Ecología y naturaleza en La Mancha

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domingo, 11 de noviembre de 2007

Arquitectura bioclimática

El aprovechamiento de la energía solar por medio de elementos pasivos no es otra cosa que la recuperación de la planificación y la construcción acordes con el clima. Los fundamentos de la construcción con arreglo al sol coinciden simplemente con las leyes físicas de radiación, captación, acumulación y distribución del calor. Los ejemplos históricos -surgidos en una época sin una oferta excesiva de medios auxiliares técnicos- ya nos muestran en muchas ocasiones aquellos principios que desgraciadamente hemos olvidado y que nos esforzamos ahora por descubrir de nuevo como aprovechamiento pasivo de la energía solar.

La Arquitectura Solar Pasiva, también conocida como bioclimática incluye el modelado, selección y uso de una correcta tecnología solar pasiva, que mantenga el entorno de una vivienda a una temperatura agradable, por medio del Sol, durante todos los días del año. Como resultado, se minimiza el uso de la tecnología solar activa, las energías renovables y sobre todo, las tecnologías basadas en combustibles fósiles.

La arquitectura solar pasiva es sólo una pequeña parte del diseño de edificios energéticamente eficientes, que a su vez, es otra parte del diseño sostenible, aunque estos términos a menudo se utilicen erróneamente como sinónimos.

Un poco de historia

Lo que hoy denominamos sistemas solares pasivos de calefacción se utilizaron por primera vez en Grecia hace 2500 años. La fundación sistemática de ciudades por los griegos y la casa residencial estaban orientadas cuidadosamente según los puntos cardinales y diseñadas con el objetivo de garantizar, tanto en verano como en invierno, condiciones microclimáticas óptimas y un clima confortable en el interior.

Unos cuantos siglos más tarde, en Roma, se utilizaba la energía solar para calefactar villas y casas de baños. Los griegos y los romanos ya estaban obligados a aplicar el sol como proveedor de calor para atenuar las crisis energéticas de su época. La utilización de leña para la combustión condujo a que se deforestaran muchas regiones y a que por ello se produjeran graves daños ambientales.

Casa diseñada por G-F Keck (Chicago, 1940)


En el año 1940, el arquitecto Georg-Fred Keck diseñó la que se considera la primera casa solar pasiva moderna, (Sloan House) en Chicago. Keck había diseñado una casa totalmente acristalada para la exposición Siglo del Progreso y se maravilló al comprobar que, en los días soleados de invierno, la temperatura era muy agradable en el interior, incluso antes de haberse instalado la calefacción. Se edificaron otras casas solares también en ese decenio, pero la utilización pasiva de la energía solar no halló una aceptación o valoración amplia.

En el último decenio, sin embargo, la necesidad de buscar una alternativa para el petróleo y el gas natural, ha dirigido el interés nacional sobre la calefacción solar también en muchos países europeos.

Elementos de un sistema solar pasivo de calefacción

Un sistema solar pasivo de calefacción completo viene determinado por cinco elementos. Cada uno de ellos desempeña una función separada, pero los cinco elementos deben actuar conjuntamente y estar armonizados para que el sistema pueda funcionar.

1. El colector

Colector

Colector

Los colectores son grandes superficies de vidrio (o de plástico) a través de las cuales la luz solar penetra en el edificio. Los colectores deben estar orientados hacia el sur (con una desviación máxima de +/- 30° de la dirección sur exacta) y durante el periodo de calefacción no deben estar en la sombra de otros edificios o de árboles, durante un tiempo entre 9 y 15 horas.

2. El absorbedor

Absorbedor

Absorbedor

El absorbedor es la superficie oscura del elemento acumulador. Esta superficie -que puede ser un paramento, el suelo o un recipiente de agua- se encuentra en el lugar de incidencia de la luz solar. La radiación solar cae sobre la superficie y es transformada en calor.

