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Un material que arroja calor al espacio pronto podría reinventar el aire acondicionado
templo de james
Eli Goldstein, un cofundador de cara fresca de SkyCool Systems, abrió la puerta del garaje en el lado del estrecho espacio de trabajo de la empresa derivada de Stanford en Burlingame, California, y rodó un juego de paneles cuadrados plateados hacia el estacionamiento.
Estaban inclinados hacia el sol, cubiertos con lo que parecía papel de aluminio perfectamente sin arrugas y unidos a un marco de metal que sostenía una serie de tuberías, tubos y termómetros.
Las temperaturas alcanzaron los 104 ˚F en la península de San Francisco ese día, el comienzo de una rara y abrasadora ola de calor en el Área de la Bahía. Ponerse frente a los paneles se sentía como pasar junto a un horno abierto.
Que es precisamente el punto. Los paneles de SkyCool son esencialmente espejos de alta tecnología, diseñados para enfriar edificios de manera mucho más eficiente que los sistemas de aire acondicionado tradicionales al explotar una extraña peculiaridad de la óptica que permite que una banda estrecha de radiación escape al espacio (consulte El cielo puede contener el secreto de la eficiencia). Aire acondicionado ). Dependiendo de la aplicación y las condiciones climáticas, la tecnología podría reducir la energía utilizada para enfriar las estructuras entre un 10 y un 70 por ciento, reduciendo una de las mayores demandas individuales de la red de EE. UU. y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero en consecuencia.
Comprender cómo funciona requiere un poco de experiencia. Todos los objetos emiten calor en forma de radiación infrarroja, una forma invisible de luz justo a la derecha del rojo en el espectro. El objetivo de las chaquetas, los mitones y las bufandas es retener la mayor cantidad posible de ese calor radiante, manteniéndonos calientes en los días de invierno. La atmósfera misma, principalmente en forma de moléculas de agua, también irradia una parte del calor.
Pero una astilla de emisiones en el rango infrarrojo medio (con longitudes de onda entre ocho y 13 micrómetros, para aquellos que llevan la cuenta) se desliza, escapando a través de lo que se ha descrito como un ventana al espacio . Los materiales que emiten radiación en ese rango la arrojan literalmente a las frías extensiones del espacio, o al menos a la fría atmósfera superior, lo que permite que las superficies mismas caigan por debajo de la temperatura del aire circundante. Este fenómeno natural es lo que hace que se forme escarcha en las superficies bajo el cielo abierto de la noche, como las ventanas de los automóviles y las briznas de hierba, incluso cuando las temperaturas no alcanzan el punto de congelación.
Un desafío crítico para aprovechar este mecanismo de manera útil ha sido que durante el día, el calor del sol generalmente compensa cualquier efecto de enfriamiento. Pero en una investigación publicada por primera vez en Naturaleza A fines de 2014, los científicos detrás de SkyCool Systems solucionaron ese problema al desarrollar un material avanzado sintonizado para irradiar luz infrarroja en el rango que se desliza a través de la atmósfera mientras también refleja el 97 por ciento de la luz solar. Colocado en un techo bajo la luz directa del sol, el material se mantuvo 4,9 ˚C por debajo de la temperatura del aire ambiente, un potencia de enfriamiento de 40,1 vatios por metro cuadrado.
Tres de los investigadores involucrados en este trabajo cofundaron Sistemas SkyCool la primavera pasada en un esfuerzo por comercializar la tecnología. Goldstein es el director de tecnología de la startup; Aaswath Raman, autor principal del artículo original y uno de Revisión de tecnología del MIT 's 35 Innovators Under 35 en 2015, se desempeña como director ejecutivo; y Abanico Shanhui , profesor de ingeniería eléctrica de Stanford, actúa como asesor.
Los paneles de enfriamiento radiativo pasivo de SkyCool se están evaluando en una prueba de campo en Davis, California.
