
El enfriamiento radiativo pasivo diurno ( PDRC ), también llamado enfriamiento radiativo pasivo , enfriamiento radiativo pasivo diurno , enfriamiento radiativo del cielo , enfriamiento radiativo fotónico y enfriamiento radiativo terrestre [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] , es el uso de superficies altamente reflectantes y con alta emisividad térmica para reducir la temperatura de un edificio u otro objeto. [ 6 ]
Se ha propuesto como método para reducir los aumentos de temperatura causados por los gases de efecto invernadero al reducir la energía necesaria para el aire acondicionado , [ 7 ] [ 8 ] reducir el efecto de isla de calor urbana , [ 9 ] [ 10 ] y las temperaturas del cuerpo humano . [ 11 ] [ 1 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 7 ]
PDRC puede ayudar a sistemas que son más eficientes a temperaturas más bajas, como sistemas fotovoltaicos , [ 4 ] [ 14 ] dispositivos de recolección de rocío y generadores termoeléctricos . [ 4 ] [ 14 ]
Algunas estimaciones proponen que dedicar entre el 1 y el 2 % de la superficie terrestre a la refrigeración por convección forzada (PDRC) estabilizaría las temperaturas superficiales. [ 15 ] [ 3 ] Las variaciones regionales proporcionan diferentes potenciales de refrigeración , beneficiándose más los climas desérticos y templados que los tropicales , debido a los efectos de la humedad y la nubosidad . [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] La PDRC puede incluirse en sistemas adaptativos, pasando de refrigeración a calefacción para mitigar cualquier posible efecto de sobreenfriamiento . [ 19 ] [ 20 ] Las aplicaciones de PDRC para la refrigeración de espacios interiores están creciendo, con un tamaño de mercado estimado de aproximadamente 27 mil millones de dólares en 2025. [ 21 ]
Las superficies PDRC están diseñadas para tener una alta reflectancia solar para minimizar la ganancia de calor y una fuerte transferencia de calor por radiación térmica infrarroja de onda larga (LWIR) que coincide con la ventana infrarroja de la atmósfera (8–13 μm). [ 22 ] [ 2 ] [ 3 ] Esto permite que el calor pase a través de la atmósfera hacia el espacio . [ 6 ] [ 2 ]
El PDRC aprovecha el proceso natural de enfriamiento radiativo, en el que la Tierra se enfría liberando calor al espacio . [ 23 ] [ 24 ] [ 7 ] El PDRC opera durante el día. [ 25 ] En un día despejado, la irradiancia solar puede alcanzar los 1000 W/m² con un componente difuso entre 50 y 100 W/m² . El PDRC promedio tiene una potencia de enfriamiento estimada de ~100–150 W/ m² . [ 4 ] [ 19 ]
Las aplicaciones de PDRC se implementan como superficies orientadas hacia el cielo. [ 14 ] Los materiales PDRC escalables y de bajo costo con potencial para la producción en masa incluyen recubrimientos , películas delgadas , metatejidos, aerogeles y superficies biodegradables .
Si bien suelen ser blancos, otros colores también pueden funcionar, aunque generalmente ofrecen un menor potencial de enfriamiento. [ 26 ] [ 27 ]
La investigación, el desarrollo y el interés en PDRC han crecido rápidamente desde la década de 2010, atribuible a un avance en 2014 en el uso de metamateriales fotónicos para aumentar la refrigeración diurna, [ 4 ] [ 28 ] [ 29 ] junto con la creciente preocupación por el uso de energía y el calentamiento global. [ 30 ] [ 31 ] PDRC puede contrastarse con los sistemas de refrigeración convencionales basados en compresión (por ejemplo, aires acondicionados) que consumen cantidades sustanciales de energía, tienen un efecto de calentamiento neto (calientan el exterior más de lo que enfrían el interior), requieren fácil acceso a la energía eléctrica y a menudo emplean refrigerantes que agotan la capa de ozono o tienen un fuerte efecto invernadero . [ 32 ] [ 33 ]
A diferencia de la gestión de la radiación solar , el PDRC aumenta la emisión de calor más allá de la simple reflexión. [ 34 ]
Implementación
Un estudio de 2019 informó que "la adopción generalizada del enfriamiento radiativo podría reducir la temperatura del aire cerca de la superficie, si no de toda la atmósfera". [ 5 ] Para abordar el calentamiento global, los materiales PDRC deben diseñarse "para asegurar que la emisión se produzca a través de la ventana de transparencia atmosférica y hacia el espacio, en lugar de solo hacia la atmósfera, lo que permitiría un enfriamiento local pero no global". [ 34 ]
Actualmente, la Tierra absorbe aproximadamente 1 W/m² más de lo que emite, lo que provoca un calentamiento global del clima. Al cubrir una pequeña fracción de la Tierra con materiales que emiten calor, se puede aumentar el flujo de calor que se aleja de la Tierra y reducir el flujo radiativo neto a cero (o incluso hacerlo negativo), estabilizando (o enfriando) así la Tierra. Si tan solo entre el 1 % y el 2 % de la superficie terrestre irradiara a aproximadamente 100 W /m² en lugar de su valor promedio actual, los flujos totales de calor hacia y desde toda la Tierra se equilibrarían y el calentamiento cesaría. [ 12 ] Para compensar 1 W/m² globalmente , necesitamos aproximadamente5 × 10¹² m² de cobertura superficial con emisores radiactivos de 100 W/m² . Si se utilizara como un área continua, correspondería a poco más de la mitad del tamaño del desierto del Sahara . Idealmente, esta área se dividiría en varias regiones pequeñas a nivel global (incluyendo techos y otras superficies expuestas al cielo). [ 34 ]
— Jeremy Munday
Los climas desérticos tienen el mayor potencial de enfriamiento radiativo debido a la baja humedad y nubosidad durante todo el año, mientras que los climas tropicales tienen menor potencial debido a la mayor humedad y nubosidad. [ 5 ] [ 35 ] Los costos para la implementación global se han estimado entre $1.25 y $2.5 billones, o alrededor del 3% del producto bruto mundial anual (PIB mundial), con economías de escala esperadas . [ 34 ] Se han desarrollado materiales escalables de bajo costo para la implementación a gran escala, aunque aún existen algunos desafíos para su comercialización . [ 36 ] [ 37 ]
Algunos estudios recomendaron esfuerzos para maximizar la reflectancia solar, o albedo , de las superficies, con el objetivo de alcanzar una emitancia térmica del 90 %. Por ejemplo, aumentar la reflectividad de 0,2 (tejado típico) a 0,9 tiene un efecto mucho mayor que mejorar una superficie que ya es más reflectante, como de 0,9 a 0,97. [ 10 ]
Beneficios
Los estudios han reportado muchos beneficios del PDRC:
- Avanzar hacia un futuro neutro en carbono y lograr emisiones netas cero. [ 11 ] [ 4 ] [ 29 ] [ 38 ]
- Evitar que las redes eléctricas y las fuentes de energía renovable destinen energía eléctrica a la refrigeración. [ 11 ] [ 5 ]
- Equilibrar el presupuesto energético de la Tierra . [ 5 ]
- Enfriamiento de la temperatura corporal humana durante el calor extremo. [ 11 ] [ 4 ] [ 29 ]
- Mejorar los sistemas de recolección de agua atmosférica y las técnicas de recolección de rocío . [ 4 ] [ 11 ] [ 29 ] [ 32 ]
- Mejorar el rendimiento de los sistemas de energía solar . [ 14 ] [ 11 ]
- Mitigación de crisis energéticas . [ 1 ] [ 34 ]
- Mitigación del efecto isla de calor urbano. [ 5 ] [ 10 ] [ 39 ] [ 40 ]
- Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante la sustitución del uso de energía procedente de combustibles fósiles destinada a la refrigeración. [ 11 ] [ 5 ]
