11/06/2019 - Materiales de cambio de fase para acumular calor en fachadas y muros

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Un equipo de investigadores -del que ha formado parte Lorenzo Olivieri, de la ETS Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) - ha llevado a cabo un estudio centrado en desarrollar un nuevo elemento radiante prefabricado para fachadas con elevada capacidad de almacenamiento térmico mediante la incorporación de materiales de cambio de fase. La ventaja de estos materiales es que permite aprovechar el calor latente intercambiado durante los cambios de estado, lo que permite almacenar una mayor cantidad de calor en un mismo volumen con respecto a otros sistemas basados únicamente en calor sensible.

La tendencia del sector de la edificación está muy alejada del Escenario de Desarrollo Sostenible definido por la Agencia Internacional de la Energía, que indica el rumbo global que habría que seguir para cumplir simultáneamente con los tres principales Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con la energía. Las políticas energéticas implementadas en muchas regiones en la última década están consiguiendo reducir la intensidad energética por metro cuadrado construido, pero esta mejora no está siendo lo suficientemente rápida como para compensar el crecimiento del parque construido, que a nivel global se ha duplicado en apenas 30 años. Como señala Lorenzo Olivieri, investigador del grupo Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente (GEDIRCI) de la UPM, “el objetivo es conseguir edificios de energía cero que, combinando un diseño ultra-eficiente de la envolvente con la integración de energías renovables, generen localmente la misma cantidad de energía que demandan a lo largo de un año”.

En promedio, la gran mayoría de la energía final empleada en los edificios residenciales europeos se destina a la calefacción (65%) y a la generación de agua caliente sanitaria (15%), siendo todos los otros usos (iluminación, electrodomésticos, aire acondicionado, etc.) mucho menos intensivos. Es decir, el 80% de la energía final en las viviendas se emplea para generar calor. En España, que tiene una climatología favorable con respecto a la media europea, este valor sigue siendo elevado (superior al 60%). Estos datos demuestran que para lograr edificios energéticamente neutros es fundamental utilizar soluciones capaces de proporcionar confort térmico con poca energía externa, permitiendo el máximo aprovechamiento de los recursos energéticos locales. La clave es utilizar estrategias que consientan un cierto desfase temporal entre las horas en las que se dispone del recurso solar, que por su propia naturaleza es intermitente, y las horas en las que el edificio necesita calor para que haya unas condiciones térmicas agradables, o se quiera disponer de agua caliente.

Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja y de la Universitat de Lleida, conjuntamente con el Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones y la empresa INDAGSA y la colaboración de distintas universidades ( Jaume I, Barcelona y Politécnica de Madrid) , han llevado a cabo el proyecto Inphase (dentro del Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad) con el objetivo de desarrollar un nuevo elemento radiante, con elevada capacidad de almacenamiento térmico mediante la incorporación de materiales de cambio de fase PCM (Phase-Change Materials).

En una primera etapa del proyecto se caracterizaron más de 10 PCM comerciales para definir el más adecuado para la utilización en la pared prefabricada. Se analizaron numerosas características como la entalpía de cambio de fase, la conductividad térmica, el calor especifico, las variaciones de volumen y sobre todo la estabilidad de todas estas características a largo plazo, para garantizar una vida útil del elemento igual o superior a la del edificio. El siguiente reto fue diseñar un mortero con el PCM para esa aplicación, siendo uno de los objetivos del proyecto conseguir una incorporación directa del PCM micro-encapsulado dentro de la matriz del mortero, para poderlo utilizar en los procesos de producción convencionales de elementos prefabricados. Para ello, se ensayaron las propiedades térmicas de diferentes morteros de cemento adicionados con PCM, variando el tipo y la cantidad de elementos en la mezcla. Los resultados mostraron que las mejores propiedades térmicas se obtienen utilizando agregados de sílice y aditivos antiespumantes, y permitieron definir la formulación óptima del mortero para el elemento prefabricado.

“El proyecto ha llevado al diseño y la construcción de una solución innovadora para fachadas de edificios residenciales basada en la integración de materiales de cambio de fase en paredes prefabricadas de hormigón, poniendo a disposición de la industria de la construcción una herramienta más para que se construyan edificios más alineados con los retos energéticos a los que se enfrenta nuestra sociedad”, concluye Olivieri.

Ref.

Navarro, L., Solé, A., Martín, M., Barreneche, C., Olivieri, L., Tenorio, J. A., et al. (2019). Benchmarking of useful phase change materials for a building application. Energy and Buildings. 182, 45–50. DOI:10.1016/j.enbuild.2018.10.005.
Olivieri, L., Tenorio, J. A., Revuelta, D., Navarro, L., and Cabeza, L. F. (2018). Developing a PCM-enhanced mortar for thermally active precast walls. Constr. Build. Mater. 181, 638–649. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2018.06.013.

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