Aislamientos de Cambio de Fase (PCM)

Los aislamientos de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés: Phase Change Materials) son una innovadora solución utilizada en la construcción para mejorar la eficiencia energética y el confort térmico de los edificios. Estos materiales aprovechan la capacidad de almacenar y liberar energía térmica durante un cambio de fase, lo que permite regular la temperatura en los espacios habitables.

En este artículo, exploraremos qué son los aislamientos de cambio de fase, sus características, los tipos más comunes disponibles en el mercado, así como sus ventajas e inconvenientes.

Los aislamientos de cambio de fase son materiales que almacenan y liberan energía térmica aprovechando sus cambios de estado (sólido-líquido o líquido-sólido) para regular la temperatura en un entorno. Son materiales capaces de absorber calor durante la fusión y liberarlo durante la solidificación. Estos cambios se producen en un intervalo corto de temperatura, durante el cual el material mantiene una temperatura constante y absorbe o cede calor latente. El calor latente es la cantidad de energía que necesita un material para cambiar de fase sin variar su temperatura.

Los PCM se pueden incorporar a los elementos constructivos de la envolvente térmica de los edificios, como paredes, techos, suelos o cubiertas, para aumentar su inercia térmica y mejorar su eficiencia energética. La inercia térmica es la capacidad de un material o un sistema para almacenar calor y liberarlo lentamente, amortiguando las oscilaciones térmicas entre el interior y el exterior. De esta forma, se reduce la demanda energética para climatizar el edificio y se mejora el confort térmico de los usuarios.

Características de los aislamientos de cambio de fase

Los aislamientos de cambio de fase ofrecen varias características beneficiosas frente a los aislamientos convencionales basados en el calor sensible, como la lana mineral, el poliestireno o la celulosa. Entre ellas se pueden destacar:

• Mayor densidad de almacenamiento térmico: son capaces de almacenar entre 5 y 14 veces más energía térmica por unidad de volumen que los aislamientos convencionales en un rango de temperatura específico.
• Mayor estabilidad térmica: Durante la fusión, absorben calor del ambiente y lo liberan cuando se solidifican. Esto ayuda a reducir los picos de temperatura y estabilizar el ambiente interior, lo que contribuye al confort térmico de los ocupantes. Esto puede resultar en una menor demanda de calefacción y refrigeración, lo que se traduce en ahorros energéticos y económicos a largo plazo.
• Menor espesor: tienen una alta capacidad de almacenamiento de calor por unidad de volumen en comparación con otros materiales de aislamiento convencionales, lo que les permite reducir el espesor necesario para alcanzar un nivel de aislamiento equivalente a los aislamientos convencionales, lo que ahorra espacio en la construcción.
• Mayor versatilidad: se adaptan a diferentes rangos de temperatura según las necesidades del edificio y del clima.
• Mayor sostenibilidad: puesto que pueden reducir las emisiones de CO2 asociadas al consumo energético del edificio y algunos son reciclables o biodegradables. 
• Fiabilidad: en general no presentan degradación significativa con el tiempo y pueden tener una vida útil prolongada. Además, son materiales seguros y resistentes al fuego.

Sin embargo, los PCM también presentan algunos inconvenientes que limitan su aplicación práctica. Entre ellos se pueden mencionar:

• Mayor coste: tienen un precio más elevado que los aislamientos convencionales y requieren una mayor inversión inicial.
• Menor disponibilidad: no son tan fáciles de encontrar en el mercado como los aislamientos convencionales y su oferta es más limitada.
• Menor durabilidad: algunos PCM pueden perder sus propiedades con el tiempo debido a la degradación química o al envejecimiento térmico.
• Mayor complejidad: el rendimiento de los PCM puede verse afectado por factores externos, como la orientación del edificio y las condiciones climáticas locales. Además, es fundamental asegurarse de que los PCM sean compatibles con otros materiales de construcción y sistemas existentes, ya que pueden requerir adaptaciones específicas en el diseño y la instalación para garantizar su correcto funcionamiento y evitar problemas como la segregación, la filtración o la corrosión.