3. El acumulador

Acumulador

Acumulador

Como materias acumuladoras actúan aquellos elementos o materiales constructivos que por su alto peso específico absorben el calor que se produce sobre el absorbedor a raíz de la radiación solar. Estos materiales se denominan masas acumuladoras (masa térmica). La diferencia entre el acumulador y el absorbedor -que a menudo forman juntos el mismo sistema constructivo- reside en que como absorbedor sólo puede funcionar una superficie exenta, iluminada por el sol, mientras que como masa acumuladora actúa aquél elemento constructivo que desde el absorbedor puede ser calentado por medio de conducción térmica.

4. La distribución

Distribución

Distribución

Es el método por el que el calor solar es conducido desde los lugares de captación y acumulación a distintas partes de la casa. Un sistema puramente pasivo utiliza exclusivamente los tres métodos naturales de transmisión del calor: conducción, convección y radiación. En algunos sistemas la distribución del calor es asistida por ventiladores, tuberías y compresores (sistemas híbridos).

5. La regulación

Regulación

Regulación

En principio la regulación se efectúa a través de elementos móviles amortiguadores del calor, de los que depende la capacidad de rendimiento de todo el sistema. Los elementos móviles amortiguadores del calor impiden durante la noche las pérdidas caloríficas por aquellas superficies de vidrio a través de las cuales, de día, ha de producirse la irradiación de calor. Otros elementos que han de impedir tanto un enfriamiento como un calentamiento excesivos, son por ejemplo:

  • dispositivos electrónicos de medición, por ejemplo, un termostato diferencial que conecta un ventilador.
  • aberturas regulables y compuertas de tiro que permiten o estrangulan el flujo de calor o facilitan la ventilación natural.
  • aleros en voladizo o toldos que dan sombra a la superficie del colector durante los meses de verano.
Configuraciones físicas

Se denomina un sistema solar pasivo a aquel en el que el flujo de energía calorífica se efectúa por medios naturales, es decir, por medio de radiación, conducción térmicas y convección natural. Los sistemas pasivos se distinguen de los activos por la falta de bombas mecánicas o ventiladores, que se necesitan para mantener el flujo de un fluido intercambiador de calor por vía forzada. Muchas veces los elementos del sistema tienen una gran vinculación con los elementos arquitectónicos pudiendo desempeñar varias funciones a la vez. Por ejemplo, una ventana orientada al sur, sirve para captar calor, y al mismo tiempo proporciona vista al exterior, iluminación natural y aireación (regulación). También los muros del edificio sirven tanto para la acumulación del calor como de construcción soportante.

Ganancia solar directa

La luz solar que entra en el espacio a calentar, es transformada en calor en las superficies absorbentes y es dispersada hacia distintas superficies delimitantes y volúmenes espaciales. La ganancia solar directa implica la utilización de ventanas, claraboyas y persianas para controlar la cantidad de radiación solar

directa que llega al interior de una vivienda. El uso de ventanas soleadas combinadas con suelos de gran masa, es un ejemplo sencillo de esta utilización.

Tradicionalmente, estos sistemas de ganancia solar directa no han sido bien considerados, sobre todo por el elevado coste que tenían los cristales bien aislados térmicamente, con valores-R comparables al aislamiento de los muros. Esto está cambiando radicalmente en Europa, donde se desarrollan ventanas superaislantes que ayudan a implementar el estándar alemán de casa solar pasiva.

Ganancia solar indirecta

La ganancia solar indirecta es la que se obtiene a través de la piel del edificio, que ha sido diseñada con una masa térmica (como un tanque de agua o un muro sólido recubiertos por un cristal). El calor acumulado por esta masa es cedido al interior del edificio indirectamente por conducción o convección. Ejemplos de esta técnica son: el muro trombe, paredes de agua, o la instalación de pequeños estanques sobre un tejado. La cubierta ajardinada también es un ejemplo representativo.

En la práctica, a estos sistemas se les suele criticar el que sean difíciles de controlar, además del alto precio de los cristales aislantes.

