Com refredar cases tradicionals sense aire condicionat? La ciència darrere de les 'rajoles intel·ligents'

Fa calor. Són les cinc de la vesprada i la temperatura interior de la vivenda d'Ahmed, al Marroc, supera els 32 °C. Fora, el sol colpeja amb força, però ell no té aire condicionat. Tampoc ho necessita. La seua casa, construïda amb rajoles especials que contenen materials de canvi de fase –aquells que absorbixen o alliberen grans quantitats d'energia tèrmica durant el seu canvi d'estat–, manté una temperatura interior estable gràcies a un fenomen físic. La calor no entra de colp, sinó que queda absorbit en les parets.

Què té d'especial esta rajola? Durant el dia, quan les temperatures pugen, emmagatzema l'excés de calor. I en arribar la nit, ho allibera lentament quan l'ambient es refreda. No hi ha ventiladors, ni compressors, ni consum elèctric: només física aplicada al disseny.

Este tipus de tecnologia passiva ja s'està provant en regions càlides com l'Índia, Algèria, Mèxic o el sud d'Europa. I pot canviar per complet com ens protegim de la calor sense dependre de sistemes actius que consumixen energia i generen emissions.

Què són els PCM i per què són importants?

Els materials de canvi de fase (PCM, per les seues sigles en anglés), en canviar d'estat, per exemple de sòlid a líquid, absorbixen o alliberen calor sense variar la seua temperatura, un fenomen conegut com emmagatzematge de calor latent. Durant el dia, quan la temperatura puja, el PCM absorbix eixe excés de calor i es funde. A la nit, quan baixa la temperatura, el material se solidifica i allibera la calor acumulada. Este cicle es repetix cada dia, permetent mantindre temperatures interiors més estables i reduint els pics de calor sense necessitat de climatització mecànica.

Existixen fonamentalment tres tipus de PCM: parafines, sals hidratades o mescles eutèctiques, cada una amb avantatges i limitacions. La seua selecció depén de factors com el clima, el tipus d'edifici i el rang de temperatura desitjat.

Rajoles intel·ligents: com integrar PCM en la construcció

Convertir una rajola en un regulador tèrmic no requerix reinventar l'arquitectura, sinó repensar els seus materials. Hui dia, existixen diverses maneres d'incorporar els PCMs en els elements constructius, i no totes impliquen el mateix nivell de complexitat.

Algunes tècniques directes, com mesclar el PCM amb ciment o submergir les rajoles en ell, resulten senzilles, però poden provocar filtracions i pèrdua d'eficàcia. Una alternativa més pràctica i segura és omplir les cavitats internes de la rajola amb PCM encapsulat. Així, s'aprofita l'espai del propi material de construcció per a emmagatzemar energia tèrmica, una cosa especialment útil en climes calorosos, on ajuda a mantindre una temperatura interior més estable.

D'altra banda, les tècniques d'integració indirecta aposten per embolicar el PCM en xicotetes càpsules, tubs o plaques, que després s'inserixen en els buits de la rajola o s'incorporen com a capes afegides. Esta opció facilita el manteniment, permet reemplaçar el PCM sense afectar l'estructura i obri la porta a solucions modulars i adaptables.

Els dos enfocaments tenen una fi comuna: convertir murs passius en components actius que interactuen amb l'entorn. No és casualitat que esta tecnologia estiga despertant interés en regions amb estius cada vegada més extrems. el Marroc, l'Índia, Mèxic, Taiwan o el sud d'Espanya ja compten amb investigacions i assajos que demostren la seua efectivitat. Perquè si la calor entra per les parets, per què no convertir eixes mateixes parets en part de la solució?

Quins beneficis aporten?

La pregunta clau és senzilla: realment funcionen? I la resposta, segons desenes de estudis recents, és afirmativa.

Les rajoles amb PCM no sols estabilitzen la temperatura interior, sinó que ho fan sense necessitat d'endolls, sense gasto energètic addicional i passen desapercebuts. Pel que resulten una solució passiva, silenciosa i duradora.