- Reducir los aumentos de temperatura locales y globales asociados al calentamiento global. [ 1 ] [ 34 ]
- Reducción de la contaminación térmica de los recursos hídricos. [ 5 ]
- Reducción del consumo de agua para el procesamiento de enfriamiento húmedo . [ 5 ]
Otros enfoques de geoingeniería
Se ha afirmado que el PDRC es más estable, adaptable y reversible que la inyección de aerosoles estratosféricos (SAI). [ 41 ]
Wang et al. afirmaron que la SAI "podría causar amenazas potencialmente peligrosas para las operaciones climáticas básicas de la Tierra" que podrían no ser reversibles, y por lo tanto prefirieron la PDRC. [ 42 ] Munday señaló que, si bien "es probable que ocurran efectos inesperados" con la implementación global de la PDRC, "estas estructuras pueden eliminarse inmediatamente si es necesario, a diferencia de los métodos que implican la dispersión de material particulado en la atmósfera, que puede durar décadas". [ 34 ]
En comparación con el enfoque de superficies reflectantes para aumentar el albedo de la superficie, como pintando los techos de blanco, o las propuestas de espejos espaciales de "desplegar superficies reflectantes gigantes en el espacio", Munday afirmó que "el aumento de la reflectividad probablemente no sea suficiente y conlleva un alto costo financiero". [ 34 ] El PDRC se diferencia del enfoque de superficies reflectantes al "aumentar la emisión de calor radiativo de la Tierra en lugar de simplemente disminuir su absorción solar". [ 34 ]
Función

La medida básica de PDRC es su reflectividad solar (en 0,4–2,5 μm) y emisividad térmica (en 8–13 μm), [ 2 ] para maximizar la "emisión neta de radiación térmica de onda larga " y minimizar la "absorción de radiación de onda corta descendente ". [ 5 ] PDRC utiliza la ventana infrarroja (8–13 μm) para la transferencia de calor con el frío del espacio exterior (~2,7 K ) para irradiar calor y, posteriormente, reducir las temperaturas ambiente de forma pasiva, es decir, sin entrada de energía. [ 5 ]
PDRC imita el proceso natural de enfriamiento radiativo , en el que la Tierra se enfría liberando calor al espacio exterior ( balance energético de la Tierra ), aunque durante el día disminuye las temperaturas ambientales bajo intensidad solar directa. [ 5 ] En un día despejado, la irradiancia solar puede alcanzar los 1000 W/m² con un componente difuso entre 50 y 100 W/m² . A partir de 2022El PDRC promedio tenía una potencia de enfriamiento de ~100–150 W/m 2 . [ 19 ] La potencia de enfriamiento es proporcional al área de superficie de la instalación . [ 4 ]
Medición de la eficacia
Las mediciones más útiles se obtienen en un entorno del mundo real. Se han propuesto dispositivos estandarizados. [ 43 ]
La evaluación de la radiación atmosférica descendente de onda larga basada en "el uso de condiciones meteorológicas ambientales como la temperatura y la humedad del aire superficial en lugar de los perfiles atmosféricos dependientes de la altitud " puede ser problemática ya que "la radiación descendente de onda larga proviene de varias altitudes de la atmósfera con diferentes temperaturas, presiones y contenidos de vapor de agua" y "no tiene densidad, composición y temperatura uniformes a lo largo de su espesor". [ 5 ]
Emisores de banda ancha (BE) frente a emisores selectivos (SE)

Los emisores de banda ancha presentan una alta emitancia tanto en la ventana atmosférica LWIR (8 a 14 μm) como en el espectro solar , mientras que los emisores selectivos solo emiten radiación infrarroja de onda larga. [ 19 ]
En teoría, los emisores térmicos selectivos pueden lograr una mayor potencia de enfriamiento. [ 19 ] Sin embargo, los emisores selectivos se enfrentan a desafíos en aplicaciones reales que pueden debilitar su rendimiento, como la condensación por goteo (común incluso en climas semiáridos ) que puede acumularse incluso en superficies hidrofóbicas y reducir la emisión. [ 44 ] Los emisores de banda ancha superan a los materiales selectivos cuando "el material está más caliente que el aire ambiente, o cuando su temperatura superficial por debajo de la ambiente está dentro del rango de varios grados". [ 9 ]
Cada tipo puede ser ventajoso para ciertas aplicaciones. Los emisores de banda ancha pueden ser mejores para aplicaciones horizontales, como techos, mientras que los emisores selectivos pueden ser más útiles en superficies verticales, como fachadas de edificios , donde la condensación por goteo es insignificante y se puede lograr una mayor capacidad de enfriamiento. [ 44 ]
Los emisores de banda ancha pueden hacerse dependientes del ángulo para mejorar potencialmente el rendimiento. [ 19 ] El polidimetilsiloxano (PDMS) es un emisor de banda ancha común. [ 44 ] La mayoría de los materiales PDRC son de banda ancha, principalmente debido a su menor costo y mayor rendimiento a temperaturas superiores a la ambiente. [ 45 ]
Sistemas híbridos
La combinación de PDRC con otros sistemas puede aumentar la capacidad de enfriamiento. Cuando se incluyó en un sistema que combina aislamiento térmico , enfriamiento evaporativo y enfriamiento radiativo, compuesto por "un reflector solar, una capa evaporativa rica en agua y emisora de infrarrojos, y una capa aislante permeable al vapor, transparente a los infrarrojos y reflectante de la luz solar", la capacidad de enfriamiento fue cuatro veces mayor que la de "un enfriador radiativo de última generación". Esto podría extender la vida útil de los alimentos en un 40 % en climas húmedos y más del triple en climas secos, sin refrigeración . Sin embargo, el sistema requiere agua para mantener la capacidad de enfriamiento. [ 46 ]
Un espejo fotónico asimétrico (APM) de modo dual, compuesto por rejillas difractivas de silicio, podría proporcionar refrigeración durante todo el año, incluso en condiciones nubosas y húmedas, además de calefacción. La capacidad de refrigeración de un APM puede superar en más del 80 % la de los enfriadores radiativos independientes. En días nublados, podría lograr una refrigeración de 8 °C mayor y, en calefacción, de 5,7 °C. [ 47 ]
Variaciones climáticas
El potencial de enfriamiento de diversas áreas varía principalmente según las zonas climáticas , los patrones meteorológicos y los eventos. Las regiones secas y cálidas generalmente tienen mayor poder de enfriamiento radiativo (hasta 120 W/m² ) , mientras que las regiones más frías y aquellas con alta humedad o nubosidad generalmente tienen menor. [ 35 ] El potencial de enfriamiento cambia estacionalmente debido a las variaciones en la humedad y la nubosidad. [ 5 ] Se han realizado estudios que mapean el potencial de enfriamiento radiativo diurno para China, [ 33 ] India, [ 48 ] y Estados Unidos [ 49 ] y en toda Europa. [ 50 ]
desiertos

Las regiones áridas como Asia occidental, el norte de África, Australia y el suroeste de Estados Unidos son ideales para la refrigeración por convección de fase (PDRC) debido a la relativa falta de humedad y nubosidad durante todas las estaciones. El potencial de refrigeración para las regiones desérticas se ha estimado en un rango superior de 80–110 W /m² [ 5 ] y en 120 W/m² [ 35 ] . El desierto del Sahara y Asia occidental constituyen la mayor área del planeta con un potencial de refrigeración tan elevado [ 5 ] .
