Floating Pavilion por Public Domain Architects and Deltasync, 2010 RotterdamTambién conocidos como materiales de cambio de fase, mantienen la temperatura ambiente interior constante sin sistemas mecánicos, son ligeros, y tienen el potencial de reducir en el consumo de energías no renovables en las urbes
Las construcciones contemporáneas han implementado grandes innovaciones tecnológicas y de diseño a cara a las condiciones ambientales severas, como lo es la temperatura y la incidencia solar extrema. No obstante, no todas las construcciones pueden ser ajustadas para enfrentar estos retos (ya sea por inviabilidad económica o desconocimiento de tecnologías) por lo que el uso de energía en las viviendas y edificios resultan altamente ineficiente y en su diseño raras veces se considera el confort térmico.
Es así como la climatización pasiva es una solución prometedora frente a esta problemática, y como parte de esta, los materiales PCM. Los materiales de cambio de fase (PCM- Phase Change Materials- en sus siglas en inglés) son sustancias que absorben y liberan grandes cantidades de energía térmica al fundirse o congelarse. Esto se debe a que el material está diseñado en torno a una propiedad fundamental de la naturaleza en la que los materiales transfieren el calor de manera más eficaz durante un cambio de fase. Su apliación va desde su su en ingeniería aeroespacial, hasta compresas térmica para aliviar dolores, cajas térmicas en la industria farmacéuticos, o ropa.
Diagrama del de cambio de fase del PCM
Edificios inteligentes
En la industria de la construcción, estos materiales son desarrollados como aislamientos en fachada o techos en forma de paneles o “almohadillas”. En temperaturas altas, su composición cambiará de sólido a líquido al absorber el exceso de calor, en invierno ocurre lo contrario, cuando la temperatura empiece a descender el material empezará a ceder calor al aire interior. Por lo que, no solo mantiene la temperatura ambiente interior constante sin tener que recurrir a sistemas de climatización, sino que gracias a su masa térmica requiere menos sección de material, y reducen la huella de carbono al reducir el estrés en los sistemas de refrigeración mecánica en edificios.
Materiales de construcción delgados, físicamente livianos, pero térmicamente pesados que contienen material de cambio de fase (PCM)
Posibilidades de uso de almohadillas BioPCM® por el fabricante Phase Change Material
Almohadilla PCM en revestimiento
Un ejemplo de esta tecnología es el edificio de Ciencias de la Universidad en Washington en Seattle por Perkins&Will en 2018. El diseño aprovecha al máximo los cambios de temperatura extremos diurnos que ocurren naturalmente el noroeste del Pacífico. Para ello se colocó en cavidades sobre cada piso una manta PMC, donde podía absorber el calor de la ganancia solar, de los equipos y de las personas. Por la noche, el sistema de compuertas activa las persianas que funcionan junto con los ventiladores. Este sistema atrae el aire fresco del exterior sobre la manta PCM, lo que le permite liberar el calor absorbido durante el día y expulsarlo al exterior. Este proceso permite que la manta se recargue, permitiéndole absorber el exceso de calor del día siguiente.
Edificio de Ciencias de la Universidad en Washington en Seattle por Perkins&Will en 2018
Ciudades inteligentes
Los PCM tienen el potencial de reducir paulatinamente en el costo de la electricidad en las ciudades y mitigar los cortes de electricidad debidos a altas demandas. En Norte América, China, Japón, Australia, el sur de Europa y otros países desarrollados con veranos calurosos, la oferta máxima es al mediodía, mientras que la demanda máxima es entre las 17:00 y las 20:00. Es ahí donde los PMR juegan un rol vital al almacenar energía que será usada en invierno, y mantener fresco los espacios interiores durante la temporada de calor. Además de crecer la demanda de plantas de almacenamiento de energía, esto genería menor dependencia de fuentes no renovables.
Una iniciativa de materiales PCM en ciudades inteligentes es el Floating Pavilion por Public Domain Architects and Deltasync. Este edificio sostenible ha sido un ícono en la ciudad de Rotterdam, demostrando la resiliencia climática y la flexibilidad de los desarrollos urbanos flotantes. En el auditorio, la cúpula más pequeña, se han utilizado PCM, debido a la carga de calor que cambia rápidamente causada por el cambio de ocupación. La función de los PCM es amortiguar las fluctuaciones de temperatura en las habitaciones.
La demanda de refrigeración durante el día se satisface mediante la recirculación de aire alrededor del PCM y mediante refrigeración por evaporación indirecta en combinación con sorción y colectores solares. Por la noche, una unidad de aire acondicionado asegura que el PCM se "recargue".
Potencial y desventajas
Una limitación importante de los PCM es la conductividad térmica y la difusividad deficiente. Otros problemas que afectan a la mayoría de los PCM incluyen la separación de fases, el sobre enfriamiento, la corrosión, la expansión de volumen y las fugas durante la transición de fase. Es por eso que, su difusión y producción ha estado limitada a medida que se elaboran mejores y más eficientes productos PCM. Así mismo, esta limitación está directamente relacionada con el acceso de este producto en zonas remotas. Sin embargo, Los sistemas de almacenamiento de energía térmica basados en materiales de cambio de fase (PCM) ofrecen una alta eficiencia en comparación con otros sistemas de enfriamiento y calefacción, además de su bajo peso (lo que facilita el transporte y almacenamiento), recuperación o ciclos reversibles y formas ecológicas de reutilizar la energía natural.
La aplicación de sistemas pasivos es un criterio fundamental, no solo en términos de números, sino como alternativa para reducir la brecha entre una emergencia climática la desigualdad social, donde las baterías de paneles solares o sofisticados sistemas son inimaginables.
Escrito por Paula Cano desde ESTADOS UNIDOS
Fotografías de Phase Change Solutions, Perkins&Will, Public Domain Architects
