El enfriamiento radiativo es una de las pocas formas en que un objeto en el espacio puede liberar energía. En particular, las estrellas enanas blancas ya no generan energía por fusión o contracción gravitacional, y no tienen viento solar. Así que la única forma en que sus cambios de temperatura es por enfriamiento radiativo. Esto hace que su temperatura en función de la edad sea muy predecible, por lo que al observar la temperatura, los astrónomos pueden deducir la edad de la estrella.[1]​[2]​.

Fabricación de hielo nocturno en la India temprana e Irán

En la India, antes de la invención de la tecnología de refrigeración artificial, la fabricación de hielo por enfriamiento nocturno era común. El aparato consistía en una bandeja de cerámica poco profunda con una fina capa de agua, colocada al aire libre con una clara exposición al cielo nocturno. El fondo y los lados estaban aislados con una gruesa capa de heno. En una noche clara, el agua perdería calor hacia arriba por la radiación. Siempre que el aire estuviera en calma y no muy por encima del punto de congelación, la ganancia de calor del aire circundante por convección era lo suficientemente baja como para permitir que el agua se congele.[3]​ Una técnica similar fue utilizada en Irán también.[4]​.

Arquitectura

Los techos fríos combinan una alta reflectancia solar con una alta emisión de infrarrojos, lo que reduce simultáneamente la ganancia de calor del sol y aumenta la eliminación de calor a través de la radiación. Por lo tanto, el enfriamiento radiativo ofrece un inmenso potencial para el enfriamiento pasivo complementario de los edificios residenciales y comerciales.[5]​ Las superficies de construcción tradicionales, como los recubrimientos de pintura, ladrillos y concreto tienen altas emisiones de hasta 0,96.[6]​ En consecuencia, irradian calor hacia el cielo para enfriar pasivamente los edificios durante la noche. Si se hacen lo suficientemente reflectantes a la luz solar, estos materiales también pueden lograr un enfriamiento radiativo durante el día.

Los refrigeradores por radiación más comunes que se encuentran en los edificios son los recubrimientos de pintura blanca para techos fríos, que tienen reflectancias solares de hasta 0,94 y emisiones térmicas de hasta 0,96.[7]​ La reflectancia solar de las pinturas surge de la dispersión óptica de los pigmentos dieléctricos incrustados en la resina de pintura polimérica, mientras que la emisión térmica proviene de la resina polimérica en sí. Sin embargo, debido a que los pigmentos blancos típicos, como el dióxido de titanio y el óxido de zinc, absorben la radiación ultravioleta, las reflectancias solares de las pinturas basadas en dichos pigmentos no superan los 0.95. Recientemente, los investigadores han desarrollado recubrimientos de polímeros porosos que se pueden pintar, cuyos poros dispersan la luz solar para proporcionar una reflectancia solar de 0,96 y una emisión térmica de 0,97.[8]​ En experimentos bajo luz solar directa, los recubrimientos alcanzan temperaturas de 6 °C y una potencia de enfriamiento de 96 W/m².

Otras estrategias de enfriamiento radiativo notables incluyen películas dieléctricas en espejos metálicos,[9]​ y compuestos de polímeros o polímeros en películas de plata o aluminio.[10]​ En 2014, los investigadores desarrollaron una estructura fotónica térmica de múltiples capas que emite selectivamente radiación infrarroja de longitud de onda larga al espacio, y puede lograr un enfriamiento subambiente de 5 °C bajo la luz solar directa.[11]​ También se han informado películas de polímero plateado con reflectancias solares de 0,97 y una emisión térmica de 0,96, que se mantienen a 11 °C más frías que las pinturas blancas comerciales bajo el sol de mediados de verano.[12]​ Los investigadores también han explorado diseños con dióxido de silicio "Óxido de silicio (IV)") dieléctrico o partículas de carburo de silicio incrustadas en polímeros que son translúcidos en las longitudes de onda solares y emisivos en el infrarrojo.[13]​[14]​ En 2017, se informó un ejemplo de este diseño con microesferas de sílice polar resonantes incrustadas al azar en una matriz polimérica.[15]​ El material es translúcido a la luz solar y tiene una emisividad infrarroja de 0.93 en la ventana de transmisión atmosférica infrarroja. Cuando está respaldado con un revestimiento de plata, el material alcanzó un poder de enfriamiento radiativo al mediodía de 93 W/m² bajo la luz solar directa junto con una fabricación económica de alto rendimiento y de rollo a rollo.