Es probable que el potencial de enfriamiento de las regiones desérticas permanezca relativamente sin explotar debido a las bajas densidades de población, lo que reduce la demanda de enfriamiento local, a pesar de su enorme potencial de enfriamiento. [ 5 ]
Climas templados

Los climas templados tienen un potencial de enfriamiento radiativo de moderado a alto y una mayor densidad de población, lo que puede aumentar el interés en el PDRC. Estas zonas tienden a ser zonas de transición entre climas secos y húmedos. [ 5 ] Las áreas de alta densidad de población en zonas templadas pueden ser susceptibles a un efecto de sobreenfriamiento por PDRC debido a los cambios de temperatura entre el verano y el invierno, lo cual puede superarse con modificaciones. [ 19 ]
Zona tropical

Si bien el PDRC ha demostrado ser exitoso en regiones templadas, alcanzar el mismo nivel de rendimiento es más difícil en climas tropicales. Esto se ha atribuido principalmente a la mayor irradiancia solar y radiación atmosférica. [ 16 ] El potencial de enfriamiento promedio de los climas tropicales varía entre 10 y 40 W/m² , significativamente menor que el de los climas cálidos y secos. [ 5 ]
Por ejemplo, el potencial de enfriamiento de la mayor parte del sudeste asiático y el subcontinente indio disminuye significativamente en verano debido a un aumento drástico de la humedad, llegando a valores tan bajos como 10–30 W/m² . Otras zonas similares, como las áreas de sabana tropical en África, experimentan una disminución más moderada durante el verano, llegando a valores de 20–40 W/m² . Sin embargo, las regiones tropicales generalmente tienen un albedo, o forzamiento radiativo , más alto debido a la cobertura nubosa persistente y, por lo tanto, su superficie terrestre contribuye menos al albedo planetario. [ 5 ]
Un estudio de 2022 informó que una superficie PDRC en climas tropicales debería tener una reflectancia solar de al menos 97% y una emitancia infrarroja de al menos 80% para reducir las temperaturas. El estudio aplicó un BaSO 4 – K2 SO4 recubrimiento con una "reflectancia solar y emitancia infrarroja (8–13 μm) del 98,4 % y 95 % respectivamente" en el clima tropical de Singapur y logró una temperatura diurna sostenida 2 °C por debajo de la ambiente bajo una intensidad solar directa de 1000 W/m2. [ 16 ]
Variables
Humedad y nubosidad

La humedad y la nubosidad debilitan significativamente la efectividad de los PDRC. [ 7 ] Un estudio de 2022 señaló que las variaciones verticales tanto de la concentración de vapor como de la temperatura en la atmósfera pueden tener un impacto considerable en los enfriadores radiativos. Los autores informaron que los aerosoles y la nubosidad pueden debilitar la efectividad de los radiadores y, por lo tanto, concluyeron que se necesitan estrategias de diseño adaptables para los enfriadores radiativos con el fin de maximizar la efectividad en estas condiciones climáticas. [ 17 ]
Condensación por gotas
La formación de condensación en gotas sobre las superficies de PDRC puede alterar la emitancia infrarroja de los emisores PDRC selectivos, lo que puede debilitar su rendimiento. Incluso en ambientes semiáridos se puede formar rocío. Otro estudio de 2022 informó que "la condensación en gotas puede ampliar las emitancias de banda estrecha de un emisor selectivo y reducir su potencia de enfriamiento por debajo de la temperatura ambiente y sus supuestos beneficios de enfriamiento sobre los emisores de banda ancha" [ 44 ] y que:
Nuestro trabajo demuestra que los supuestos beneficios de los emisores selectivos son aún menores en la aplicación más importante del enfriamiento radiativo: el enfriamiento de techos de edificios. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que, para fachadas verticales de edificios que experimentan ganancias de calor terrestres de banda ancha en verano y pérdidas en invierno, los emisores selectivos pueden lograr termorregulación estacional y ahorro de energía. Dado que la formación de rocío parece menos probable en superficies verticales incluso en ambientes excepcionalmente húmedos, es probable que los beneficios termorreguladores de los emisores selectivos persistan tanto en condiciones de funcionamiento húmedas como secas. [ 44 ]
Lluvia

La lluvia generalmente ayuda a limpiar las superficies de PDRC cubiertas de polvo, suciedad u otros residuos. Sin embargo, en zonas húmedas, la lluvia constante puede provocar la acumulación de agua, lo que puede afectar su rendimiento. Los materiales PDRC porosos pueden mitigar estas condiciones. [ 51 ] Otra solución es fabricar materiales PDRC hidrofóbicos autolimpiables. Los materiales hidrofóbicos escalables y sostenibles que evitan los COV pueden repeler el agua de lluvia y otros líquidos. [ 52 ]
Viento
El viento puede alterar la eficiencia de las superficies y tecnologías de enfriamiento radiativo pasivo. Un estudio de 2020 propuso el uso de una "estrategia de inclinación y una estrategia de protección contra el viento" para mitigar los efectos del viento. Los investigadores informaron diferencias regionales en China, señalando que "el 85% de las áreas de China pueden lograr un rendimiento de enfriamiento radiativo con protección contra el viento", mientras que en el noroeste de China los efectos de la protección contra el viento serían más sustanciales. [ 18 ] Bijarniya et al. proponen de manera similar el uso de un escudo contra el viento en áreas susceptibles a vientos fuertes. [ 7 ]
Materiales y producción
Las superficies PDRC pueden estar hechas de diversos materiales. Sin embargo, para su aplicación generalizada, los materiales PDRC deben ser económicos, estar disponibles para la producción en masa y ser aplicables en muchos contextos. La mayoría de las investigaciones se han centrado en recubrimientos y películas delgadas, que tienden a estar más disponibles para la producción en masa, ser menos costosos y más aplicables en una gama más amplia de contextos, aunque otros materiales pueden ofrecer potencial para aplicaciones específicas. [ 36 ] [ 37 ] [ 53 ] [ 54 ]
