Durante
los últimos años el avance tecnológico ha generado métodos alternativos para la
producción de una energía amigable con el ambiente y su aprovechamiento para la
industria y los hogares, una de las energías más impulsada es la proveniente
del sol y de esta se obtiene la energía solar pasiva.
Para
lo cual en el siguiente informe se abordará el modo empleo de esta energía solar
pasiva aplicada en un simulador obteniendo así la efectividad del uso de esta,
de igual manera a la resistencia que un material posee para guardar el calor
2.
Desarrollo
La
energía
solar pasiva es un conjunto de técnicas que se encargan de
aprovechar la energía solar de forma directa sin
transformarla en ningún otro tipo de energía, esto se hace para su utilización
inmediata o para almacenarla sin la necesidad de u, sar algún sistema mecánico de
energía, aunque sí pueden complementarla para regularla, por ejemplo, su
principal ventaja es que no necesita consumir energía utilizando bombas o
ventiladores como la energía solar activa, aunque algunos sistemas pasivos sí
pueden consumir una pequeña cantidad que es necesaria para activar relés,
interruptores, compuertas o cualquier otro dispositivo que pueda mejorar el
rendimiento de estos sistemas de recolección y almacenamiento de energía para
su posterior uso. (Verticales Intercom , 2011)
La
energía
solar pasiva tiene sistemas con ganancia directa e indirecta
para calentar espacios, sistemas de calentamiento de agua basados en un
termosifón, el uso de una masa térmica y de materiales con cambio de fase que
sirve para suavizar los cambios de la temperatura del aire, las cocinas solares
o las chimeneas solares que ayudan a mejorar la ventilación natural, también
funciona en otros sistemas como los hornos solares o las fraguas solares,
aunque éstos requieren un determinado consumo de energía para alinear espejos
concentradores o receptores.
Principales elementos para conseguir energía solar
pasiva:
- Acristalamientos o muros colectores,
orientados concretamente hacia el sur (en el hemisferio norte) para captar
energía solar, el calor se retiene por efecto invernadero.
- Se
emplean aislamientos para conservar el calor en la pared de orientación
norte.
- El
calor conseguido mediante los techos y las paredes forma una masa térmica,
en la que la energía se almacena y se transfiere dentro de la vivienda.
- La
refrigeración se consigue evitando la ganancia de calor, para lo cual se
utilizan persianas y alerones, otra forma de hacerlo es la extracción de
calor por la noche.
- La
iluminación natural se crea mediante paneles reflectantes que mandan la
luz al interior, las pinturas claras ayudan a conseguir mejor luminosidad
gracias a la energía solar pasiva.
Ventajas de la energía solar pasiva:
- Es
una energía que respeta el medio ambiente, ya que no se consigue mediante
procesos de combustión, ni sueltan humos contaminantes a la atmósfera, esto
ayuda a proteger la capa de ozono, prevenir el efecto invernadero y evitar
fenómenos generados por la contaminación, como la lluvia ácida.
· Es
una energía de apoyo que resulta beneficiosa para el hogar proporciona calor
complementario, reduciendo así la factura de la luz.
· Es
de fácil de instalación, no hace falta hacer grandes desembolsos ni
instalaciones a gran escala uno mismo puede crear sus propios paneles solares,
incluso, además, el mantenimiento tampoco es demasiado complicado.
· La
energía solar pasiva ejerce una labor de concienciación, fomentando que las
personas aprendan a cuidar su planeta.
· Las
tecnologías solares pasivas ofrecen importantes ahorros, sobre todo en lo que
respecta a la calefacción de espacios, combinadas con tecnologías solares
activas, como la energía solar fotovoltaica, pueden convertirse, además, en una
excelente fuente de ingresos.
Desventajas de la energía solar pasiva
- El deslumbramiento que produce el reflejo
- Una productividad que tanto pueda resultar
excesiva como deficitaria
Tipos
de sistemas solares pasivos
Los sistemas solares pasivos se utilizan principalmente para captar y
acumular el calor proveniente de la energía solar. Se los llama pasivos ya que
no se utilizan otros dispositivos electromecánicos para recolectar el calor, esto
sucede por principios físicos básicos como la conducción, radiación y
convección del calor. (University of Techonology
Technische , 2019).
La tecnología solar pasiva incluye
sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios,
sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica
y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la
temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la
ventilación natural y el propio abrigo de la tierra.
