Sistemas Solares Pasivos

Arquitectura Bioclimatica

Sistemas Pasivos  (o electricidad, no empleándose  a tal efecto movimiento mecánicos  de fluidos).
Se basan estos sistemas en emplear un adecuado diseño de la edificación, así como apropiada utilización de materiales de construcción y sistemas constructivos. Ello implica la necesidad de un perfecto conocimiento de la zona climática para la realización del proyecto, adecuando los diseños de modo de captar la máxima energía solar  ( Térmica) en invierno y protegiendo su entrada en verano.
Así, mediante el empleo de una vegetación adecuada como complemento, se puede controlara la insolación y el viento. Se utilizan muros o masas de captación que permitan una adecuada acumulación de calor para su distribución a los locales en el momento oportuno.

• La Forma: adecuado diseño de la edificación
• Zona Climática:  Los diferentes Climas que existen en Arquitectura
• Captar la máxima energía térmica solar : Superficie Acumuladora

Aprovechamiento de la Energía Solar

Vamos al grano: Los problema que se plantean para el aprovechamiento de la energía solar son:

1. La gran dispersión de la energía solar sobre la superficie de la tierra
2. Carácter incontrolable y variabilidad en el tiempo de la intensidad de radiación solar.

Pero estos asuntos son más de voluntades políticas y de unión entre países buscando el beneficio de sus ciudadanos y el cuidado del medio ambiente para mejorar estos inconveniente.

Si lo pensamos bien, la gran cantidad de energía proveniente del sol permitiría cubrir con holgura las necesidades de energía que se requiere en la tierra, si se contara con métodos prácticos y razonables para concentrarla sobre grandes superficies, pero hay ejemplos activos como : la  Granja Energía Termosolar Sanlúcar de la Mayor, Sevilla, España. Además sería necesario acumular la energía recibida durante las épocas de alta radiación, en las que la recepción supera la demanda para ser utilizada en las épocas de nula o baja radiación.  Pero la tierra tiene sitios de alta radiación todo el año y para la creación grandes enclaves energéticos como son los desierto, aquí un ejemplo:

The Sahara Solar Breeder Project 

Para el aprovechamiento destinado a la aplicación de la energía solar es necesario realizar los siguientes procesos:

• Captación y concentración de la energía solar
• Transformación para su utilización
• Almacenamiento en función de la demanda
• Trasporte de la energía almacenada, para su utilización en los puntos de consumo deseados. Pero creo que aquí entraría a funcionar la cabeza de los arquitectos, ya que las casas y los edificios son puntuales y deberían producir su propia energía para su sostenibilidad. 

Para esto existen fuentes de energías renovables que provienen del sol que pueden utilizarse en forma sencilla como es la eólica y la denominada biomasa:

La utilización de la energía eólica o , mejor dicho, el  de aprovechamiento de la energía del viento sobre la superficie de la tierra: desde hace mucho tiempo tiene gran cantidad de aplicaciones: como es el bombeo de agua, o los famosos aerogeneradores que vemos constantemente en el campo dañando la visual. Nosotros podemos aprovechar esa energía en nuestras casa a través de los savonius (Aerogenerador de eje vertical, Cómo construirlo), pero como siempre se requiere formas de almacenamiento para los períodos de calma.

La energía de la biomasa, consiste en aprovechar la energía vegetal o animal mediante procesos biológicos o termo químicos, ya sea mediante la combustión directa o procedimientos de fermentación para producir gas combustible, que denominamos biogas. (Ver biodigestor de Bidón y como construirlo) 

En estos casos no solamente la biomasa es importante como fuente de energía, sino como sistemas de elaboración de productos como fertilizantes orgánicos, ofreciendo la ventaja con respecto a los combustibles tradicionales, ya que se trata de un recurso renovable. 

El Aire Interior de una Vivienda

Arquitectura Bioclimatica

El aire interior de una vivienda, por razones de salubridad y confort, debe renovarse en forma continua, exigiendo un renovación total del aire por hora.
Pero en invierno cuando las las puertas y ventanas están cerradas, la renovación del aire se produce por infiltración en las juntas de la carpintería, y por la ventilación natural a través de orificios y rejillas, si no tenemos nuestras casas aislada .
 Este aire que ingresa en nuestras viviendas se encuentra a una temperatura exterior la que denominaremos " te" inferior a la temperatura interior " ti" provocando las molestias que origina el aire frío y genera una caída en la temperatura interior que debe ser restituida mediante de calefacción.
Así que nuestro consumo de energía se incrementa :  la cantidad necesaria de calor para elevar en 1ºC la temperatura de un volumen unitario de aire, el cual llamaremos " Calor Especifico del Aire" (Ce) y su valor es a 0,35 ( W/m3  ºC). Por lo tanto para una vivienda con volumen " Vr" de aire renovado por hora, el cual ingresa con una temperatura exterior "te" y se la quiere elevar a la temperatura interior de confort "ti", demandara un consumo energético en forma de calor:

