Una hoja especialmente fabricado de caucho de silicona ( PDMS ) crea una red de canales que funcionan como un sistema circulatorio artificial . El agua fluye a través de los canales en los días calurosos y soleados , lo que debería ayudar a mantener las ventanas - y el aire dentro de los edificios - cool . (Crédito: Wyss Institute)
Una hoja especialmente fabricado de caucho de silicona ( PDMS ) crea una red de canales que funcionan como un sistema circulatorio artificial . El agua fluye a través de los canales en los días calurosos y soleados , lo que debería ayudar a mantener las ventanas - y el aire dentro de los edificios - cool . (Crédito: Wyss Institute)
Ventanas de cristal grandes proporcionan las condiciones de iluminación más naturales , sino también en alquiler en más calor , por lo tanto, con lo que las facturas de aire acondicionado más altas. Ahora, un sistema circulatorio de microfluidos bioinspirado para Windows desarrollado por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard podría ahorrar energía y reducir los costos de enfriamiento dramáticamente mientras que deja en igual cantidad de luz solar . El mismo sistema circulatorio también podría enfriar los paneles solares en los techos , lo que les permite generar electricidad de manera más eficiente .
Las funciones del sistema circulatorio , como las de los animales vivos , incluidos los seres humanos , que contienen una extensa red de pequeños vasos sanguíneos cerca de la superficie de la piel se dilatan cuando están calientes. Esto permite que circule más sangre , que promueve la transferencia de calor a través de la piel al aire circundante .
El sistema circulatorio artificial puede enfriar un panel de ventana de cristal significativamente - suficiente , si se utiliza a lo largo de un edificio , para ahorrar cantidades significativas de energía y cortar los costes de refrigeración . (Crédito: Wyss Institute)
El sistema circulatorio artificial puede enfriar un panel de ventana de cristal significativamente - suficiente , si se utiliza a lo largo de un edificio , para ahorrar cantidades significativas de energía y cortar los costes de refrigeración . (Crédito: Wyss Institute)
Del mismo modo , el nuevo sistema de ventanas de refrigeración contiene una extensa red de canales ultrafinas cerca de la "piel" de la ventana , el panel a través de la cual el agua puede ser bombeada cuando la ventana está caliente. Los canales consisten en largos canales estrechos , que se moldean en una hoja delgada de caucho de silicona claro que , cuando se estira más de un panel plano de vidrio , crear canales sellados .
" El agua entra a una temperatura baja , discurre junto a una ventana en caliente , y lleva a que la energía térmica de distancia", dijo Benjamin Hatton , Ph.D. , autor principal del estudio . Hatton , quien ahora es profesor asistente de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Toronto, fue miembro del Equipo de Tecnología Avanzada en el Instituto Wyss . Él trabajó en la adaptación plataforma de Tecnologías de Materiales dirigido por Joanna Aizenberg , Ph.D. , quien es un miembro del cuerpo docente del núcleo del Instituto Wyss y Amy Smith Berylson profesor de Ciencia de Materiales de la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Aislamiento de hoy y los métodos de construcción hacen un buen trabajo manteniendo el calor se escape por las paredes, pero la transferencia de calor a través de ventanas de vidrio sigue siendo uno de los principales obstáculos a los edificios energéticamente eficientes. En gran parte , esto es debido a que las moléculas en vidrio absorben la luz infrarroja del sol , el calentamiento de la ventana , que calienta el aire en el interior del edificio de manera significativa .
La idea de las ventanas de vidrio fresco cuando se calientan surgió del trabajo de microfluidos de Don Ingber , MD, Ph.D., director fundador del Instituto Wyss, y su equipo de trabajo en microsistemas biomimética . Ingber es también el Judah Folkman, profesor de Biología Vascular de la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston , y profesor de Bioingeniería en la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Los dispositivos microfluídicos circulan fluidos a través de pequeñas , canales ultradelgadas y se utilizan típicamente para construir pequeños dispositivos para la investigación de laboratorio y diagnóstico clínico . Por el contrario , el equipo de Ingber desarrolló un método innovador para construir dispositivos de microfluidos en gran escala para aplicaciones órgano -on- chip. Primero se utiliza un cortador , un vinilo dispositivo controlado por ordenador que corta los patrones intrincados en grandes hojas de vinilo - para crear un molde de plástico . Luego se vierte silicona líquida en el molde , dejar que se solidifique y retírelo , que crea la fina lámina impregnada con largos y estrechos valles .
Cuando el equipo de microfluidos de Ingber se reunió con el equipo de materiales de adaptación de Aizenberg en las reuniones de plataforma cruzada , surgió la idea de que esta tecnología de microfluidos podría aplicarse a los materiales de construcción para controlar la transferencia de calor , al igual que el flujo de sangre capilar calienta los pies de pingüinos de la Antártida , ya que esperan su compañeros cerca del Polo Sur.
Hatton y el equipo del Instituto Wyss se crearon y probaron un cristal de microfluidos de diez centímetros cuadrados . Encontraron que cuando estos canales estaban llenos de agua, también eran transparentes para el ojo , que es justo lo que la gente quiere en la ventana, dijo Hatton.
A continuación, utiliza una lámpara de calor para calentar un panel con esta vasculatura a 100 de tan caliente como una ventana podría conseguir en un día soleado de verano. Uso de una cámara de infrarrojos especial , mostraron que el sistema circulatorio puede enfriar fácilmente el panel .
Los canales que conforman el sistema circulatorio artificiales son visibles cuando están vacíos (a la izquierda ), pero transparentes cuando están llenos de agua (a la derecha ) . Ventanas con este sistema instalado permanecerían transparente. (Crédito: Wyss Institute)
Los canales que conforman el sistema circulatorio artificiales son visibles cuando están vacíos (a la izquierda ), pero transparentes cuando están llenos de agua (a la derecha ) . Ventanas con este sistema instalado permanecerían transparente. (Crédito: Wyss Institute)
El Instituto Wyss equipo después trabajó con Matthew Hancock, un matemático aplicado en el Instituto Broad en Cambridge, Massachusetts , que ha desarrollado un modelo matemático que permite predecir cómo el sistema circulatorio se realizaría en las ventanas de tamaño normal. Bombeo a sólo media lata de refresco es digno de agua a través del sistema circulatorio de la ventana podría enfriar un cristal de la ventana de tamaño completo con un 8 oC completo ( 14 º F) , calcularon . La energía necesaria para bombear el agua sería mucho menor que la energía térmica del agua absorbida. Esto sugirió que la instalación de las ventanas refrigerados en todo un edificio generaría una gran ganancia neta .
" La idea de utilizar la lección de la naturaleza para crear una especie de piel viva en un edificio es una dirección muy importante y prometedor para cómo los edificios deben y se construirá en el futuro", dijo Chuck Hoberman , un diseñador de EE.UU. galardonado, experto en arquitectura adaptable y Wyss Instituto Visiting Scholar .
" Nuestra nueva tecnología ventana de casa con los avances en microfluidos con el pensamiento creativo acerca de la arquitectura adaptativa , y es el tipo de investigación interdisciplinaria que el Instituto Wyss fue diseñada para fomentar ", dijo Ingber . " Somos optimistas de que las ventanas de microfluidos irán una manera larga hacia ayudar a refrescarse nuestros hogares y edificios comerciales de manera más eficiente .
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