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Inicio > Prensa > Calentamiento radiativo nocturno mediante la atmósfera
(a) Representación esquemática del intercambio de calor radiativo entre la atmósfera, el espacio y las superficies. (b) Absortividad/emisividad medida. (c) Temperatura en tiempo real en prueba térmica. (d) Ahorro de energía anual calculado para evitar la condensación en 10 ciudades en diferentes zonas climáticas. CRÉDITO de Yining Zhu, Yiwei Zhou, Bing Qin, Rui Qin, Min Qiu y Qiang Li |
Abstracto:
El calentamiento ha desempeñado un papel crucial en diversos procesos industriales y agrícolas a lo largo de la historia. Sin embargo, el calentamiento nocturno plantea un desafío particular debido a la falta de radiación solar. Durante la noche, la pérdida directa de calor por radiación al espacio a través de la ventana atmosférica transparente (8-14 μm) puede causar que la temperatura caiga por debajo del punto de congelación, lo que es un importante amenaza para la agricultura (cosecha), el transporte (cables exteriores) y más.
Calentamiento radiativo nocturno utilizando la atmósfera.
Changchún, China | Publicado el 17 de noviembre de 2023
Tradicionalmente, el calentamiento nocturno se ha basado en calentadores eléctricos activos, que contribuyen a un importante consumo de energía y a un aumento de las emisiones de CO2. Los métodos de calentamiento pasivo, incluidas las mantas aislantes (que reducen la conducción del calor) y las películas de baja emisividad (que reducen la radiación térmica), tienen limitaciones como: B. efectividad subóptima y una pérdida neta de calor general positiva.
El aire, conocido por su alta capacidad calorífica, puede mantener temperaturas relativamente más altas durante la noche en comparación con el suelo, sirviendo potencialmente como fuente de calor externa. Para aprovechar la energía de toda la atmósfera sobre la superficie de la Tierra, se requieren métodos de radiación.
En un nuevo artículo publicado en Light Science & Application, un equipo de científicos dirigido por el profesor Qiang Li de la Universidad de Zhejiang, China, propuso una estrategia de calentamiento radiativo nocturno basada en el control nanofotónico. Esta estrategia suprime pasivamente la radiación térmica de los objetos en la ventana atmosférica transparente (8 a 14 μm) mientras aprovecha activamente la energía en las bandas de radiación atmosférica (5 a 8 μm y 14 a 16 μm). Para lograr esta estrategia, la superficie objetivo debe cubrirse con una película delgada selectivamente reflectante (SR) que tenga alta reflectividad en la banda atmosférica transparente y alta absortividad en las bandas de radiación atmosférica para controlar el flujo de energía radiante y aumentar efectivamente la temperatura objetivo. .
Los investigadores diseñaron y fabricaron el dispositivo utilizando un sustrato absorbente de infrarrojos de banda ancha combinado con películas de cristal fotónico unidimensional hechas de germanio y sulfuro de zinc. El dispositivo alcanzó una reflectancia de 0,91 en la ventana transparente atmosférica y una absorbancia de 0,7 en las bandas de radiación atmosférica. Luego se realizaron pruebas térmicas al aire libre, que revelaron que cubrir el objetivo con una película SR aumentaba la temperatura del objetivo en 2,1 °C y 4 °C en comparación con una superficie reflectante de banda ancha (baja E) y una superficie absorbente de banda ancha, respectivamente.4 Aumento de °C.
El estudio también evaluó la posible aplicación de esta estrategia de calentamiento nocturno en ciudades con diferentes climas y demostró que el ahorro anual de electricidad podría superar los 300 kWh m-2 en diferentes climas.
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