En vivendes construïdes amb estos materials s'ha registrat una reducció de fins a 6 °C. en la temperatura interior durant les hores més caloroses. Això no és només una qüestió de confort: pot ser la diferència entre agafar el son o passar la nit en blanc, o entre suportar la calor o necessitar un ventilador durant una onada de calor.

A més, els murs amb PCM disminuïxen la oscil·lació tèrmica dins dels edificis. Què significa això? Que la calor no entra de colp i la casa no es refreda de sobte. S'allisa la corba de temperatura, i amb això es reduïx la demanda de climatització. Com menys fluctua la temperatura, menys energia necessitem per a corregir-la.

L'impacte en el consum és significatiu: en algunes simulacions realitzades al Marroc, l'Índia o el Mediterrani, l'ús de rajoles amb PCM ha permés estalviar entre un 20 % i un 50 % de energia destinada a refrigeració. Fins i tot en zones temperades, on la diferència entre el dia i la nit és notable, es obtenen beneficis.

I hi ha un detall més: com més gran és l'exposició solar d'una paret –per exemple, les orientades al sud o a l'oest–, major és l'efecte del PCM. Per això, adaptar l'orientació i el disseny de l'edifici pot potenciar encara més la seua eficàcia.

Menys emissions i més sostenibilitat

Integrar PCMs en les rajoles no sols millora la eficiència energètica dels edificis, sinó que també reduïx les emissions de CO₂. En estabilitzar la temperatura interior, es disminuïx la necessitat de calefacció i aire condicionat, cosa que significa menys consum elèctric i, per tant, menys emissions associades.

A més, si es trien PCMs d'origen biològic o reciclatge, el impacte ambiental es reduïx encara més des de l'origen. Encara que estos materials poden tindre un cost inicial més alt, els estalvis energètics a llarg termini compensen la inversió. Diversos estudis han demostrat que l'ús de rajoles amb PCMs en edificacions pot reduir fins a 700 kg d'emissions de CO₂ per vivenda a l'any i generar estalvis energètics de fins a un 40 % en climes càlids.

Què fa falta perquè esta tecnologia es popularitze?

Encara que els PCM prometen molt, encara tenen diversos reptes per resoldre. Primer, la seua conductivitat tèrmica ha de millorar perquè la calor es transferisca amb major rapidesa. També és necessari abaratir els costos de fabricació i el procés d'encapsulat, que actualment encarixen el producte final.

A més, la seguretat és un punt clau: alguns PCM, com unes certes parafines, són inflamables, la qual cosa limita el seu ús en construcció. Finalment, falten normes tècniques clares i sistemes estandarditzats per a avaluar el seu acompliment, la qual cosa dificulta la seua adopció massiva.

Superar estos obstacles requerix una col·laboració estreta entre científics, arquitectes, enginyers i fabricants. Només així podrà esta tecnologia avançar del laboratori a les parets de les nostres llars.

Una solució intel·ligent davant el canvi climàtic

En el context de canvi climàtic i crisi energètica que enfrontem, hem de repensar com construïm. Integrar materials de canvi de fase en l'edificació no requerix reinventar la roda: es tracta d'aprofitar la saviesa de la arquitectura tradicional —murs gruixuts, inèrcia tèrmica— amb les ferramentes de la ciència actual.

L'estudi confirma que la integració de PCMs en rajoles tradicionals és una estratègia efectiva per a millorar l'eficiència energètica i el confort tèrmic en edificis. Estos materials actuen com a amortidors tèrmics, absorbint i alliberant calor latent durant els seus canvis de fase, la qual cosa reduïx significativament les fluctuacions de temperatura interior, el flux de calor i la demanda de refrigeració.

Per tant, la solució no està només en el aire condicionat, sinó també en els propis murs. I ja tenim la tecnologia per a aconseguir-ho.

Natzaret Ruiz Marín, Professora de l'àrea de màquines i motors tèrmics, Universitat de Cadis

Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.