Veamos la ecuación:

Q2= Ce. Vr . ( ti-te)

Siendo
Q2= perdida total de calor consumida en elevar la temperatura de un volumen de Vr de aire desde un valor inicial "te" a un valor final "ti" (W)
Ce= Calor Especifico del Aire ( W/ m3 ºC)
Vr: Volumen de aire renovado (m3)
( ti-te)= diferencia de temeperatura entre el aire interior y exterior (ºC)


Si bien la purificar el aire obliga renovar el volumen interior de una vivienda una vez por hora, todo aumento por sobre este valor significa consumir mayor cantidad de energía tal como se desprende de la ecuación expuesta. Por ello se deben evitar las entradas parasitarias de aire, pero debemos tender a una regulación manual o mecánica de los caudales de aire que ingresen por ventilación por salubridad.

• Ganancia de calor solar a través de ventanas
• Ventilación y Renovación de Aire Interior en los Edificios

Conductividad o Transmitacia Térmica

Se define conductividad térmica () de un material como la cantidad de calor que se transmite en una dirección, por unidad de tiempo, y de superficie, cuando el gradiente de temperatura en esa dirección es unitario. Superficie acumuladora

¿QUÉ ES CONDUCTIVIDAD O transmitancia TÉRMICA?

  (k en Estados Unidos) definido como:




: es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área)

, es el gradiente de temperatura: La razón del cambio de la temperatura por unidad de distancia, muy comúnmente referido con respecto a la altura. Se tienen dos gradientes, el adiabático de 10.0 C/Km (en aire seco) y el pseudoadiabático (aire húmedo) es 6.5 C/Km.

 Conducción Térmica 

Recordemos el concepto: Es la transmisión por conducción que tiene lugar en un cuerpo determinado, desde la zona de mayor temperatura a la zona de menor temperatura, por el simple contacto molecular. Si bien puede conducirse en medios sólidos, líquidos o gaseosos.

El flujo de calor es directamente proporcional a la diferencia de temperatura y a la conductividad del material e inversamente proporcional al espesor del material que atraviesa.

• Coeficientes de conductividad térmica de materiales

Aislamiento Térmico

 En conclusión: Una adecuada aislación térmica de los cerramientos contribuye al logro de un microclima que asegure condiciones de confort con ventajas económicas en cuanto al consumo de energía necesario para alcanzar las condiciones aconsejables, por eso es importante conocer las cualidades de los materiales de construcción  que se utilizan: como son los cerramiento de manera que puedan aprovecharse para el control climático de los ambientes.

• Ejemplos de Materiales Aislantes Térmicos
• Materiales Incompatibles para ser Aislamientos Térmicos 

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• Aislamiento acústico para el estrés 

Verificar un Proyecto Solar

Arquitectura Bioclimatica- Energía Solar

Cuando se necesita verificar un proyecto solar que se está realizando, la inquietud radica en dos aspectos:

1. Aspecto energético: ( Fas) Fracción de Ahorro Solar, que es la determinación mensual o anual de la carga energética de calefacción necesarias provistas por el sol, osea, qué porcentaje de esa carga energética es aportado por el sistema solar proyectado. Cuando se habla de la FAS se está hablando de una determinada proporción entre conservación y aprovechamiento de la Energia Solar.

Fracción de Ahorro Solar (FAS)

En el cálculo de la FAS, intervienen dos conceptos: 

a) el Coeficiente Neto de Pérdidas (CNP) 

b) la razón entre la energía solar absorbida (RS) por el sistema y los grados-día (GD) en un período de tiempo: 

FAS = f(CNP, RS/GD) 

Donde: 

CNP Coeficiente Neto de Pérdidas (W / °C) 

RS Radiación solar absorbida en el interior de la vivienda (W / mes) 

GD Grados día (°C día / mes).