La investigación sobre PDRC ha identificado alternativas de materiales más sostenibles, aunque no sean totalmente biodegradables . [ 30 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Un estudio de 2023 informó que "la mayoría de los materiales de PDRC ahora son [sustancias] que causarán emisiones excesivas de CO₂ al consumir combustibles fósiles y van en contra del objetivo global de neutralidad de carbono. Los materiales renovables de base biológica respetuosos con el medio ambiente deberían ser [...] ideales [para] los sistemas PDRC". [ 59 ]
Estructuras multicapa y complejas
Se han reportado materiales y estructuras fotónicas avanzadas, como películas delgadas multicapa, micro y nanopartículas, cristales fotónicos , metamateriales y metasuperficies , como enfoques potenciales. [ 60 ] Sin embargo, si bien las estructuras nanofotónicas multicapa y complejas han demostrado ser exitosas en escenarios experimentales y simulaciones, un estudio de 2022 informó que la aplicación generalizada "está severamente restringida debido a los procesos de preparación complejos y costosos". [ 37 ] De manera similar, un estudio de 2020 informó que "la producción escalable de radiadores fotónicos artificiales con estructuras complejas, propiedades sobresalientes, alto rendimiento y bajo costo sigue siendo un desafío". [ 61 ] Esto ha impulsado la investigación de estructuras más simples para materiales PDRC posiblemente más adecuados para la producción en masa. [ 60 ]
Recubrimientos

Los recubrimientos PDRC, como las pinturas, pueden ser ventajosos debido a su aplicación directa a las superficies, lo que simplifica la preparación y reduce los costos, [ 37 ] aunque no todos los recubrimientos son económicos. [ 62 ] Un estudio de 2022 afirmó que los recubrimientos generalmente ofrecen "una gran operatividad, un procesamiento conveniente y un bajo costo, lo que tiene la perspectiva de una utilización a gran escala". [ 36 ] Se han desarrollado recubrimientos PDRC en colores distintos al blanco, demostrando aun así una alta reflectancia solar y emisividad térmica. [ 26 ]
Los recubrimientos deben ser duraderos y resistentes a la suciedad, lo cual se logra con materiales porosos [ 51 ] o capas superiores hidrofóbicas que resistan la limpieza, aunque los recubrimientos hidrofóbicos utilizan politetrafluoroetileno o compuestos similares para ser resistentes al agua. [ 62 ] Los efectos ambientales negativos pueden mitigarse limitando el uso de disolventes tóxicos comunes en las pinturas, como la acetona . Se han desarrollado pinturas no tóxicas y a base de agua . [ 62 ] [ 56 ]
Los recubrimientos de polímeros porosos (PPC) exhiben un excelente rendimiento PDRC. Estos polímeros tienen altas concentraciones de poros diminutos, que dispersan la luz eficazmente en la interfaz entre el polímero y el aire. Esta dispersión mejora tanto la reflectancia solar (que produce más del 96 %) como la emitancia térmica (hasta el 97 %), reduciendo las temperaturas superficiales seis grados por debajo de la temperatura ambiente al mediodía en Phoenix. Este proceso se basa en soluciones, lo que facilita su escalabilidad. [ 63 ] [ 64 ] El tinte del color deseado se aplica sobre el polímero. En comparación con el tinte tradicional en polímeros porosos, en el que el tinte se mezcla con el polímero, el nuevo diseño puede enfriar de manera más eficaz. [ 65 ]
Un estudio de 2018 informó de una reducción significativa en los costes de recubrimiento, afirmando que «los medios fotónicos, cuando se distribuyen aleatoriamente de forma adecuada para minimizar el recorrido libre medio del transporte de fotones, pueden utilizarse para recubrir un sustrato negro y reducir su temperatura mediante enfriamiento radiativo». Este recubrimiento podría «superar a la pintura blanca reflectante solar disponible comercialmente para el enfriamiento diurno» sin necesidad de costosos procesos de fabricación ni materiales. [ 66 ]
Películas

Muchas películas delgadas ofrecen alta reflectancia solar y emisividad térmica. Sin embargo, las películas con patrones o estructuras precisas no son escalables "debido al costo y las dificultades técnicas inherentes a la litografía precisa a gran escala " (2022), [ 9 ] o "debido a la complejidad de la litografía/síntesis a nanoescala y la rigidez" (2021). [ 69 ]
La película de hidrogel de poliacrilato [ 70 ] del estudio de 2022 tiene aplicaciones más amplias, incluyendo posibles usos en la construcción de edificios y sistemas de gestión térmica a gran escala. Esta investigación se centró en una película desarrollada para la refrigeración pasiva híbrida. La película utiliza poliacrilato de sodio , un material industrial de bajo costo, para lograr una alta reflectancia solar y una alta emisividad en el infrarrojo medio. Una característica importante de este material es su capacidad para absorber la humedad atmosférica, lo que facilita la refrigeración por evaporación . Este mecanismo tripartito permite una refrigeración eficiente en diversas condiciones atmosféricas, incluyendo alta humedad o acceso limitado a cielos despejados. [ 70 ]
Metatejidos
Los PDRC pueden estar hechos de metatejidos, que se pueden usar en prendas de vestir para regular la temperatura corporal. La mayoría de los metatejidos están hechos de fibras a base de petróleo. [ 74 ] Por ejemplo, un estudio de 2023 informó que "es necesario desarrollar nuevas películas fibrosas de celulosa flexibles con microestructuras jerárquicas similares a la madera para aplicaciones de PDRC en prendas de vestir". [ 59 ]
Un estudio de 2021 seleccionó un compuesto de óxido de titanio y ácido poliláctico (TiO₂ - PLA) con una laminación de politetrafluoroetileno (PTFE). El tejido se sometió a caracterización óptica y térmica, midiendo la reflectividad y la emisividad. Las simulaciones numéricas, incluyendo la teoría de Lorenz-Mie y las simulaciones de Monte Carlo , fueron cruciales para predecir el rendimiento del tejido y guiar su optimización. Se realizaron pruebas mecánicas para evaluar la durabilidad, la resistencia y la practicidad del tejido. [ 75 ]
El estudio reveló una capacidad excepcional para facilitar el enfriamiento radiativo. El tejido alcanzó una emisividad del 94,5 % y una reflectividad del 92,4 %. Esta combinación de alta emisividad y reflectividad es fundamental para sus capacidades de enfriamiento, superando significativamente a los tejidos tradicionales. Además, las propiedades mecánicas del tejido, incluyendo resistencia, durabilidad, impermeabilidad y transpirabilidad, confirmaron su idoneidad para prendas de vestir. [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]
