Sistema de Construcción con Materiales de Cambio de Fase (PCM)
Introducción
Un material de cambio de fase (PCM por sus siglas en inglés) es una sustancia que libera/absorbe suficiente energía en una transición de fase para proporcionar calor o frío útil. Por lo general, la transición se produce entre uno de los dos primeros estados fundamentales de la materia (sólido y líquido). La transición de fase también puede darse entre estados no clásicos de la materia, como la conformidad de los cristales, en la que el material pasa de ajustarse a una estructura cristalina a ajustarse a otra, que puede ser un estado de mayor o menor energía.
La energía liberada/absorbida por la transición de fase de sólido a líquido, o viceversa, el calor de fusión es generalmente mucho mayor que el calor sensible. El hielo, por ejemplo, requiere 333,55 J/g para fundirse, pero entonces el agua subirá un grado más con la adición de sólo 4,18 J/g. El agua/hielo es, por tanto, un material de cambio de fase muy útil y se ha utilizado para almacenar el frío invernal y enfriar los edificios en verano al menos desde la época del Imperio Aqueménida.
Al fundirse "Fusión (cambio de estado)") y solidificarse a la temperatura de cambio de fase (TCP), un PCM es capaz de almacenar y liberar grandes cantidades de energía en comparación con el almacenamiento de calor sensible. El calor se absorbe o se libera cuando el material pasa de sólido a líquido y viceversa o cuando cambia la estructura interna del material; por ello, los PCM se denominan materiales de almacenamiento de calor latente (LHS).
Hay dos clases principales de materiales de cambio de fase: los materiales orgánicos (que contienen carbono) derivados del petróleo, de plantas o de animales; y los hidratos de sal, que generalmente utilizan sales naturales del mar o de depósitos minerales o son subproductos de otros procesos. Una tercera clase es el cambio de fase sólido a sólido.
Los PCM se utilizan en muchas aplicaciones comerciales diferentes en las que se requiere almacenamiento de energía y/o temperaturas estables, incluyendo, entre otras, almohadillas térmicas, refrigeración para cajas de conmutación telefónica y ropa.
El mayor mercado potencial es, con diferencia, el de la calefacción y refrigeración de edificios. En este ámbito de aplicación, los PCM tienen potencial a la luz de la progresiva reducción del coste de la electricidad renovable, unida a la naturaleza intermitente de dicha electricidad. Esto puede provocar un desajuste entre los picos de demanda y la disponibilidad de suministro. En Norteamérica, China, Japón, Australia, el sur de Europa y otros países desarrollados con veranos calurosos, el pico de suministro se produce al mediodía, mientras que el pico de demanda se sitúa en torno a las 17:00 y las 20:00 horas. Esto crea oportunidades para los medios de almacenamiento térmico.