Clasificación:
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Ilustración
1 Clasificación de los sistemas solares pasivos. Fuente: (University of Techonology Technische , 2019)
v Ganancia Directa
Es el sistema más sencillo e implica la
captación de la energía del sol por superficies vidriadas que son dimensionadas
para cada orientación y en función de las necesidades de calor del edificio o
local a climatizar. (Mazria, 1983)
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Ilustración 2 Ganancia pasiva
por radiación directa. Fuente:
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v Muro de acumulación no ventilado
Este sistema está pensado para ventilar un espacio
sin que el aire de renovación afecte al confort interior, de ahí que
normalmente las paredes soleadas no tengan gran masa térmica.
Su funcionamiento reside en aprovechar la corriente
convectiva creada por el cristal colocado delante de la fachada para succionar
o insuflar aire dependiendo de nuestras necesidades de climatización. (Lleopard,
2017)
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Ilustración 3 Muro
Parietodinámico, funcionamiento según la estación. Fuente: (Lleopard,
2017)
En
invierno, se dispone las trampillas que dirigen el flujo para que el aire
exterior frío, lo atraviese antes de entrar y se climatice gracias a la
radiación solar, con la llegada del verano se modificarán las aperturas para
que la corriente de aire genere una succión y extraiga el aire caliente hacia
el exterior de la vivienda. (Lleopard, 2017)
v Muro de acumulación ventilado
Similar al muro de acumulación no
ventilado pero incorpora orificios en la parte superior e inferior para
facilitar la transferencia de calor entre el muro y el ambiente mediante
convección que se suma al aporte por radiación. (Mazria, 1983)
Parecido al invernadero pero de dimensiones más
reducidas, el muro Trombe calienta el aire de día al mismo tiempo que acumula
calor para la noche.
De día el muro recibe la radiación solar y acumula
calor en la pared y al mismo tiempo se genera una corriente convectiva entre el
muro y el cristal debido al efecto invernadero en la noche la pared devolverá a
la energía almacenada y calentará la vivienda.
Ahí reside la diferencia con los otros sistemas
mencionados pues tal y como se especifica en Código Técnico de la Edificación,
el objeto del sistema es calentar el aire interior de la estancia, en otras
palabras, es un sistema pensado para edificios que necesitan una climatización
del aire interior, es decir, generalmente para climas fríos. (Lleopard, 2017)
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Ilustración 4Muro Trombe. Fuente:
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Debido
a la estacionalidad de este sistema es muy importante apantallar debidamente la
fachada de modo que se bloquee la radiación solar en verano y se aproveche en
invierno.
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Ilustración 5Muro Trompe,
funcionamiento en verano. Fuente:
v Invernadero adosado
El invernadero utilizado como sistema de
calefacción pasiva, consiste en un sistema de aprovechamiento del aire calentado en
su interior por la radiación solar, para obtener una fuente
continua de calor durante todo el año, para conseguir este efecto la envolvente del solárium
tiene que estar totalmente sellada, de manera que se puede controlar el destino del aire caliente, el
diseño correcto del invernadero permite enviar el aire
caliente hacia el interior de la vivienda en invierno por
el contrario, en los días de verano o cuando la temperatura en el interior de
la vivienda es demasiado alta, el aire caliente se puede conducir hacia el
exterior.
· La radiación solar que entra a través de las superficies
de vidrio del solárium y de las ventanas que lo comunican con el interior de la
vivienda, sirve para calentar el aire, pero también para calentar otros elementos
como el suelo.
· Para bloquear la radiación
solar en verano, o
bien cuando la temperatura es muy alta en el interior, se utilizan sistemas que generen
sombras, como toldos o voladizos por ejemplo, el mecanismo que
se utilice para generar sombras, cuando no se desea acumular calor, puede ser
mecánico o bien manual por otro lado, según la zona climática donde se
localice la vivienda, el invernadero también permite mantener una temperatura
de confort más o menos constante en el interior en verano
(junio a octubre), sin necesidad de bloquear la radiación solar, e introduciendo aire fresco
durante la noche.
· Para
la construcción del invernadero es fundamental elegir el tipo de vidrio más adecuado para
las paredes y el techo, un vidrio bajo emisivo permite
el paso de la radiación solar hacia el interior, pero impide las pérdidas de
calor hacia el exterior.
v Techo de acumulación de calor.