Aerogeles
Los aerogeles ofrecen un material potencial de bajo costo y escalable para la producción en masa. Algunos aerogeles pueden considerarse una alternativa más ecológica a otros materiales, con potencial de degradación y ausencia de sustancias químicas tóxicas. [ 79 ] [ 57 ] Los aerogeles pueden ser útiles como aislamiento térmico para reducir la absorción solar y la ganancia de calor parásita, mejorando así el rendimiento de refrigeración de los PDRC. [ 80 ]
nanoburbujas
Los pigmentos absorben la luz. Las burbujas de jabón muestran un prisma de diferentes colores en sus superficies. Estos colores resultan de la forma en que la luz interactúa con los distintos grosores de la superficie de la burbuja, lo que se denomina color estructural . Un estudio informó que los nanocristales de celulosa (CNC), que se derivan de la celulosa que se encuentra en las plantas, podrían convertirse en películas iridiscentes y coloridas sin pigmentos añadidos. Crearon películas de colores azul, verde y rojo que, al colocarse bajo la luz solar, eran en promedio casi 7 °F más frías que el aire circundante. La película generó más de 120 W⋅m⁻² de potencia de enfriamiento. [ 83 ]
Superficies biodegradables
Muchos de los materiales propuestos para el enfriamiento radiativo no son biodegradables . Un estudio de 2022 informó que "los materiales sostenibles para el enfriamiento radiativo no se han investigado lo suficiente". [ 30 ]
Microrejilla
Un dispositivo fotónico de microrejilla de sílice enfrió células de silicio comerciales en 3,6 °C bajo una intensidad solar de 830–990 W⋅m −2 . [ 84 ]
Aplicaciones
El enfriamiento radiativo diurno pasivo tiene "el potencial de aliviar simultáneamente los dos principales problemas de la crisis energética y el calentamiento global" [ 1 ] junto con una "tecnología de refrigeración de protección ambiental". [ 36 ] Los PDRC tienen una variedad de aplicaciones potenciales, pero actualmente se aplican con mayor frecuencia a diversos aspectos del entorno construido , como envolventes de edificios , pavimentos fríos y otras superficies para disminuir la demanda de energía, los costos y las emisiones de CO 2. [ 85 ] El PDRC se ha aplicado para el enfriamiento de espacios interiores , enfriamiento urbano exterior, eficiencia de células solares , enfriamiento de condensadores de centrales eléctricas , entre otras aplicaciones. [ 7 ] [ 4 ] [ 29 ] Para aplicaciones exteriores, la durabilidad del PDRC es un requisito importante. [ 45 ]
Refrigeración de espacios interiores

La aplicación más común es en las envolventes de los edificios, incluidos los techos fríos . Un PDRC puede duplicar el ahorro energético de un techo blanco. [ 4 ] Esto convierte a los PDRC en una alternativa o complemento al aire acondicionado que reduce la demanda de energía y disminuye la liberación de hidrofluorocarbonos (HFC) a la atmósfera. Los HFC pueden ser miles de veces más potentes que el CO 2 . [ 7 ] [ 4 ] [ 37 ] [ 8 ]
El aire acondicionado representa entre el 12 % y el 15 % del consumo energético mundial, [ 7 ] [ 74 ] mientras que las emisiones de CO 2 del aire acondicionado representan el 13,7 % de las emisiones de CO 2 relacionadas con la energía , aproximadamente 52,3 EJ anuales [ 36 ] o el 10 % de las emisiones totales. [ 74 ] Se espera que las aplicaciones de aire acondicionado aumenten. [ 26 ] Sin embargo, esto puede reducirse significativamente con la producción en masa de PDRC de bajo coste para la refrigeración de espacios interiores. [ 7 ] [ 8 ] [ 87 ] Una superficie PDRC multicapa que cubra el 10 % del techo de un edificio puede reemplazar el 35 % del aire acondicionado utilizado durante las horas más calurosas del día. [ 7 ]
En las zonas residenciales suburbanas unifamiliares , los sistemas PDRC pueden reducir los costos de energía entre un 26 % y un 46 % en los Estados Unidos [ 86 ] y disminuir las temperaturas en promedio en 5,1 °C. Con la adición de "almacenamiento de frío para utilizar el exceso de energía de enfriamiento del agua generada durante las horas de menor demanda, los efectos de enfriamiento para el aire interior durante los períodos de máxima demanda de enfriamiento pueden mejorarse significativamente" y las temperaturas del aire pueden reducirse entre 6,6 y 12,7 °C. [ 88 ]
En las ciudades, los PDRC pueden producir importantes ahorros de energía y costos. En un estudio sobre ciudades de EE. UU., Zhou et al. encontraron que "las ciudades en regiones cálidas y áridas pueden lograr altos ahorros anuales de consumo de electricidad de >2200 kilovatios-hora (kW⋅h), mientras que <400 kW⋅h es alcanzable en ciudades más frías y húmedas", clasificando de mayor a menor ahorro de consumo de electricidad de la siguiente manera: Phoenix (~2500 kW⋅h), Las Vegas (~2250 kW⋅h), Austin (~2100 kW⋅h), Honolulu (~2050 kW⋅h), Atlanta (~1500 kW⋅h), Indianápolis (~1200 kW⋅h), Chicago (~1150 kW⋅h), Ciudad de Nueva York (~900 kW⋅h), Minneapolis (~850 kW⋅h), Boston (~750 kW⋅h), Seattle (~350 kW⋅h). [ 88 ] En un estudio que proyectaba ahorros de energía para las ciudades indias en 2030, Mumbai y Kolkata tenían un potencial de ahorro de energía menor, Jaisalmer , Varanasi y Delhi tenían un potencial mayor, aunque con variaciones significativas de abril a agosto dependiendo de la humedad y la cobertura de viento. [ 48 ]
El creciente interés y aumento en la aplicación de PDRC a edificios se ha atribuido al ahorro de costos relacionado con "la enorme magnitud de la superficie construida global, con un tamaño de mercado de ~$27 mil millones en 2025", según una estimación de un estudio de 2020. [ 85 ]
Refrigeración de espacios urbanos exteriores

