Refrigeração passiva, sem gasto de energia, agora adaptável à temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2024

O dispositivo de resfriamento radiativo baseado em metassuperfície se adapta às mudanças na temperatura ambiente.
[Imagem: Junlin Yang et al. - 10.1117/1.AP.6.4.046006]

Solução híbrida

O resfriamento radiativo passivo, uma tecnologia que permite que objetos resfriem emitindo calor diretamente para o espaço, sem exigir energia adicional, passou rapidamente de uma curiosidade de laboratório para as aplicações práticas, com demonstrações cada vez versáteis e economicamente viáveis.

Mas sempre dá para melhorar, e uma das deficiências das demonstrações feitas até agora é que a maioria dos materiais usados nessa refrigeração passiva tem um nível específico de emissividade, o que significa que, quando a temperatura ambiente é baixa, os materiais de resfriamento radiativo ainda têm uma forte capacidade de resfriamento, resultando em "superresfriamento" ou na perda de eficiência quando o sistema deve operar no modo de aquecimento.

Junlin Yang e colegas do Instituto de Tecnologia de Pequim, na China, foram procurar uma solução nos materiais de mudança de fase termocrômicos.

Além de já serem usados em janelas inteligentes, esses materiais são candidatos ideais para o resfriamento radiativo porque podem operar de modo dinâmico, ajustando-se às demandas de resfriamento. Do mesmo modo que os materiais tradicionais, de alto desempenho de refletividade e emissividade solar, nenhuma fonte de energia externa, circuitos ou peças móveis são necessários para fazê-los funcionar.

O resultado é um novo tipo de dispositivo híbrido de resfriamento radiativo adaptável à temperatura, capaz de ajustar dinamicamente suas propriedades de resfriamento com base na temperatura ambiente.

Protótipo do equipamento e micrografias da metassuperfície de dióxido de vanádio.
[Imagem: Junlin Yang et al. - 10.1117/1.AP.6.4.046006]

Metassuperfície de dióxido de vanádio

A base da inovação é o dióxido de vanádio (VO₂), um material conhecido por sua capacidade de alternar entre diferentes estados de radiação térmica.

Mas não se trata apenas do material, há também uma alteração geométrica em seu uso: O novo projeto consiste em uma metassuperfície com uma matriz periódica de quadrados de VO₂, o que melhora o desempenho ao equilibrar alta emissividade térmica com uma baixa absorção solar.

O protótipo apresentou melhorias notáveis em relação aos projetos anteriores, com uma absorção solar de apenas 27,71% (7,54% menor do que os modelos anteriores) e uma emissividade de 0,85 em altas temperaturas (13,3% maior). Além disso, a capacidade de modular a emissividade é 20% melhor do que os dispositivos anteriores, tornando o projeto mais eficiente no gerenciamento de mudanças de temperatura.

"Ao integrar uma metassuperfície adaptável à temperatura com dióxido de vanádio, melhoramos significativamente a eficiência das tecnologias de resfriamento radiativo. Nosso novo dispositivo não apenas reduz a absorção solar, mas também aumenta a emissividade térmica, abordando o problema crítico do super-resfriamento. Esse avanço é muito promissor para otimizar o uso de energia e avançar soluções de gerenciamento térmico sustentável," disse o professor Jingbo Li.

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