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A invenção da nanotecnologia da Duke University poderia reduzir os custos de resfriamento e aquecimento nos Estados Unidos em até 20%

DURHAM – Engenheiros universitários A Duke demonstrou um dispositivo de aquecimento e resfriamento de modo duplo para o controle do clima de edifícios que, se amplamente implantado nos EUA, poderia reduzir o uso de energia HVAC em quase 20 por cento.

A invenção usa uma combinação de mecânica e ciência dos materiais para aproveitar ou ejetar certos comprimentos de onda de luz. Dependendo das condições, os rolos movem uma folha para frente e para trás para expor os materiais que prendem o calor em uma metade ou os materiais de resfriamento na outra. Especialmente projetado em nanoescala, um material absorve energia do sol e captura o calor existente, enquanto o outro reflete a luz e permite que o calor escape através da atmosfera da Terra para o espaço.

Sistema de teste de dispositivo de aquecimento e resfriamento de modo duplo para controle de clima solar em edifícios. (Foto da Duke University)

"Acho que somos os primeiros a demonstrar um contato térmico reversível, que nos permite alternar entre os dois modos de aquecimento ou resfriamento", disse Po-Chun Hsu, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Duke e líder de equipe. “Isso permite que o material seja móvel, mantendo um bom contato térmico com o edifício para que o calor possa entrar ou sair”.

Os resultados apareceram online em 30 de novembro na revista Nature Communications.

Cerca de 15% do consumo de energia nos EUA, e mais de 30% globalmente, vai para aquecimento e resfriamento de edifícios, que é responsável por cerca de 10% das emissões globais de gases de efeito estufa. estufa. No entanto, até agora, a maioria das abordagens para minimizar a pegada de carbono abordou apenas aquecimento ou resfriamento. Isso deixa as áreas temperadas do mundo que requerem aquecimento e resfriamento ao longo do ano, ou às vezes apenas 24 horas, no frio. No novo artigo, Hsu e sua equipe demonstram um dispositivo que pode nos manter confortáveis ​​ou resfriados conforme o clima muda.

 Foto da Duke University "width =" 200 "height =" 200 "/><p class= Po-Chun Hus

A lâmina especialmente projetada começa com um composto de polímero como uma base que pode ser expandida ou contrair quando a eletricidade é passada por ele. Isso permite que o dispositivo mantenha contato com o edifício para transmitir energia e, ao mesmo tempo, pode ser desengatado para que os rolos possam alternar entre os modos.

A parte de O resfriamento da lâmina tem uma película de prata ultrafina coberta por uma camada ainda mais fina de silicone transparente, que juntos refletem os raios do sol como um espelho. As propriedades exclusivas desses materiais também convertem e emitem energia em luz infravermelha de médio alcance, Ele não interage com os gases da atmosfera terrestre e passa facilmente para o espaço sideral.

Quando uma mudança no clima traz a necessidade de aquecimento, a carga elétrica é liberada e o illos puxa a lâmina por um trilho. Isso muda a metade de resfriamento e reflexiva da folha para a metade de absorção de calor.

 Foto da Duke University "width =" 585 "height =" 318 "/><p class= Dispositivo duplo em modo de aquecimento que mostra um quadrado de material que absorve energia solar e a transmite ao sistema HVAC do edifício.

Para aquecer o edifício abaixo, os engenheiros usaram uma camada ultrafina de cobre coberta por uma camada de nanopartículas de zinco-cobre. Ao fazer as nanopartículas com um tamanho específico e separá-las a uma certa distância, elas interagem cobre embaixo deles de uma forma que retém a luz em sua superfície, permitindo que o material absorva mais de 93% do calor da luz solar.

Hsu e sua equipe veem o dispositivo como algo que poderia trabalhar com sistemas HVAC existentes, em vez de uma substituição completa.

“Em vez de aquecer e resfriar diretamente o prédio, poderíamos usar um painel de água para levar água quente ou fria para uma bomba de calor ou sistema caldeira ”Disse Hus. "Também imagino que, com engenharia adicional, isso também poderia ser usado em paredes, formando uma espécie de envelope de construção intercambiável." Hsu disse.

 Foto da Duke University "width =" 582 "height =" 313 "/><p class= Dispositivo duplo em modo de resfriamento que mostra um quadrado de material que reflete a energia solar no espaço sideral e atinge o resfriamento

Avançando, a equipe está trabalhando em vários aspectos do projeto para passar de um protótipo a um escalonável para a fabricação. Entre estes, Hsu explicou, estão as preocupações com o desgaste a longo prazo de peças móveis e custos de materiais especializados. Por exemplo, eles investigarão se o alumínio de baixo custo pode substituir a prata e também estão trabalhando em uma versão estática que pode mudar os modos quimicamente em vez de mecanicamente.

Apesar dos muitos obstáculos, Hsu acredita que essa tecnologia pode ser um benefício para a economia de energia no futuro. E ele não está sozinho.

"Já estamos trabalhando com uma empresa para impedir Determine os locais ideais para implementar essa tecnologia ", disse Hsu. "E como quase todas as zonas climáticas dos Estados Unidos exigem aquecimento e resfriamento em algum momento do ano, os benefícios de um dispositivo de modo duplo como este são óbvios."

(C) Duke University

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