Arquitectura solar pasiva: Invernaderos, muros Trombe y muros parietodinámicos

15/07/2021

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Ingeniería de Instalaciones MEP

El objetivo principal de la arquitectura solar pasiva es disminuir o eliminar la dependencia energética de las viviendas. Se trata de aprovechar al máximo el aporte energético que de por sí ya recibe nuestra vivienda y gestionarlo con el menor coste posible.

El ejemplo más claro es el sol, tan evidente como desaprovechado. Durante la mitad del día, el sol nos regala su energía en forma de radiación solar. ¿Por qué no sacarle partido? ¿Si calentamos agua sanitaria, por qué no calentar el aire de nuestra casa? En el Código Técnico de la Edificación en su documento de Ahorro de energía se relacionan diferentes conceptos basados en la arquitectura bioclimática: "Invernadero adosado: Recinto no acondicionado formado por un cerramiento exterior con un porcentaje alto de superficie acristalada que se coloca adyacente a las fachadas de un edificio. El elemento de fachada que actúa de separación entre el invernadero y las zonas interiores del edificio puede incluir también acristalamientos. Es posible la existencia de una circulación de aire generalmente forzada a través de dicho recinto, bien en forma de recirculación del aire interior o de precalentamiento de aire exterior que se usa para ventilación. A esta misma categoría pertenecen las galerías y los balcones acristalados". Cita 1. Definición según el Apéndice A Terminología, del DB-HE, pág. 23. "Muro parietodinámico: Cerramiento que aprovecha la energía solar para el precalentamiento del aire exterior de ventilación. Generalmente está formado por una hoja interior de fábrica, una cámara de aire y una hoja exterior acristalada o metálica que absorbe la radiación solar. La circulación del aire puede ser natural (termosifón) o forzada." Cita 2. Definición según el Apéndice A Terminología, del DB-HE, pág. 24. "Muro Trombe: Cerramiento que aprovecha la energía solar para el calentamiento por recirculación del aire interior del edificio. Generalmente está formado por una hoja interior de fábrica, una cámara de aire y un acristalamiento exterior. La circulación del aire puede ser natural (termosifón) o forzada. También se denomina muro solar ventilado." Como puede deducirse de las correspondientes definiciones, el objetivo es conseguir aprovechar la radiación solar para ayudar a la climatización de nuestro hogar. Hablaremos de muros Trombe e invernaderos, para el calentamiento del aire interior o de muros Parietodinámicos, para el precalentamiento del aire exterior destinado a la ventilación. Todo ello usando una fachada y la radiación solar.

Arquitectura solar: buenas prácticas

Centrémonos primero en el cómo y luego escogeremos cuál, ya que nuestra fuente de energía será la radiación solar, nos interesa sacarle el máximo provecho. Por consiguiente la orientación de la edificación o fachada es muy importante, en concreto debe orientarse hacia el Sur en el hemisferio Norte y hacia el Norte en el hemisferio Sur. Esta pared, la más soleada, funciona como un colector solar, recibe la energía diurna, la almacena y posteriormente la transmite al espacio de confort de la vivienda. Esto es posible con la adición de un cristal delante del muro, el funcionamiento es sencillo, los rayos de sol atraviesan el cristal y aumentan la temperatura de la pared. Ésta, debido a su elevada masa térmica, retiene gran parte de la energía solar. Con la ayuda del cristal, la energía sobrante rechazada por la pared, también se aprovecha ya que rebotará quedando confinada en nuestro sistema, calentando el aire atrapado entre el cristal y el muro. Arquitectura solar pasiva

Aprovechamiento de la radiación solar, acumulación de calor y efecto invernadero. Debido a este proceso acumulamos energía en la fachada y al mismo tiempo generamos una corriente ascendente de aire caliente ente el muro y el cristal. Para aumentar este efecto de captación podemos oscurecer la pared, colocar una chapa metálica negra o hasta substituirla por contenedores de agua. Aprovechando la corriente convectiva generada, podemos introducir de forma natural el aire caliente para climatizar la vivienda. Por la noche, en ausencia de luz solar, el muro irá devolviendo la energía acumulada durante el día en forma de calor. Comprendido el ‘cómo’, veamos cuál de los sistemas nos conviene más en función de nuestros intereses.

Invernadero adosado o habitación solar

El invernadero adosado es el sistema solar pasivo tradicional más utilizado. Se trata de crear una habitación acristalada colindante al edificio que nos permita aprovechar la energía solar para calentar la casa al mismo tiempo que ganamos un espació agradable y templado. Actúan como zona de amortiguamiento entre la casa y la intemperie.

Invernadero adosado, funcionamiento en verano Durante las horas de luz en verano, puede utilizarse cómo chimenea solar para ayudar a la ventilación y extraer el calor. De noche se puede seguir aprovechando este efecto chimenea para evacuar el calor acumulado en el invernadero. Arquitectura solar pasiva

Invernadero adosado, funcionamiento en invierno En invierno el sol se encuentra más bajo en el firmamento de modo que la habitación solar funcionará a pleno rendimiento. De día calentará el aire y acumulara calor para la noche. Si queremos aumentar la inercia térmica, puede añadirse un suelo de piedras para que éstas almacenen la radiación al igual que lo hace la pared de obra. Para asegurar el confort durante la noche es muy importante cerrar los conductos de ventilación que comunican con la vivienda y aislar interiormente el acristalado. De no ser así, parte de la energía acumulada por la mañana se desperdiciaría al exterior.

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Muro Parietodinámico o chimenea solar

Tal y como indica la norma, 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. Arquitectura solar pasiva

Muro Parietodinámico, funcionamiento según la estación En invierno, dispondremos 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.

Muro Trombe o muro de almacenamiento térmico ventilado

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. Al mismo tiempo, se genera una corriente convectiva entre el muro y el cristal debido al efecto invernadero. De noche la pared devolverá al 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. Arquitectura solar pasiva

Muro Trombe, funcionamiento en invierno

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.

Muro Trombe, funcionamiento en verano Nota: La denominación de este sistema es un homenaje al Dr. Félix Trombe, químico y físico francés que junto a Jaques Michel popularizo el sistema ideado por Edwar Morse. Un ejemplo son las conocidas casas que construyo en el Pirineo francés a principios de los sesenta. A menudo se sustituye el muro acumulador de obra por bidones de agua. Las corrientes convectivas que se generan en su interior propician una absorción más rápida del calor, favoreciendo un aumento del confort interior durante el invierno. Arquitectura solar pasiva

Muro de Agua tipo Drumwall TM, funcionamiento según estación

Steve Baer ideó el sistema llamado DrumwallTM sustituyendo el muro macizo por bidones de agua y añadió un espejo exterior que hacía a la vez de contraventana. De esta forma se maximiza la captación de la radiación solar en invierno y se bloquea completamente en verano.

Combinaciones Trombe/ Parietodinámico

Revisadas las distintas propuestas es fácil imaginar una combinación de ellas en el que, con un sencillo sistema de trampillas, podemos modificar el conjunto y así aprovechar al máximo el muro acristalado en función de la hora y de la época del año.