Las superficies PDRC pueden mitigar el calor extremo del efecto de isla de calor urbana que se produce en más de 450 ciudades en todo el mundo. Puede ser hasta 10–12 °C (18–22 °F) más caliente en las áreas urbanas que en las áreas rurales cercanas . [ 9 ] [ 10 ] En un día caluroso promedio de verano, los techos de los edificios pueden estar 27–50 °C (49–90 °F) más calientes que el aire circundante, calentando aún más las temperaturas del aire por convección . Los techos oscuros bien aislados son significativamente más calientes que todas las demás superficies urbanas, incluidos los pavimentos de asfalto, [ 10 ] aumentando aún más la demanda de aire acondicionado (lo que acelera aún más el calentamiento global y la isla de calor urbana a través de la liberación de calor residual al aire ambiente) y aumentando los riesgos de enfermedades relacionadas con el calor y efectos fatales para la salud. [ 9 ] [ 39 ] [ 40 ]
Los PDRC se pueden aplicar a los techos de edificios y refugios urbanos para reducir significativamente las temperaturas superficiales con consumo energético cero al reflejar el calor fuera del entorno urbano y hacia el espacio exterior. [ 9 ] [ 10 ] El principal obstáculo para la implementación de los PDRC es el deslumbramiento que puede producirse por el reflejo de la luz visible en los edificios circundantes. Las superficies de PDRC de color pueden mitigar el deslumbramiento. [ 62 ] como Zhai et al. [ 26 ] "Pinturas superblancas con esferas retrorreflectantes comerciales de alto índice (n~1,9) ", [ 62 ] o el uso de materiales retrorreflectantes (RRM) también pueden mitigar el deslumbramiento. [ 10 ] Los edificios circundantes sin PDRC pueden debilitar la capacidad de enfriamiento de los PDRC. [ 86 ]
Incluso cuando se instalan en techos en áreas urbanas de alta densidad, los paneles de enfriamiento radiativo de banda ancha reducen las temperaturas superficiales a nivel de la acera . [ 89 ] Un estudio de 2022 evaluó los efectos de las superficies PDRC en invierno, incluyendo PDRC no moduladas y moduladas, en el área metropolitana de Calcuta . Un PDRC no modulado con una reflectancia de 0,95 y una emisividad de 0,93 redujo las temperaturas de la superficie del suelo en casi 4,9 °C (8,8 °F) y con una reducción promedio diurna de 2,2 °C (4,0 °F) . [ 9 ]
Si bien en verano los efectos de enfriamiento de los PDRC de banda ancha no modulados pueden ser deseables, en invierno podrían generar un incómodo efecto de "sobreenfriamiento" para la población urbana y, por lo tanto, aumentar el consumo de energía para calefacción. Esto se puede mitigar con PDRC modulados de banda ancha, que, según se ha descubierto, podrían aumentar las temperaturas ambientales urbanas diarias entre 0,4 y 1,4 °C (0,72 y 2,52 °F) en invierno. Si bien en Calcuta es improbable que se produzca un "sobreenfriamiento", en otros lugares podría tener consecuencias indeseadas. Por lo tanto, los PDRC modulados podrían ser preferibles en ciudades con veranos cálidos e inviernos fríos para un enfriamiento controlado, mientras que los PDRC no modulados podrían ser más beneficiosos para ciudades con veranos calurosos e inviernos moderados. [ 9 ]
En un estudio sobre paradas de autobús urbanas , se descubrió que la mayoría de ellas no proporcionan confort térmico a los pasajeros , mientras que un árbol podría proporcionar 0,5 °C (0,90 °F) más de refrigeración. [ 86 ] Otros métodos para enfriar las paradas suelen implicar aire acondicionado u otras medidas que consumen mucha energía. Las paradas urbanas con techos PDRC pueden reducir significativamente las temperaturas sin consumo de energía, mientras que añadir una cubierta de infrarrojo medio no recíproca puede aumentar los beneficios al reducir la radiación atmosférica entrante y reflejar la radiación de los edificios circundantes. [ 86 ]
Para la refrigeración de espacios urbanos exteriores, un estudio de 2021 recomendó que el PDRC en áreas urbanas se centre principalmente en aumentar el albedo siempre que la emisividad se pueda mantener por encima del 90 %. [ 10 ]
eficiencia de la energía solar

Las superficies PDRC se pueden integrar con plantas de energía solar , denominadas refrigeración radiativa de energía solar (SE-RC), para mejorar la funcionalidad y el rendimiento al evitar que las células solares se sobrecalienten y, por lo tanto, se degraden. Dado que las células solares de silicio tienen una eficiencia máxima del 33,7 % (con un panel comercial promedio que alcanza alrededor del 20 %), la mayor parte de la potencia absorbida produce exceso de calor y aumenta la temperatura de funcionamiento. [ 4 ] [ 72 ] La eficiencia de la célula solar disminuye entre un 0,4 % y un 0,5 % por cada grado Celsius de aumento de temperatura. [ 4 ]
Los PDRC pueden prolongar la vida útil de las células solares al reducir la temperatura de funcionamiento del sistema. [ 72 ] La integración de los PDRC en sistemas de energía solar también es relativamente sencilla, dado que "la mayoría de los sistemas de captación de energía solar tienen un diseño estructural de placa plana orientada hacia el cielo, similar a los sistemas de refrigeración radiativa". Se ha informado que la integración aumenta la ganancia de energía por unidad de área, al tiempo que incrementa la fracción del día en que la célula está en funcionamiento. [ 14 ]
Se han propuesto métodos para mejorar potencialmente el rendimiento de la refrigeración. Un estudio de 2022 propuso utilizar una "estrategia de gestión sinérgica de espectro completo (FSSM) para refrigerar las células solares, que combina la refrigeración radiativa y la división espectral para mejorar la disipación de calor radiativo y reducir el calor residual generado por la absorción de fotones sub-BG". [ 90 ]
Gestión térmica personal
La gestión térmica personal (PTM) emplea PDRC en tejidos para regular la temperatura corporal durante el calor extremo. Si bien otros tejidos son útiles para la acumulación de calor, "pueden provocar un golpe de calor en climas cálidos". [ 91 ] Un estudio de 2021 afirmó que "la incorporación de estructuras de enfriamiento radiativo pasivo en las tecnologías de gestión térmica personal podría proteger eficazmente a los seres humanos contra la intensificación del cambio climático global". [ 92 ]
Los PDRC portátiles pueden presentarse en diferentes formas y están dirigidos a trabajadores al aire libre. Los productos se encuentran en la etapa de prototipo . [ 78 ] [ 93 ] Aunque la mayoría de los textiles son blancos, los materiales portátiles de colores específicos pueden ser apropiados en algunos contextos. [ 4 ]
Refrigeración del condensador de la central eléctrica
