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Il materiale raffredda gli edifici inviando calore nello spazio
Un materiale che riflette contemporaneamente la luce e irradia calore a frequenze che lo espelle attraverso l'atmosfera terrestre potrebbe un giorno aiutare a raffreddare gli edifici nelle giornate calde. Il materiale si raffredda a una temperatura inferiore a quella dell'aria ambiente ed è stato testato su un tetto della Stanford University dai suoi inventori, che ora stanno lavorando per aumentare il design.
Il nuovo materiale utilizza trucchi di ingegneria ottica per comportarsi in modi controintuitivi e, a prima vista, sembrano violare le leggi della termodinamica, afferma l'ingegnere elettrico di Stanford Fan di Shanhui , che lo ha sviluppato.
Di solito il modo per far raffreddare qualcosa è metterlo in un luogo freddo; l'oggetto caldo irradierà il suo calore in eccesso nell'ambiente circostante. Il materiale del ventilatore diventa più freddo dell'ambiente circostante riflettendo la luce ed emettendo calore a frequenze accuratamente sintonizzate. Il materiale emette calore a frequenze che corrispondono alla finestra termica del pianeta, da 8 a 13 micrometri, che gli consente di passare attraverso l'atmosfera e nello spazio. Si raffredda efficacemente utilizzando lo spazio esterno come dissipatore di calore.
Per decenni, i ricercatori hanno esplorato questo effetto, chiamato raffreddamento radiativo passivo, per cercare di creare sistemi che raffreddino gli edifici in modo più efficiente irradiando calore di notte. E come Fan, alcuni sono riusciti a realizzare materiali che emettono calore nella finestra termica. Ma nessun sistema di raffreddamento passivo ha funzionato in precedenza durante il giorno, perché tutti questi materiali assorbono anche la luce solare. In effetti, i materiali che sono molto bravi a emettere calore tendono ad essere neri, il che significa che assorbono molta luce solare.
Fan ha escogitato un modo per realizzare un materiale che non solo si irradi nella finestra termica, ma rifletta la luce come uno specchio. Ha realizzato il materiale stratificando film sottili di strati alternati di biossido di silicio (vetro) e ossido di afnio depositati su un wafer di silicio da otto pollici. Il materiale riflette il 97% della luce solare e rilascia calore nella finestra termica.
Qualcosa che si raffreddi anziché riscaldarsi al sole è controintuitivo, ma è ciò per cui il dispositivo è progettato, afferma Fan.
Per dimostrare le strane proprietà di questo materiale stratificato, i ricercatori di Stanford lo hanno confrontato con il silicone verniciato di nero, un buon radiatore termico, e l'alluminio, un buon riflettore. Il design del dispositivo di raffreddamento passivo è descritto oggi nel diario Natura .
Questi ragazzi hanno spinto i limiti con un'ingegnosa ingegneria ottica, dice Geoff Smith , fisico applicato presso la University of Technology di Sydney, Australia. Smith e altri hanno dimostrato materiali e sistemi per il raffreddamento passivo degli edifici di notte. Ma i sistemi precedenti non potevano riflettere anche la luce solare, quindi non si raffreddavano durante il giorno.
Fan dice che coprire un intero tetto con il materiale dovrebbe eliminare la necessità di aria condizionata. Il gruppo prevede di sfruttare la tecnologia di produzione utilizzata per realizzare finestre rivestite e potrebbe essere possibile realizzare il materiale, che ha uno spessore di soli due micrometri circa, su pellicole di plastica leggere per un'installazione più semplice. Ma il passo successivo è modesto: passeranno dalla demo da otto pollici a una piastrella di materiale di un metro quadrato.