Ganancia solar aislada

La ganancia aislada implica la captura pasiva del calor del Sol, para posteriormente transportarlo dentro o fuera de la vivienda usando para ello un líquido (por ejemplo un captador térmico dotado de termosifón) o aire (una chimenea solar) o ambos (un almacén de calor).

Los solariums, invernaderos y armarios solares son alternativas para lograr una ganancia de calor aislada de la que podemos aprovechar el aire caliente.

Estrategias de diseño solar pasivo
  • La orientación en la construcción. Teniendo en cuenta la climatología local, se puede construir una casa orientándola de forma que reciba la mayor cantidad de radiación solar anual, evitando sombras en invierno y protegiéndola del exceso de radiación en verano. También se pueden utilizar técnicas basadas en recubrimientos vegetales.
  • Características de la construcción. La forma del edificio y su envolvente determinan la cantidad de superficie expuesta a la radiación solar, ajustando ésta a las necesidades deseadas. Las propiedades de los materiales de construcción elegidos, sirven para regular la absorción, reflexión o transmisión de la energía captada.
  • Uso del entorno. La utilización de elementos naturales como árboles y plantas puede resultar útil para crear zonas de refrescamiento en verano y un escudo de protección del viento en invierno.

Aunque no se clasifique dentro de las tecnologías solares pasivas, el uso de materiales aislantes térmicos se utiliza con profusión para reducir las pérdidas o las ganancias no deseadas de calor.

La evolución de la Arquitectura Solar Pasiva

El diseño de construcciones basadas en la arquitectura solar pasiva proviene de la antigüedad y ha permanecido ligado a la arquitectura tradicional de muchos países. En el mundo desarrollado, aunque han seguido siendo utilizadas en núcleos rurales o por personas entusiastas, han sido ignoradas por la industria de la construcción hasta finales del s. XX.

A pesar de la falta de interés general, las tecnologías solares pasivas se retomaron y mejoraron en el último tercio del siglo XX coincidiendo con la crisis del petróleo de 1973. La introducción de tecnologías de diseño asistido por ordenador y la aparición de construcciones pioneras también ayudaron.

En los inicios del siglo XXI, el tema ha cobrado un nuevo interés, debido sobre todo a las consecuencias ya visibles del calentamiento global del planeta.

Niveles de utilización del diseño solar pasivo

Pragmático: Una casa podría ahorrar del orden de 30% o más en gastos de calefacción sin apenas modificar su aspecto, confort o usabilidad. Esto se puede conseguir por medio de una correcta situación de las ventanas, pequeñas aportaciones de masa térmica y un buen aislamiento térmico. Una pared orientada al sur puede recibir los rayos del Sol durante el día, acumular el calor y desprenderlo por la noche.

Estacional: Tradicionalmente, la tecnología solar pasiva se ha centrado en ciclos diarios de acumulación/radiación de calor para mantener condiciones óptimas de temperatura que pueden mantenerse durante algunos días incluso en ausencia de días soleados. Investigaciones recientes han desarrollado técnicas para acumular el calor en estaciones calurosas y desprenderlo meses más tarde en estaciones frías. Estas técnicas requieren grandes cantidades de masa térmica generalmente ubicada en el subsuelo a unos 7 metros de profundidad y perfectamente aisladas para evitar las pérdidas de calor por el clima o el agua. En los meses fríos se puede recuperar el calor conduciéndolo a través de tuberías de material plástico introduciéndolo en el sistema de calefacción de la vivienda.

Maquinaria mínima: Una casa solar pasiva pura, no debería incorporar ningún elemento mecánico o eléctrico para ser considerada como tal. Únicamente debería utilizar la energía irradiada por el Sol y recibir solo de manera incidental el calor producido por elementos como las bombillas, velas, cocinas, electrodomésticos del hogar, duchas, personas o animales. El uso de mecanismos de ventilación natural en los que no intervienen ventiladores u otros dispositivos, se suelen incluir dentro de estas técnicas, aunque no se consideren estrictamente diseños solares pasivos.

Fuente: www.solarpedia.es

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