animados quando descobrimos que materiais como polipropileno, que obtemos de plásticos domésticos, podem irradiar ou absorver calor seletivamente na janela atmosférica de forma muito eficaz”, disse Raman. “Esses materiais beiram o mundano, mas a mesma escalabilidade que os torna comuns também significa que podemos vê-los termorregulando edifícios em um futuro próximo.”
Economia de energia e impacto ambiental
Além de aproveitar materiais econômicos e de fácil acesso, a abordagem da equipe também tem o benefício adicional de economizar energia ao reduzir a dependência de condicionadores de ar e aquecedores, que não só são caros para operar, mas também contribuem para as emissões de dióxido de carbono.
“O mecanismo que propusemos é completamente passivo, o que o torna uma forma sustentável de resfriar e aquecer edifícios com as estações e gerar economias de energia inexploradas”, disse Jyotirmoy Mandal, o primeiro autor do estudo e ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Raman. Mandal é agora professor assistente de engenharia civil e ambiental na Universidade de Princeton.
De acordo com os pesquisadores, a nova metodologia pode ser facilmente ampliada e terá um impacto especial em comunidades de baixa renda com acesso limitado ou inexistente a sistemas de aquecimento e resfriamento, que têm registrado um número cada vez maior de vítimas resultantes de eventos climáticos extremos em todo o mundo.
Raman e sua equipe estão explorando maneiras de demonstrar esse efeito em escalas de construção maiores e sua economia de energia no mundo real, particularmente em comunidades vulneráveis ao calor no sul da Califórnia.
Referência: “Resfriamento radiativo e termorregulação no brilho da Terra” por Jyotirmoy Mandal, Jyothis Anand, Sagar Mandal, John Brewer, Arvind Ramachandran e Aaswath P. Raman, 27 de junho de 2024, Relatórios de células Ciência física.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102065
O estudo foi financiado em parte por uma bolsa Schmidt Science, o Rhodes Trust, a Alfred P. Sloan Foundation e a National Science Foundation. Outros autores do artigo são John Brewer — um recém-formado em Ph.D. do laboratório de Raman, Jyothis Anand do Oak Ridge National Lab, Arvind Ramachandran da Arizona State University e o pesquisador independente Sagar Mandal.