Advanced daytime radiative cooling: worldwide potential in the builtenvironment

308 p.La tesis "Advanced Daytime Radiative Cooling: Worldwide Potential in the Built-Environment" tiene como objetivo calcular el potencial mundial de enfriamiento radiativo para su futura aplicación en arquitectura. Para ello, se consideran diferentes aspectos necesarios para su correcta implementación, desde el diseño de la configuración óptica ideal del material, el tipo de aplicación, el diseño de material, la fabricación y técnicas de deposición, el ensayo de los materiales bajo diferentes condiciones meteorológicas, adecuación climática y el cálculo del potencial de enfriamiento radiativo en diferentes climas. El contexto energético actual hace que las propuestas de refrigeración basadas en enfriamiento radiativo sean de especial interés ya que no requieren de consumo energético. El enfriamiento radiativo diurno aparece como una fuente de refrigeración alternativa; estos materiales consiguen enfriarse incluso con radiación solar incidente al emitir radiación infrarroja a través de la ventana de transparencia de la atmósfera al espacio. La mayoría de los estudios de enfriamiento radiativo consideran unos materiales difíciles de fabricar y de elevado coste; dificultando su aplicación. Por otro lado, los experimentos suelen realizarse en condiciones ideales, cielos despejados y sin edificios colindantes que emitan radiación.Esta Tesis incluye información relevante sobre el contexto teórico y experimental para el desarrollo de materiales de enfriamiento radiativo para su aplicación posterior en arquitectura. La sencilla técnica de deposición presentada, el bajo coste y el rendimiento de los materiales han reducido el salto para la aplicación de los materiales diurnos de enfriamiento radiativo como materiales de la envolvente y como sistemas activos. Los materiales desarrollados son unos candidatos excelentes para contrarrestar el efecto de la Isla de Calor Urbana y reducir la carga de refrigeración

Experimental development and testing of low-cost scalable radiative cooling materials for building applications

Urban overheating has a serious impact on building energy consumption. Daytime radiative cooling materials are an interesting passive solution for refrigeration. However, their costs and complex manufacturing hinder their current application. In this study, a series of scalable and lowcost daytime radiative cooling (DTRC) materials were designed, fabricated, and tested in a moderate climate (Cfb-Köppen-Geiger classification) and compared to aluminum and Vikuiti. The methodology was: i) material selection and design, (ii) optimization, (iii) fabrication, (iv) characterization, and (v) testing. The materials were fabricated using different substrates, aluminum and Vikuiti, and two kinds of formulations for the emissive layers based on silica-derived polymer polymethylsilsesquioxane (PMSQ) with embedded silica nanoparticles. The resulting aluminum DTRC materials had a mean solar reflectivity of 0.7 and 0.34 emissivity in the atmospheric window, the samples with Vikuiti had 0.97 and 0.89, respectively. During the experiment, the samples were exposed to different ambient conditions without a convection barrier and were contained in an extruded polystyrene board to eliminate conduction. The samples reached 7.32 °C and 9.13 °C maximum surface temperature reduction (below ambient) during the day and night, respectively. The samples with the commercial substrate achieved a mean reduction of 3.72 °C below ambient temperature. Although the aluminum samples did not achieve subambient cooling throughout the entire day, the emissive layer reduced the sample's surface temperature by an average of 1.7 °C. The PMSQ radiative cooling materials show great potential for future building applications. Suitability under different climates and experimental settings should be done to test broad applicability.The materials development in this research received a grant from the Government of Navarre "Convocatoria proyectos I + D 2019" file number 0011-1365-2019-000051; and financial support from Alonso Hernandez & asociados arquitectura, S. L