El CNP indica la cantidad de energía que la casa pierde por cada grado de diferencial de temperatura entre el interior y el exterior. Se calcula como la sumatoria del área de cada elemento de la vivienda (muros, techos, ventanas, puertas, fundaciones, etc.) medida en m2 multiplicado por su correspondiente conductancia térmica [W / m C°]. El CNP depende por un lado de la forma de la vivienda, dada a través del diseño de la misma y por otro de las características térmicas y físicas de los materiales que han sido utilizados. Un ejemplo sería tratar de que el perímetro expuesto de la vivienda sea mínimo, para reducir así las áreas implicadas en las pérdidas y consecuentemente, lograr un CNP más bajo.

RS / GD depende, por un lado del clima del lugar donde se ubique el edificio y por otro, del tipo de sistema solar y su tamaño. Los GD dependen del clima local y la cantidad de radiación solar absorbida realmente por el sistema será función de la cantidad de radiación disponible en el lugar, y del tipo de sistema solar elegido y su tamaño. Un valor mayor de RS / GD para el mismo CNP implicara una mayor FAS. Se tiene en cuenta tanto el clima del lugar como el factor de forma de la vivienda, las características físicas de los materiales utilizados, la distribución de los ambientes y la orientación.

El FAS resultante puede provenir de infinitas combinaciones entre conservación y aporte solar. Se puede obtener con una mínima conservación (que se traduce en un espesor pequeño de aislamiento  Termico) y máximo aporte solar (aberturas solares grandes) o hasta con una apertura solar mínima y máxima conservación. La solución óptima se ubicará en una determinada combinación alejada de estos extremos.

2. Niveles de habitabilidad que alcanza o mantiene un edificio sobre el cual se aplica medidas de conservación y aprovechamiento de la energía solar. 

El problema de la arquitectura solar es el sobrecalentamiento del aire o de las temperaturas superficiales, y otros problemas como son los niveles de humedad relativa elevados o molestias derivadas de una ventilación reducida.

Invernadero o Espacio Solar

Es un espacio adosado o encerrado por un local, recinto acondicionado y orientado para captar el máximo de radiación solar. ( Energía Solar) 

No es un lugar habitado por lo general y su uso es esporádico.

El Invernadero está provisto de un muro que acumula la energía incidente para cederla a esté durante las frías horas de la noche. 

Para que sea efectivo este sistema, deberá aislarse durante la noche con postigones o cortinas pesadas, para evitar las perdidas. Cuando el aire caliente que se genera en el interior del  espacio solar, tiende a perder energía por el vidrio, podemos abrir conductos sea en la parte de arriba y abajo para aprovechar las corrientes convectivas en el interior y conduciéndolas a las habitaciones más alejadas por medio de conductos o lechos de piedras.

COMPRAR INVERNADERO

Como Funciona un invernadero

1. Habrá Conducción  través del muro. ( Muro Trombre)
2. Como la temperatura del aire del invernadero será más alta que las de los espacios habitables, para que haya mayor rendimiento, deberá haber Transferencia Convectiva
3. Habrá Radiación desde el muro acumulador ( Muro Trombe) hacia el ambiente a acondicionar.

Ganancia de Calor solar a Través de Ventanas

Arquitectura Bioclimatica

Esta herramienta calcula la Ganancia de Calor Solar a Través de Ventanas verticales en latitudes templadas. Por favor, lea las instrucciones importantes, notas y páginas de preguntas frecuentes antes de utilizar esta herramienta. http://www.susdesign.com/windowheatgain/

Ganancia Directa Difundida

Arquitectura Bioclimatica - Ganancia Directa

Cuando hablamos de Difundida es Extender la Radiación (propagación de energía) ganada por el espacio en todas las direcciones. El Uso de vidrios difusores, traslúcidos tendrá el efecto de difundir la radiación solar incidente a través de toda la habitación.

 De este modo el acumulador térmico principal puede ubicarse sin las limitaciones impuestas por los sistemas de ganancia directa no difundida.

Esta uniforme distribución de la energía solar dará por resultado temperaturas de superficie mas baja de la masa térmica y entonces reducirá las fluctaciones de la temperatura del aire dentro de la habitación.

Se requiere un coeficiente de absorción en techos, paredes y piso alto de 0.9 a 0.8

Coeficiente de absorción o de atenuación se define como el cociente entre la energía absorbida y la energía incidente por una superficie o sustancia.

En Síntesis: La energía entra de bajo la forma de luz solar desde una fuente de 5700ºK, (  0°C = 273.16ºK ,si aumentamos 1°C, aumentas 1ºK, o sea 1°C = 274.16ºK), atraviesa el vidrio y contacta sobre el acumulador primario ( sea superficie de piso y paredes) hasta la altura de la pared a que llegue la radiación solar, se calentará y se propagará en onda térmica por conducción.

Materiales de Construcción