Pesquisa mostra como plásticos comuns poderiam resfriar e aquecer edifícios de forma passiva com as estações

Em um artigo publicado em 27 de junho no jornal Cell Reports Physical Science, eles relatam que ao restringir fluxos de calor radiante entre edifícios e seu ambiente a comprimentos de onda específicos, revestimentos feitos de materiais comuns podem alcançar economias de energia e conforto térmico que vão além do que as envoltórias tradicionais de edifícios conseguem alcançar.

“Com o aumento das temperaturas globais, manter edifícios habitáveis tornou-se um desafio global”, disse o pesquisador Jyotirmoy Mandal, professor assistente de Engenharia Civil e Ambiental em Princeton. “Os edifícios trocam a maioria do calor com seu ambiente por meio da radiação, e ajustando as propriedades ópticas de suas envoltórias para explorar como a radiação se comporta em nosso ambiente, podemos controlar o calor nos edifícios de maneiras novas e impactantes.”

O calor radiante, transportado por ondas eletromagnéticas, é ubíquo — sentimos quando a luz solar aquece nossa pele ou quando uma bobina elétrica aquece um ambiente. Regular a temperatura dos edifícios controlando o calor radiante é uma prática comum. A maioria dos edifícios usa persianas para bloquear a luz solar 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, vemos que resfriar edifícios fazendo com que telhados e paredes reflitam a luz solar é uma prática há séculos”, disse o pesquisador Aaswath Raman, professor associado de Ciência e Engenharia de Materiais na UCLA. “Nos últimos anos, houve um grande interesse em revestimentos de telhados frios que refletem a luz solar. Mas resfriar paredes e janelas é um desafio muito mais sutil e complexo.”

Os telhados geralmente têm visão aberta para o céu. Isso permite que os revestimentos de telhados frios reflitam a luz solar e irradiem calor de ondas longas para o céu e eventualmente para o espaço. Paredes e janelas, por outro lado, têm principalmente a visão do solo e de prédios vizinhos.

Durante o clima quente, elas são aquecidas pelo calor radiante de ruas quentes, calçadas e prédios próximos em vista. Isso significa que mesmo quando paredes e janelas irradiam calor para o céu, elas são aquecidas ainda mais pela terra. Durante o clima frio, o ambiente terrestre se torna mais frio, drenando calor das paredes e janelas.

Os pesquisadores perceberam que a solução para esse problema está na forma diferente como o calor se move entre os edifícios e a área ao nível do solo, e como se move entre os edifícios e o céu. O calor radiante se move dos edifícios para o céu em uma faixa estreita do espectro infravermelho conhecida como janela de transmissão atmosférica, então os pesquisadores chamam isso de banda estreita. Ao 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, mantendo o efeito de resfriamento do céu. Acreditamos que essa ideia é inédita e vai além do que as envoltórias tradicionais de telhados e paredes podem alcançar”, observou Mandal.

Os impactos das descobertas são significativos por duas razões importantes. Primeiro, os pesquisadores mostram no artigo que muitos materiais comuns e de baixo custo para construção irradiam calor na banda estreita e bloqueiam o calor de banda larga. Materiais como o polivinil fluoreto, já usado como material de revestimento, poderiam ser adaptados para esse fim, assim como plásticos ainda mais comuns.

“Ficamos realmente entusiasmados quando descobrimos que materiais como o polipropileno, que obtivemos de plásticos domésticos, irradiam seletivamente ou absorvem calor na janela atmosférica”, observou Raman. “Esses materiais beiram o mundano, mas a mesma escalabilidade que os torna comuns também significa que podemos vê-los regulando termicamente edifícios em um futuro próximo.”

A segunda razão para o otimismo é que os impactos energéticos potenciais na escala dos edifícios são substanciais. Os pesquisadores observaram que as economias de energia sazonal com seu mecanismo são comparáveis aos benefícios de pintar telhados escuros de branco. Isso poderia ser útil à medida que os custos de ar-condicionado e as fatalidades relacionadas ao calor continuam a aumentar em todo o mundo. Mandal e Raman planejam continuar essa pesquisa ainda mais.

“O mecanismo que propusemos é completamente passivo, o que o torna uma maneira sustentável de resfriar e aquecer edifícios com as estações e gerar economias de energia inexploradas”, observa Mandal. “Na verdade, os benefícios dos mecanismos e materiais que mostramos são maiores para edifícios no hemisfério sul. Portanto, poderia ser uma solução mais equitativa em comunidades pobres em recursos, especialmente à medida que vemos aumentar a demanda por resfriamento e as mortalidades relacionadas ao calor.”

Além de Mandal e Raman, os autores incluem Jyothis Anand, do Oak Ridge National Lab; John Brewer, da UCLA; Sagar Mandal, pesquisador independente; e Arvind Ramachandran, da Arizona State University.