Investigadores de Lituania y Chipre afirman que el período de recuperación de energía del uso de materiales de cambio de fase, nueva tecnología en la industria de la construcción, es el más corto en un clima más frío. La ubicación óptima para su uso es el interior en el lado norte del edificio. El estudio proporciona respuestas informadas sobre la aplicación de PCM para mejorar la eficiencia energética de los edificios.

En los últimos años, los materiales de cambio de fase (PCM) utilizados para mejorar la eficiencia energética de los edificios están cobrando impulso. Los PCM pueden almacenar y liberar grandes cantidades de energía : cuando están en fase sólida, pueden absorber calor, proporcionando un efecto de enfriamiento y cuando un PCM está en fase líquida, puede liberar calor, proporcionando un efecto de calentamiento.

« El hielo que se derrite en agua es un material que cambia de fase, al igual que la mantequilla que se derrite en aceite. ¿Por qué es especial? Cuando el material cambia de fase, también absorbe y libera energía. En la construcción, estos materiales están encapsulados, es decir, las cápsulas micro PCM están integrado en un elemento de construcción, como el hormigón », explica Paris Fokaides, investigador principal de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), Lituania.

Junto con colegas de la Universidad de Frederick en Chipre, los investigadores de KTU estaban realizando un estudio en diferentes regiones europeas con el objetivo de calcular la eficiencia de la aplicación de PCM para la mejora energética de los edificios existentes. Su investigación reveló que la eficiencia y el período de amortización energética de PCM dependen de ciertas condiciones, como la ubicación geográfica y la orientación de las paredes del edificio.

« La evaluación del rendimiento térmico de los edificios existentes es información muy valiosa, que puede ser útil al tomar decisiones de renovación », dice Eglė Klumbytė, investigadora de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura de KTU, coautora del estudio.

Según ella, es importante comprender cómo y dónde utilizar los materiales apropiados para lograr la máxima eficiencia.

En climas fríos, las inversiones se amortizan en menos de un año

El trabajo examina la aplicación de recubrimientos PCM en diversas condiciones meteorológicas en Europa, para todas las orientaciones de los principales edificios. En total, se realizaron 16 simulaciones numéricas para los cuatro meses naturales de enero, abril, julio y octubre y para tres latitudes de Atenas, Milán y Copenhague.

« Queríamos que los resultados de nuestra investigación fueran aplicables a nivel mundial, por eso elegimos los lugares con condiciones climáticas típicas en el sur, centro y norte de Europa », dice Fokaides.

Las primeras 8 simulaciones numéricas se realizaron con material de cambio de fase integrado en la estructura del elemento de construcción y las otras 8 simulaciones, en ausencia de PCM. El espesor de PCM incorporado fue de 4 cm. El ahorro anual de energía se calculó para cuatro meses típicos, que representan las cuatro estaciones del año (invierno, primavera, verano y otoño).

« Uno de los principales resultados del estudio destacó el hecho de que PCM funcionó mejor en condiciones de frío », dice Klumbytė.

Según los investigadores, esto tiene mucho sentido : en primer lugar, en condiciones más frías, PCM absorbe más energía y, en segundo lugar, dado que en climas más fríos los edificios usan más energía (electricidad, calefacción, etc.), el ahorro de energía en estas condiciones es mayor. eficiente.

« En el estudio, hemos desarrollado el concepto de período de recuperación de la energía, que significa el equilibrio entre la energía utilizada para producir estos materiales y la obtenida al usarlos. El período de recuperación de la energía indica cuánto tiempo llevará la energía que se ahorra en los PCM. para eliminar los costes energéticos de su producción », explica Fokaides.

El estudio reveló que la implementación de PCM puede contribuir al ahorro de energía en ciertos casos, variando desde 0,24 hasta 29,84 kWh/m2a y períodos de recuperación de la energía desde menos de un año hasta casi 20 años. El período de recuperación de la energía más largo se calculó en climas más cálidos y el más corto en lugares más fríos. La orientación óptima para colocar los PCM es el oeste y el este en Atenas, el este y el norte en Milán y el norte en Copenhague. Además, los PCM funcionan mejor cuando están integrados en estructuras interiores.

Temas investigados nunca antes discutidos

« El modelo numérico desarrollado demuestra la capacidad de llevar a cabo una evaluación térmica en diversas condiciones con resultados precisos. El principal objetivo de la Unión Europea es el desarrollo ambiental sostenible. Nuestro estudio puede contribuir en gran medida a lograr este objetivo », está convencido Klumbytė.

Según Fokaides, el estudio descrito anteriormente está investigando temas que no se han discutido antes en la literatura científica. La ubicación óptima del material de cambio de fase en el edificio, su orientación óptima y el período de recuperación de la energía son conceptos completamente nuevos en el amplio tema del rendimiento energético del entorno construido.

« Sin embargo, siendo griego, no puedo pasar por alto el hecho de que la primera descripción de un edificio ecológico fue escrita por Sócrates hace 2.500 años. En ese entonces, indicó que la pared norte de un edificio debe ser más gruesa en comparación con el al sur, por lo que nuestra idea de que la orientación de la pared es crucial al considerar su composición estructural está relacionada con la de Sócrates », dice un investigador de KTU.

Los investigadores de KTU afirman que la metodología y el conjunto de datos proporcionados en este trabajo se pueden utilizar para un mayor desarrollo de las herramientas de evaluación térmica de los edificios. Actualmente, el equipo está iniciando un nuevo proyecto de investigación por valor de 1,5 millones, que se centrará en la digitalización de los hallazgos. Esto podría incluir el desarrollo de sensores inteligentes para medir el rendimiento térmico de los elementos de construcción en tiempo real y otros aspectos. Según los científicos, este tema tiene un gran potencial de comercialización.