Power Shift es la serie de Ellyn Lapointe en Gizmodo donde se exploran los avances en la tecnología verde con especial atención a las energías renovables, la modernización de las redes y la reducción de las emisiones.
Las emisiones de carbono hacen que aumenten las temperaturas promedio de la Tierra, dando lugar a olas de calor sin precedentes, en que los humanos dependemos cada vez más del aire acondicionado. El problema está en que los acondicionadores de aire consumen enormes cantidades de energía y debido a que el mundo sigue dependiendo de los combustibles fósiles, siguen las emisiones de carbono.
Encontrar la solución a este problema representa un importante desafío para la ingeniería, pero se vuelve cada vez más urgente a medida que el mundo se calienta más y más. Llegó el enfriamiento pasivo, con formas no mecánicas de reducir las temperaturas en interiores. No es un concepto nuevo, ya que el enfriamiento pasivo depende de técnicas arquitectónicas que durante siglos se han usado en regiones de extremo calor. Pero la ciencia está refinando y mejorando estos métodos con materiales y tecnologías modernas. Hay varios avances importantes que en los últimos años despertaron interés, pero cada una de las estrategias tiene beneficios, desventajas, y limitaciones.
En una revisión que se publicó este mes en Nature Reviews Clean Technology, los investigadores evaluaron los avances en las diversas técnicas de enfriamiento pasivo, en distintas etapas de desarrollo y adopción. Encontraron que las tecnologías avanzadas de enfriamiento pasivo pueden reducir las temperaturas urbanas pico en hasta 4,5°C, reduciendo significativamente la demanda de enfriamiento mecánico.
“Sin intervención se proyecta que la demanda de enfriamiento se convertirá en uno de los usos de energía de más rápido crecimiento en todo el mundo”, le dijo a Gizmodo en un e-mail el coautor Matthaios Santamouris, profesor distinguido de arquitectura de alta performance de la Universidad de Nueva Gales del Sur. “Nuestra revisión argumenta que el enfriamiento pasivo tendría que considerarse como la primera capa de defensa, reduciendo significativamente la carga de enfriamiento antes de que se requieran sistemas mecánicos”.
El aire acondicionado, en el banquillo de los acusados
Según Santamouris y sus coautores, el enfriamiento representa hoy casi el 10% del consumo global de electricidad y para 2050 la electricidad necesaria para enfriar los edificios de todo el mundo aumentaría en un 210% respecto de los niveles de 2024, además de que en el mismo período se triplicarían las emisiones de gases invernadero causadas por los acondicionadores de aire.
“El enfriamiento pasivo por sí solo no resolverá el cambio climático, pero sí puede efectuar un sustancial aporte a la mitigación del clima y la adaptación”, afirmó. Además, si este enfoque se escala, podría haber acceso más equitativo al enfriamiento ya que el costo del aire acondicionado suele ser inaccesible para las poblaciones de bajos ingresos, quienes son especialmente vulnerables al calor extremo.
Los investigadores evaluaron los avances en el control solar inteligente, la ventilación, el enfriamiento radiativo, el enfriamiento evaporativo y los sistemas híbridos. En el primer caso se busca reducir la cantidad de calor solar que entra en un edificio. Hoy este enfoque depende de sistemas avanzados de sombreado, superficies reflectivas, cristal de ventanas que bloquea ciertos tipos de radiación solar y materiales inteligentes que cambian de color con las fluctuaciones de temperaturas, controlando cuánto calor absorberán. Según Santamouris, las principales barreras para escalar este enfoque son los costos iniciales elevados, la concientización limitada, y un lento ritmo de renovación en los edificios ya existentes.
La ventilación utiliza el aire del exterior para sacar el calor del interior. Tradicionalmente depende de formar corrientes de viento o aire, pero hay nuevas técnicas que combinan controles inteligentes con sistemas de ventilación personalizados, explicó Saantamouris. Sin embargo “la principal limitación es que depende mucho de las condiciones del exterior, y cuando hay olas de calor el aire de afuera también está caliente, con lo que el potencial de enfriamiento es mucho menor”.
En el caso del enfriamiento radiativo, el calor se emite desde las superficies del edificio hacia el espacio, utilizando materiales de construcción que reflejan la mayor parte de la luz solar que ingresa, emitiendo calor como radiación infrarroja por la “ventana atmosférica” que permite que la radiación la atraviese sin que la bloqueen o absorban los gases. El enfriamiento radiativo se limitaba anteriormente al uso nocturno, pero los avances recientes en cuestión de nanomateriales han hecho posible que se use durante el día, según Santamouris. Con todo, todavía no se producen a escala los materiales de alta performance como para que su adopción sea masiva.