En ciertas latitudes es posible usar la
superficie del techo para captar y acumular la energía del sol, también conocidos
como estanques solares requieren de complejos dispositivos móviles para evitar
que se escape el calor durante la noche.
v Captación solar y acumulación
Es un sistema más complejo y permite
combinar la ganancia directa por ventanas con colectores solares de aire o agua
caliente para acumularlo debajo del piso, luego de modo similar al muro
acumulador ventilado se lleva el calor al ambiente interior. Adecuadamente
dimensionado permite acumular calor para siete o más días.
Los captadores,
como su propio nombre indica realizan la función de recoger la radiación solar.
Estos elementos a su vez pueden clasificarse en:
·
Directos: son aquellos en los que la
captación solar es directa e incide sobre la estancia o el local que se desea
calentar, para lograrlo se permite el acceso de los rayos solares a través del
vidrio de los huecos de los cerramientos de nuestro edificio, calentando el
aire y los paramentos interiores.
·
Indirectos: son aquellos
sistemas que mediante la interposición de elementos constructivos captan
la energía solar y la almacenan transmitiéndola a las estancias, utilizando el
mismo principio que los directos, es decir el llamado efecto invernadero se
coloca un vidrio en el exterior de un elemento que posea una gran masa térmica.
·
Muro Trombe: consiste en la
utilización de un muro de gran masa térmica, construido por ejemplo de piedra,
tierra, adobe, entre otros. Al que se le coloca un vidrio en su parte exterior
favoreciendo así el efecto invernadero.
·
Paramentos de inercia térmica: se
trata de utilizar para la ejecución de suelos y techos materiales con grandes
masas térmicas que acumulen y capten la radiación solar, situándolos para ello
en las zonas más próximas a la fuente de radiación solar de manera que incida
en su mayor medida sobre la totalidad de las mismas y procurando que estén
repartidas a lo largo de toda la edificación, se colocará un aislamiento térmico
en el exterior para evitar que se pierda el calor acumulado.
·
Solera de grava: se utiliza la grava aislada
como depósito acumulador, procurando evitar que la humedad del terreno se
transmita a la grava, se puede hacer circular aire caliente por su interior
para calentarla o utilizar un vidrio como en otras soluciones, de este modo la
energía se transmite al interior del edificio por radiación.
·
Cubierta de inercia térmica: se
utilizan materiales con elevado peso específico cuya masa amortigua las
oscilaciones térmicas.
·
Inercia subterránea: consiste en aprovechar la
inercia térmica del terreno y es aconsejable para climas extremos.
·
Añadidos: se denominan de este modo
debido a que son “postizos”, es decir, elementos que no pertenecen al conjunto
de la edificación.
·
Cubierta de agua: consiste en la colocación de
elementos rellenados con agua sobre la cubierta previamente pintada con colores
oscuros, si además se cubren con vidrio se obtienen mejores resultados en
cuanto a su acumulación, en invierno se deben cubrir mientras que durante el
verano deben permanecer expuestos y durante la noche se deben abrir permitiendo
así que cedan el calor.
·
Muro de agua: su funcionamiento es similar al
del muro trombe, con la diferencia de que en este sistema se utiliza el agua
que tiene una masa térmica mucho mayor, se deben colocar aproximadamente 200
litros/m² de superficie de captación y permitir las corrientes de convección
dejando huecos entre los depósitos de agua favoreciendo de este modo los
intercambios de calor.
·
Sistemas de captación independientes: están
compuestos por un elemento captador adherido a la edificación, que mediante el
efecto invernadero transmite a través de corrientes de convección de aire o
agua el calor a un depósito, siendo este último el acumulador que posteriormente
lo transmite al edificio, pueden utilizarse diferentes elementos como elementos
captadores y deben ir cubiertos por un vidrio.
Los acumuladores,
se encargan de almacenar la energía para su posterior utilización, hay sistemas
que permiten acumular la energía durante el periodo diurno y lo ceden durante
la noche y otros que son capaces de almacenar la energía calorífica durante
largos periodos de tiempo, días o incluso meses. Se clasifican según sean:
·
Constructivos: son elementos que realizan una
doble función, la de elemento constructivo propiamente dicha y otra función de
almacenamiento o captación de energía, hemos visto algunos ejemplos
anteriormente como los muros.
·
Acumulación: son depósitos de acumulación,
su única misión es almacenar el calor. En las zonas más frías, este tipo de
depósitos son fundamentales para lograr un correcto acondicionamiento
bioclimático, generalmente se utilizan sales especiales disueltas en el agua
que favorecen la acumulación de calor.
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