El enfriamiento radiativo es una de las pocas formas en que un objeto en el espacio puede liberar energía. En particular, las estrellas enanas blancas ya no generan energía por fusión o contracción gravitacional, y no tienen viento solar. Así que la única forma en que sus cambios de temperatura es por enfriamiento radiativo. Esto hace que su temperatura en función de la edad sea muy predecible, por lo que al observar la temperatura, los astrónomos pueden deducir la edad de la estrella.[1]​[2]​.

Fabricación de hielo nocturno en la India temprana e Irán

En la India, antes de la invención de la tecnología de refrigeración artificial, la fabricación de hielo por enfriamiento nocturno era común. El aparato consistía en una bandeja de cerámica poco profunda con una fina capa de agua, colocada al aire libre con una clara exposición al cielo nocturno. El fondo y los lados estaban aislados con una gruesa capa de heno. En una noche clara, el agua perdería calor hacia arriba por la radiación. Siempre que el aire estuviera en calma y no muy por encima del punto de congelación, la ganancia de calor del aire circundante por convección era lo suficientemente baja como para permitir que el agua se congele.[3]​ Una técnica similar fue utilizada en Irán también.[4]​.

Arquitectura

Los techos fríos combinan una alta reflectancia solar con una alta emisión de infrarrojos, lo que reduce simultáneamente la ganancia de calor del sol y aumenta la eliminación de calor a través de la radiación. Por lo tanto, el enfriamiento radiativo ofrece un inmenso potencial para el enfriamiento pasivo complementario de los edificios residenciales y comerciales.[5]​ Las superficies de construcción tradicionales, como los recubrimientos de pintura, ladrillos y concreto tienen altas emisiones de hasta 0,96.[6]​ En consecuencia, irradian calor hacia el cielo para enfriar pasivamente los edificios durante la noche. Si se hacen lo suficientemente reflectantes a la luz solar, estos materiales también pueden lograr un enfriamiento radiativo durante el día.

Los refrigeradores por radiación más comunes que se encuentran en los edificios son los recubrimientos de pintura blanca para techos fríos, que tienen reflectancias solares de hasta 0,94 y emisiones térmicas de hasta 0,96.[7]​ La reflectancia solar de las pinturas surge de la dispersión óptica de los pigmentos dieléctricos incrustados en la resina de pintura polimérica, mientras que la emisión térmica proviene de la resina polimérica en sí. Sin embargo, debido a que los pigmentos blancos típicos, como el dióxido de titanio y el óxido de zinc, absorben la radiación ultravioleta, las reflectancias solares de las pinturas basadas en dichos pigmentos no superan los 0.95. Recientemente, los investigadores han desarrollado recubrimientos de polímeros porosos que se pueden pintar, cuyos poros dispersan la luz solar para proporcionar una reflectancia solar de 0,96 y una emisión térmica de 0,97.[8]​ En experimentos bajo luz solar directa, los recubrimientos alcanzan temperaturas de 6 °C y una potencia de enfriamiento de 96 W/m².

Otras estrategias de enfriamiento radiativo notables incluyen películas dieléctricas en espejos metálicos,[9]​ y compuestos de polímeros o polímeros en películas de plata o aluminio.[10]​ En 2014, los investigadores desarrollaron una estructura fotónica térmica de múltiples capas que emite selectivamente radiación infrarroja de longitud de onda larga al espacio, y puede lograr un enfriamiento subambiente de 5 °C bajo la luz solar directa.[11]​ También se han informado películas de polímero plateado con reflectancias solares de 0,97 y una emisión térmica de 0,96, que se mantienen a 11 °C más frías que las pinturas blancas comerciales bajo el sol de mediados de verano.[12]​ Los investigadores también han explorado diseños con dióxido de silicio "Óxido de silicio (IV)") dieléctrico o partículas de carburo de silicio incrustadas en polímeros que son translúcidos en las longitudes de onda solares y emisivos en el infrarrojo.[13]​[14]​ En 2017, se informó un ejemplo de este diseño con microesferas de sílice polar resonantes incrustadas al azar en una matriz polimérica.[15]​ El material es translúcido a la luz solar y tiene una emisividad infrarroja de 0.93 en la ventana de transmisión atmosférica infrarroja. Cuando está respaldado con un revestimiento de plata, el material alcanzó un poder de enfriamiento radiativo al mediodía de 93 W/m² bajo la luz solar directa junto con una fabricación económica de alto rendimiento y de rollo a rollo.