Tipos de aislamientos de cambio de fase

Los PCM se pueden clasificar según su composición química en orgánicos e inorgánicos. Los orgánicos son principalmente parafinas, ésteres y polímeros, mientras que los inorgánicos son sales hidratadas, metales y aleaciones. Los orgánicos tienen una mayor capacidad de almacenamiento térmico, pero también una mayor inflamabilidad y una menor estabilidad química. Los inorgánicos tienen una menor capacidad de almacenamiento térmico, pero también una menor inflamabilidad y una mayor estabilidad química.

Se pueden presentar en diferentes formas, como microcápsulas, paneles, placas o láminas. Las microcápsulas son pequeñas esferas que contienen el material de cambio de fase en su interior y están recubiertas por una capa protectora. Se pueden mezclar con otros materiales como yeso, hormigón o pintura para formar compuestos termorreguladores. Los paneles, placas o láminas son elementos prefabricados que incorporan el material de cambio de fase en su estructura o en su superficie. Se pueden colocar sobre otros elementos constructivos o sustituirlos.

ThermalCORE®: Panel de yeso relleno con Micronal® (PCM de BASF)

En el mercado actual, existen varios tipos de aislamientos de cambio de fase disponibles para su uso en la construcción. Algunos de los más comunes incluyen:

1. Paneles de yeso con PCM: Estos paneles contienen microcápsulas de PCM dispersas en una matriz de yeso. Se utilizan en paredes interiores y techos para regular la temperatura interior.
2. Materiales de cambio de fase en paneles aislantes: Se pueden encontrar paneles aislantes que incorporan materiales de cambio de fase, como parafina encapsulada o sales inorgánicas. Estos paneles se utilizan en paredes, techos y suelos para mejorar la eficiencia energética de los edificios.
3. Láminas o membranas con PCM: Estas láminas o membranas contienen PCM encapsulado y se pueden utilizar en sistemas de cubiertas para regular la temperatura en los espacios habitables bajo el techo.

Cumplimiento de los requisitos del CTE

Los PCM no tienen una transmitancia térmica constante, sino que varía según el estado del material (sólido o líquido) y la temperatura ambiente. Por tanto, no se les puede asignar un valor único de U, sino que se debe calcular su valor medio o efectivo en función del ciclo térmico al que están sometidos. Para ello, se pueden utilizar métodos numéricos o experimentales que simulen las condiciones reales de funcionamiento de los PCM.

Es importante tener en cuenta que las características físicas pueden variar según la formulación y el fabricante del material. Es recomendable consultar las especificaciones técnicas proporcionadas por los fabricantes para obtener información precisa sobre las propiedades de los materiales específicos que se deseen utilizar.

Además de estas características, es fundamental considerar otros factores en la elección de los materiales aislantes de cambio de fase, como la temperatura de cambio de fase, la estabilidad a largo plazo, la resistencia al fuego y la compatibilidad con otros materiales de construcción.

Conclusiones

Los aislamientos de cambio de fase ofrecen una solución innovadora y efectiva para mejorar la eficiencia energética y el confort térmico en la construcción. A través de su capacidad de almacenar y liberar energía térmica durante los cambios de fase, estos materiales regulan la temperatura en los edificios.

Aunque existen consideraciones y desafíos, se puede afirmar que los PCM  reducen el valor medio de U de los elementos constructivos a los que se incorporan, ya que disminuyen el flujo de calor entre el interior y el exterior del edificio. Sin embargo, no se puede garantizar que cumplan con los valores máximos de U establecidos en el código técnico sin realizar un cálculo específico para cada caso. Por tanto, se recomienda consultar con un profesional cualificado antes de utilizar los PCM como aislamiento térmico en la envolvente térmica de los edificios.