Los condensadores de las centrales eléctricas utilizados en centrales termoeléctricas y centrales solares de concentración (CSP) pueden enfriar el agua para su uso eficaz dentro del intercambiador de calor . Un estudio de un estanque cubierto con un enfriador radiativo informó que se podría alcanzar un flujo de 150 W/m² sin pérdida de agua. [ 7 ] El PDRC puede reducir el uso de agua y la contaminación térmica causada por el enfriamiento del agua . [ 5 ]
Una revisión informó que complementar el condensador enfriado por aire para paneles de enfriamiento radiativo en el condensador de una central termoeléctrica logró un efecto de enfriamiento de 4096 kWhth/día con un consumo de energía de bombeo de 11 kWh/día. [ 7 ] Se informó que una planta solar de concentración (CSP) en el ciclo supercrítico de CO₂ a 550 ° C produjo una ganancia de producción neta del 5 % sobre un sistema enfriado por aire mediante la integración con un enfriador radiativo de capacidad de 14 m²/kWe. [ 7 ]
Regulación térmica de edificios
Además de la refrigeración, las superficies PDRC pueden modificarse para la regulación térmica bidireccional (refrigeración y calefacción). [ 9 ] Esto se puede lograr mediante la conmutación de la emitancia térmica entre valores altos y bajos. [ 9 ] [ 4 ]
Generación termoeléctrica
Cuando se combina con un generador termoeléctrico, una superficie PDRC puede generar pequeñas cantidades de electricidad. [ 4 ]
Refrigeración de automóviles e invernaderos
Los espacios cerrados térmicamente, incluidos los automóviles y los invernaderos , son particularmente susceptibles a aumentos de temperatura perjudiciales. Esto se debe a la gran cantidad de ventanas, que son transparentes a la radiación solar incidente pero opacas a la radiación térmica saliente de onda larga, lo que provoca que se calienten rápidamente bajo el sol. Las temperaturas dentro de un automóvil bajo la luz solar directa pueden alcanzar los 60-82 °C cuando la temperatura ambiente es de tan solo 21 °C. [ 4 ]
Captación de agua
Los rendimientos de recolección de rocío pueden mejorarse mediante PDRC. Los emisores PDRC selectivos con alta emisividad y los emisores de banda ancha pueden producir resultados variables. En un estudio que utilizó un PDRC de banda ancha, el dispositivo condensó ~8,5 mL de agua por día para una intensidad solar máxima de 800 W/m² . [ 4 ] Si bien los emisores selectivos pueden ser menos ventajosos en otros contextos, pueden ser superiores para aplicaciones de recolección de rocío. [ 44 ] Los PDRC podrían mejorar la recolección de agua atmosférica al combinarse con sistemas de generación de vapor solar para mejorar las tasas de recolección de agua. [ 45 ]
Refrigeración con agua y hielo
Las superficies PDRC se pueden instalar sobre la superficie de una masa de agua para su refrigeración. En un estudio controlado, se enfrió una masa de agua 10,6 °C por debajo de la temperatura ambiente mediante el uso de un radiador fotónico. [ 7 ]
Se han desarrollado superficies PDRC para enfriar el hielo y evitar que se derrita bajo la luz solar. Se ha propuesto como un método sostenible para la protección del hielo. Esto también se puede aplicar para proteger los alimentos refrigerados del deterioro. [ 94 ]
Efectos secundarios
Jeremy Munday escribe que, si bien "es probable que ocurran efectos inesperados", las estructuras PDRC "pueden eliminarse inmediatamente si es necesario, a diferencia de los métodos que implican la dispersión de material particulado en la atmósfera, que puede durar décadas". [ 95 ] La inyección de aerosoles estratosféricos "podría causar amenazas potencialmente peligrosas para las operaciones climáticas básicas de la Tierra" que pueden no ser reversibles, prefiriendo PDRC. [ 2 ] Zevenhoven et al. afirman que "en lugar de la inyección de aerosoles estratosféricos (SAI), el blanqueamiento de nubes o una gran cantidad de espejos en el cielo ("geoingeniería de parasoles") para bloquear o reflejar la irradiación solar entrante (onda corta, SW) , la radiación térmica de longitud de onda larga (LW) puede emitirse selectivamente y transferirse a través de la atmósfera al espacio". [ 3 ]
"Sobreenfriamiento" y modulación PDRC

El "sobreenfriamiento" se cita como un efecto secundario de los PDRC que puede ser problemático, especialmente cuando se aplican en áreas de alta población con veranos calurosos e inviernos fríos, característicos de las zonas templadas . [ 19 ] Si bien la aplicación de PDRC en estas áreas puede ser útil en verano, en invierno puede resultar en un aumento del consumo de energía para calefacción y, por lo tanto, puede reducir los beneficios de los PDRC en ahorro de energía y emisiones. [ 9 ] [ 20 ] Según Chen et al., "para superar este problema, se han desarrollado recubrimientos conmutables dinámicamente para prevenir el sobreenfriamiento en invierno o en ambientes fríos". [ 19 ]
Los perjuicios del enfriamiento excesivo pueden reducirse mediante la modulación de los PDRC, aprovechando sus capacidades de enfriamiento pasivo durante el verano y modificándolos para que calienten pasivamente durante el invierno. La modulación puede implicar "cambiar la emisividad o la reflectancia a valores bajos durante el invierno y valores altos durante el período cálido". [ 9 ] En 2022, Khan et al. concluyeron que los PDRC "de bajo costo modulados ópticamente" están "en desarrollo" y "se espera que estén disponibles comercialmente en el mercado pronto, con un alto potencial futuro para reducir el calor urbano en las ciudades sin generar una penalización por enfriamiento excesivo durante los períodos fríos". [ 9 ]
Hay varios métodos para hacer que los PDRC sean "conmutables" para mitigar el sobreenfriamiento. [ 19 ] La mayoría de las investigaciones han utilizado dióxido de vanadio (VO2), un compuesto inorgánico , para lograr efectos de enfriamiento y calentamiento "conmutables" basados en la temperatura. [ 19 ] [ 20 ] Si bien, según Khan et al., desarrollar VO2 es difícil, su revisión encontró que "la investigación reciente se ha centrado en simplificar y mejorar la expansión de técnicas para diferentes tipos de aplicaciones". [ 9 ] Chen et al. encontraron que "se ha dedicado mucho esfuerzo a los recubrimientos de VO2 en la conmutación del espectro infrarrojo medio , y solo unos pocos estudios han informado la capacidad de conmutación de recubrimientos dependientes de la temperatura en el espectro solar". [ 19 ] La conmutación dependiente de la temperatura no requiere entrada de energía adicional para lograr tanto enfriamiento como calentamiento. [ 19 ]