La semana pasada, los investigadores publicaron un seguimiento papel en Energía de la naturaleza , lo que demuestra que una versión ampliada de la tecnología se puede utilizar para enfriar el agua que fluye. Al instalar paneles con delgadas tuberías de agua que corrían directamente debajo de ellos, los investigadores redujeron la temperatura del agua en 5 ˚C durante tres días de prueba. El resultado sugiere que la tecnología se puede incorporar a los mecanismos de enfriamiento existentes al reemplazar o aumentar el componente del condensador utilizado en el aire acondicionado y la refrigeración convencionales. A través del modelado, los investigadores demostraron que la integración de la tecnología en un edificio de oficinas de dos pisos en Las Vegas reduciría la demanda de electricidad para refrigeración en un 21 por ciento durante el verano.
La capacidad de adaptar el sistema a los edificios existentes, lo que reduce los costos para los propietarios e inquilinos, significa que el mercado potencial es enorme. Alrededor del 14 por ciento de la producción total de energía de EE. UU. se destina a la refrigeración de edificios residenciales y comerciales. El programa Moonshot ARPA-E del Departamento de Energía, que proporcionó $ 3 millones a los investigadores de SkyCool en 2012, descubrió que los paneles de enfriamiento radiativos avanzados podrían reducir entre un 10 y un 20 por ciento de ese uso y reducir las demandas de carga máxima en la red eléctrica.
Pero pueden ser posibles ahorros de energía mucho mayores para los desarrolladores que optan por incorporar sistemas de enfriamiento radiativo directamente en los nuevos edificios durante la fase de diseño, dice Nick Fernandez, analista de energía en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Si el sistema se combinara con un sistema de enfriamiento radiante hidrónico, una forma rara pero altamente eficiente de enfriar edificios que funciona haciendo circular agua en lugar de soplar aire, el ahorro de energía para calefacción, enfriamiento y ventilación podría alcanzar casi el 70 por ciento en condiciones climáticas ideales. , según un análisis de simulación publicado en 2015 , en el que Fernández fue el autor principal.
SkyCool no es la única empresa que persigue este mercado. En febrero, un equipo de ingenieros de la Universidad de Colorado, Boulder, publicó un papel en Ciencias describiendo un material híbrido de polímero de vidrio que alcanzó una potencia de enfriamiento radiativo al mediodía de 93 (vatios por metro cuadrado) bajo la luz solar directa. Los investigadores enfatizaron que ya han descubierto cómo fabricar rollos de material similar a una película de manera asequible, lo que lo convierte en una tecnología a gran escala potencialmente viable para aplicaciones residenciales y comerciales. según a una publicación universitaria.
Al igual que el equipo de Stanford, los investigadores de CU Boulder recaudaron dinero de ARPA-E, solicitaron una patente y formaron una empresa, Radi-Cool. Los científicos están en conversaciones con posibles inversores y fabricantes, dice Ronggui Yang, profesor de ingeniería mecánica, coautor del artículo y director ejecutivo interino de la startup.
Los investigadores de SkyCool, que han obtenido una cantidad limitada de fondos federales y privados adicionales, continúan mejorando la eficiencia de los materiales avanzados. Raman, el director ejecutivo de la startup, se niega a discutir el precio final del producto, pero cree que cualquier costo inicial se compensará con los ahorros de energía a largo plazo. Si se pudiera producir e instalar un radiador de techo del tipo que está desarrollando SkyCool por menos de 58 centavos por pie cuadrado, los ahorros de energía cubrirían esos costos en unos cinco años, estimó el estudio de Pacific Northwest Lab.
La compañía está realizando una prueba de campo de su última generación de paneles en Davis, California, a unas dos horas de Burlingame en el Valle Central, evaluando la tecnología como una forma de mejorar los sistemas de aire acondicionado y refrigeración comercial.
El próximo hito importante de SkyCool será una demostración a gran escala con un cliente o socio anticipado, que Raman y Goldstein esperan comenzar el próximo año. Se dirigen a empresas con grandes necesidades de refrigeración, como supermercados y centros de datos, donde los ahorros de energía se suman rápidamente. Las conversaciones con clientes potenciales ya han comenzado.