Objetivos del proyecto

El objetivo del proyecto es desarrollar un nuevo panel prefabricado para fachadas de edificios residenciales (viviendas, hoteles, residencias universitarias, residencias de ancianos, etc.) ejecutado de forma industrializada con sistemas convencionales que presente una elevada inercia térmica mediante la integración de hormigón y materiales de cambio de fase (PCMs), que reduzca la demanda energética de dichos edificios, consiguiendo así, sin necesidad de aplicar medidas adicionales, un cerramiento orientado a utilizarse en los nuevos edificios de consumo de energía casi nulo.

Esta solución constructiva de nuevo desarrollo puede integrar los materiales de cambio de fase, bien en la matriz de hormigón, bien en la solución constructiva fuera de la matriz de dicho material. Ambas líneas de trabajo presentan ventajas, pero también ciertos desafíos tecnológicos que es necesario superar mediante la realización del proyecto INPHASE.

Objetivos científicos

  1. Definir las principales variables que afectan al comportamiento térmico y prestacional de los paneles de cerramiento de fachadas más allá de las variables y prestaciones tradicionales (transmitancia, resistencia,…).
  2. Estudiar cómo afectan los PCM a la transmitancia del hormigón en las soluciones constructivas que se diseñen. Se estudiarán las posibles vías de mejora de la conductividad térmica que resulten de aplicación a las soluciones constructivas propuestas.

Las prestaciones energéticas de los paneles prefabricados de hormigón actuales dependen de sus propiedades físicas, principalmente densidad, conductividad térmica y calor específico. La integración de los materiales de cambio de fase puede afectar a dichas propiedades físicas, por lo que el incremento de la inercia térmica puede, por ejemplo, verse perjudicado por una reducción de la transmitancia del panel, tal y como se ha comprobado en investigaciones previas, donde se integraron PCMs en materiales aislantes y se produjo un aumento de la conductividad térmica del mismo. El proyecto INPHASE debe analizar en profundidad la solución en su conjunto y no de forma parcial estudiando variables individuales.

Se considera que la transmitancia es de vital importancia en el comportamiento energético del panel, por lo que es necesario analizar cómo el sistema de la integración del PCMs afecta a dicho parámetro.

  1. Adecuar la vida útil de los PCMs a la vida útil de los paneles en los que se integran, de manera que se ajusten a las exigencias de proyecto para el edificio.

Teniendo en cuenta que los materiales de cambio de fase van a verse sometidos a ciclos diarios, es necesario analizar el número de ciclos que dichos materiales son capaces de soportar, eligiendo el PCM adecuado de manera que la vida útil del panel no se vea penalizada por la vida útil de uno de sus componentes.

  1. Conocer la influencia del entorno del edificio en su comportamiento energético, optimizando la integración del hormigón con materiales de cambio de fase en diferentes áreas climáticas, en diferentes periodos estacionales e incluso con diferentes orientaciones.

El comportamiento de la solución que se propone desarrollar en el proyecto INPHASE está condicionado por la climatología. Los elementos de alta inercia térmica únicamente son eficientes en zonas climáticas con gradientes térmicos elevados en ciclos de tiempo cortos (generalmente diarios). Ahora bien, para la optimización del comportamiento energético de los elementos de alta inercia térmica no basta con establecer los gradientes térmicos entre el día y la noche. Es necesario establecer la evolución de la temperatura diaria a lo largo del año, de manera que se conozcan los periodos de tiempo en los que el PCM estará en fase de carga o de descarga, lo que permitirá determinar el tipo de PCM que es necesario utilizar, así como su posición óptima dentro del panel.

  1. Cuantificar los ahorros energéticos que este tipo de solución proporcionaría a un edificio tipo a lo largo de su ciclo de vida, de manera que permita determinar el potencial ahorro en las emisiones de CO2 derivadas y en consecuencia el impacto positivo sobre el entorno natural inmediato y el conjunto de la sociedad.

La cuantificación de estos ahorros energéticos servirá de herramienta comercial y de promoción, ya que permitirá determinar el mayor valor añadido real de esta solución con respecto a las existentes en el mercado. El proyecto se propone como objetivo apriorístico desarrollar una solución con un ahorro potencial de un 25% con respecto a la solución tradicional.

Tecnológicos

  1. Desarrollo de hormigones con propiedades innovadoras integrando en su composición materiales de cambio de fase que mejoren sus prestaciones energéticas, manteniendo sus propiedades estructurales, acústicas, de resistencia al fuego, estéticas y de durabilidad.

Para la consecución de este objetivo será necesario definir las dosificaciones y características de los hormigones que permitan la integración de PCMs y estudiar su influencia real en las prestaciones clásicas del hormigón.

  1. Desarrollar un modelo de diseño integrado que permita el desarrollo de hormigones y morteros con PCMs aplicables tanto a obra nueva como a rehabilitación teniendo en cuenta los requerimientos de confort, economía, seguridad y medioambientales; que superen los problemas no resueltos en experiencias precedentes (activación, lixiviados, ciclado, etc.).
  2. Conseguir una solución económicamente competitiva, cuyos costes de construcción globales no se incrementen con respecto a la construcción tradicional, de manera que la solución desarrollada sea comercialmente viable.

Es imprescindible que los sobrecostes en los que se incurra se puedan trasladar al producto vía valor añadido, de manera que la solución desarrollada permita ganar cuota de mercado y generar beneficios.

  1. Determinar la potencial aplicación del material desarrollado en soluciones constructivas prefabricadas de hormigón distintas de los cerramientos de fachada (losas alveolares, cubiertas,…). Este análisis se realizará desde un punto de vista meramente teórico, sin la realización de ensayos específico para las soluciones alternativas.

Como una segunda derivada de este objetivo, se busca la integración de paneles prefabricados de hormigón con materiales de cambio de fase en la construcción tradicional de edificios en España, de manera que arquitectos y prescriptores generalicen de esta solución en su diseño. En la consecución de este objetivo es esencial el desarrollo de herramientas que permitan de una manera sencilla evaluar las prestaciones energéticas de este tipo de soluciones.

  1. Desarrollar soluciones constructivas que permitan utilizar la tecnología desarrollada en este proyecto de investigación en la rehabilitación energética y estructural de edificios existentes.
  2. Desarrollar sistemas de activación eficientes de los materiales de cambio de fase integrados en la solución constructiva. Con este objetivo, se analizarán soluciones constructivas alternativas: tubos huecos embebidos en el panel prefabricado, paneles sándwich para sistemas SATE de rehabilitación energética, et.

La activación de los materiales de cambio de fase es uno de los puntos críticos del proyecto, ya que se busca conseguir dicha activación con medios exclusivamente naturales, sin la intervención del usuario o de sistemas inteligentes. La no consecución de este objetivo supondría una barrera infranqueable para la explotación técnica y comercial de la solución desarrollada.