El enfriamiento evaporativo aprovecha el efecto refrescante de la evaporación del agua. Hay varios tipos de sistemas de enfriamiento evaporativo, pero el directo, que mueve el aire por almohadillas empapadas en agua, es el que se usa más comúnmente en entornos domésticos. Aunque pueda ser muy eficiente y requiera muy poca energía, es menos efectivo en condiciones de humedad ambiental, explicó Santamouris.
Finalmente, los sistemas híbridos integran varios mecanismos de enfriamiento para maximizar el rendimiento en condiciones climáticas diversas. “Son sistemas que se presentan como prometedores en particular porque pueden eludir algunas de las desventajas de cada una de las tecnologías”, afirmó Santamouris. Los sistemas radiativos-evaporativos pueden ser más resilientes a la humedad que los sistemas que son solo evaporativos, por ejemplo. “El desafío está en la complejidad, el costo y la necesidad de proyectos de demostración a gran escala”, explicó.
El futuro del enfriamiento
A medida que aumentan los niveles de humedad y las temperaturas, las tecnologías de control solar y sistemas de enfriamiento radiativo probablemente se conviertan en las estrategias que dominen el enfriamiento pasivo, junto a los sistemas híbridos. Estos cambios climáticos exacerbarán las limitaciones del enfriamiento evaporativo y la ventilación, aunque pueden demostrar ser efectivos en lugares del mundo que son menos húmedos y más frescos.
Sin embargo, la mayor barrera para escalar el enfriamiento pasivo no está en la técnica, según Santamouris. La mayoría de estas tecnologías ya existen y están probadas, pero el gran desafío está en integrarlas a la práctica corriente de construcción, a las regulaciones, los mecanismos de financiamiento y la planificación urbana.
Basándonos en los resultados de esta revisión, los beneficios hacen que el esfuerzo valga la pena. Dependiendo del clima local, del tipo de construcciones y las tecnologías de enfriamiento que se consideren, las medidas pasivas pueden reducir en mucho la demanda de energía para enfriar las edificaciones y en algunos casos, esa reducción sería de más d ela mitad. “Cuando se empiece a utilizar a escala en las ciudades, se traducirá en importantes reducciones en el consumo de electricidad, en demanda pico y en las emisiones de gases invernadero relacionadas con ese consumo”, afirmó Santamouris.
Con todo, pasará mucho tiempo antes de que eso se logre. Mientras tanto “hay mucho que podemos hacer con tecnología muy simple, que no estamos haciendo ahora”, le dijo a Gizmodo Alexandra Remple, profesora adjunta de diseño ambiental de la Universidad de Oregon. Argumenta que aunque las tecnologías avanzadas de enfriamiento pasivo despiertan entusiasmo, ya contamos con muchas estrategias que son efectivas.
Las ventanas que dan al este deben permanecer cubiertas para producir sombra por las mañanas, y lo mismo se debe hacer con las ventanas que dan al oeste por las tardes, según Rempel. Es muy efectivo utilizar celosías exteriores en las ventanas porque se bloquea el calor solar antes de que ingrese en la casa. Su grupo de investigadores está desarrollando una app que monitorea las condiciones del interior e indica a los usuarios cuándo es momento de cubrir las ventanas con celosías o persianas.
“Integrar el enfriamiento pasivo y los sistemas inteligentes en el hogar es algo que ya está surgiendo”, dijo Rempel.
También destacó el uso de estrategias de flujo de aire de baja tecnología y uso no intensivo de la energía. “Me encantan los ventiladores”, dijo Tempel. Aunque no hacen que baje la temperatura del aire, sí hacen que uno se sienta más fresco porque ayudan a evaporar el sudor de la piel, y utilizarlos por la noche puede hacer que circule aire más fresco por la casa.
Aunque es inevitable que aumente la demanda de aire acondicionado a medida que se calienta el mundo, el uso más extendido del enfriamiento pasivo podría reducir ese aumento de temperaturas, bajando también el nivel de demanda de electricidad, con menos emisiones, menos estrés en la red eléctrica, y un enfriamiento más equitativo. “El objetivo no está en eliminar el aire acondicionado sino en asegurar que no dependamos enteramente de éste”, dijo Santamouris. “En la revisión señalamos que el camino que nos saque del cambio climático no está climatizado con aire acondicionado”.