Otros métodos de conmutación de PDRC requieren un aporte de energía adicional para lograr los efectos deseados. Uno de estos métodos implica cambiar el entorno dieléctrico . Esto se puede realizar mediante la humectación y el secado reversibles de la superficie del PDRC con líquidos comunes como agua y alcohol . Sin embargo, para que esto se implemente a gran escala, "se debe considerar el reciclaje y la utilización de los líquidos de trabajo, así como la estanqueidad del circuito de circulación en aplicaciones reales". [ 19 ]
Otro método implica la "conmutación" mediante fuerza mecánica, lo cual puede ser útil y ha sido "ampliamente investigado en recubrimientos de polímero [PDRC] debido a su elasticidad". Para este método, "para lograr un recubrimiento conmutable en εLWIR , se puede aplicar tensión/deformación mecánica en una película delgada de PDMS, que consiste en una rejilla de PDMS y nanopartículas incrustadas ". Un estudio estimó que, con el uso de este método, "se puede ahorrar el 19,2 % de la energía utilizada para calefacción y refrigeración en los EE. UU., lo que es 1,7 veces mayor que el modo de solo refrigeración y 2,2 veces mayor que el modo de solo calefacción", lo que puede inspirar investigación y desarrollo adicionales. [ 19 ]
Deslumbramiento y apariencia visual
El resplandor causado por superficies con alta reflectancia solar puede presentar problemas de visibilidad que pueden limitar la aplicación de PDRC, particularmente en entornos urbanos a nivel del suelo. [ 26 ] Se han desarrollado PDRC que utilizan un "sistema de dispersión" para generar reflexión de manera más difusa y son "más favorables en aplicaciones reales", según Lin et al. [ 96 ]
También se han desarrollado recubrimientos de pintura de color PDRC de bajo costo, que reducen el deslumbramiento y aumentan la diversidad de colores de las superficies PDRC. Si bien parte de la reflectancia solar de la superficie se pierde en el espectro de luz visible, los PDRC de color aún pueden exhibir una capacidad de enfriamiento significativa, como un recubrimiento de Zhai et al., que utilizó un recubrimiento de α- Bi₂O₃ ( similar al color del compuesto) para desarrollar una pintura no tóxica que demostró una reflectancia solar del 99 % y una emisividad térmica del 97 %. [ 26 ]
En general, se observa que existe una compensación entre el potencial de enfriamiento y las superficies de colores oscuros. También se pueden aplicar PDRC de colores menos reflectantes a las paredes, mientras que los PDRC blancos más reflectantes se pueden aplicar a los techos para aumentar la diversidad visual de las superficies verticales, sin dejar de contribuir al enfriamiento. [ 27 ]
Historia

El enfriamiento radiativo pasivo nocturno se conoce desde hace miles de años, con registros que muestran conocimiento por parte de los antiguos iraníes , demostrado a través de la construcción de Yakhchāls , desde el 400 a. C. [ 98 ]
Félix Trombe planteó la hipótesis del PDRC en 1967. El primer montaje experimental se creó en 1975, pero solo tuvo éxito para la refrigeración nocturna. Los desarrollos posteriores para lograr la refrigeración diurna utilizando diferentes composiciones de materiales no tuvieron éxito. [ 7 ]
En la década de 1980, Lushiku y Granqvist identificaron la ventana infrarroja como una forma potencial de acceder al espacio exterior ultrafrío para lograr un enfriamiento diurno pasivo. [ 3 ]
Los primeros intentos de desarrollar materiales de enfriamiento radiativo pasivo diurno se inspiraron en la naturaleza, en particular en la hormiga plateada del Sahara y los escarabajos blancos, observando cómo se enfriaban en calor extremo. [ 4 ] [ 29 ]
La investigación y el desarrollo en PDRC evolucionaron rápidamente en la década de 2010 con el descubrimiento de la capacidad de suprimir el calentamiento solar utilizando metamateriales fotónicos, lo que expandió ampliamente la investigación y el desarrollo en el campo. [ 4 ] [ 29 ]
En 2024, Nissan presentó una pintura que reduce la temperatura interior del automóvil hasta en 11,7 K (21 °F) bajo la luz solar directa. Esta pintura utiliza dos tipos de partículas, cada una operando a una frecuencia diferente. Una refleja la luz infrarroja cercana. La segunda convierte otras frecuencias para que coincidan con la ventana infrarroja, irradiando la energía al espacio. [ 99 ]
Véase también
Referencias
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En consecuencia, es muy deseable diseñar y fabricar PDRC eficientes con una reflectancia solar suficientemente alta (𝜌¯solar) (λ ~ 0,3–2,5
μm) para minimizar la gananciade calor solar y, simultáneamente, una fuerte emitancia térmica LWIR (ε¯LWIR) para maximizar la pérdida de calor radiativo. Cuando el calor radiante que llega del Sol se equilibra con la emisión de calor radiante que sale de él, la temperatura de la Tierra puede alcanzar su estado estacionario.
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Un tercer enfoque alternativo de geoingeniería sería el enfriamiento mejorado por radiación térmica desde la superficie de la Tierra hacia el espacio." [...] "Con 100
W/m2
como
efecto de enfriamiento pasivo demostrado, se necesitaría una cobertura superficial del 0,3%, o el 1% de la superficie de la masa terrestre de la Tierra. Si la mitad se instalara en zonas urbanas edificadas, que cubren aproximadamente el 3% de la superficie terrestre, se necesitaría una cobertura del 17% en esas zonas, y el resto se instalaría en zonas rurales.
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Una de estas alternativas prometedoras es el enfriamiento radiativo, que es un proceso ubicuo de pérdida de calor superficial a través de radiación térmica. En lugar de liberar calor residual en el aire ambiente como los sistemas de enfriamiento convencionales, el enfriamiento radiativo lo descarga pasivamente en el espacio exterior.
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