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NO FUTURO, ESSA TECNOLOGIA SEM ELETRICIDADE PODERIA AJUDAR A RESFRIAR EDIFíCIOS EM áREAS METROPOLITANAS

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 à mudança climática.

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

“O polímero permanece frio, uma vez que dissipa o calor através da radiação térmica e pode, então, esfriar o ambiente”, diz o co-primeiro autor Lyu Zhou, Ph.D. candidato em engenharia elétrica na Universidade de Buffalo School of Engineering e Ciências Aplicadas. “Isso é chamado de resfriamento passivo ou radiativo , e é muito interessante porque não consome eletricidade – não vai precisar de uma bateria ou outra fonte de eletricidade para realizar o resfriamento”.

“Uma das inovações do nosso sistema é a capacidade de propositadamente direcionar 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 transmitir as emissões em uma direção estreita. Isso permite que o sistema seja mais eficiente em ambientes urbanos, onde há prédios altos em todos os lados. Usamos soluções de baixo custo, materiais comercialmente disponíveis, e achamos que funcionam muito bem “.

Juntos, o sistema de abrigos e caixas 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 foi publicada em 5 de agosto na Nature Sustainability. O estudo foi uma colaboração internacional entre o grupo de Gan na UB, o grupo de Boon Ooi na Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST) na Arábia Saudita, e o grupo de Zongfu Yu na Universidade de Wisconsin-Madison. Juntamente com Zhou, 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.

O novo sistema de refrigeração passiva aborda um problema importante no campo: Como o resfriamento por radiação pode funcionar durante o dia e em áreas urbanas lotadas.

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

Quando colocado fora durante o dia, o filme que emana calor e o abrigo solar ajudaram a reduzir a temperatura de um espaço pequeno e fechado em 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)

O novo sistema de refrigeração por radiação incorpora vários recursos de design opticamente interessantes.

Um dos componentes centrais é o filme polímero / metal, que é feito de uma folha de alumínio revestida com um polímero claro chamado polidimetilsiloxano. O alumínio reflete a luz solar, 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 sobre a caixa, usando um material absorvente de energia solar para construir quatro paredes de sustentação, junto com um cone quadrado invertido dentro daquelas paredes.

Essa arquitetura serve a um duplo propósito: primeiro, ajuda a limpar a luz do sol. Em segundo lugar, a forma das paredes e do cone de calor direto emitido pelo filme em direção ao céu.

“Se você olhar para o farol do seu carro, ele tem uma certa estrutura que permite direcionar a luz em uma determinada direção”, diz Gan. “Seguimos esse tipo de projeto. A estrutura do nosso sistema de modelagem de feixe aumenta nosso acesso ao céu. A capacidade de direcionar as emissões melhora o desempenho do sistema em áreas populosas.”