sábado, 17 de marzo de 2018

Calefacción Solar Pasiva

La calefacción solar pasiva es una estrategia bioclimática que permite aprovechar la radiación solar para mediante el uso de materiales y sistemas pasivos (no hay requerimiento de ningún sistema mecánico-eléctrico) sobre la envolvente de una vivienda, se colecte el calor solar en su masa y, a través del uso de coberturas transparentes y ventanas, se deje pasar la radiación solar directa y que esta quede atrapada en su interior. Así como también, aprovechar la ganancia de calor por radiación solar indirecta mediante el uso de invernaderos adosados a la vivienda donde el aire llega alcanzar temperaturas de hasta 45°C como máximo, y con promedios darios de 15°C, este aire caliente por convección natural puede ser trasladado al interior de la vivienda por medio de una ventana que comunica ambos volúmenes. Cabe recalcar que así como el invernadero por el día incrementa considerablemente la temperatura del aire interior, este por las noches desciende tan igual como la temperatura exterior. El beneficio esta que durante el día, el aire caliente puede ser transportado hacia el interior de la vivienda ya sea por convención natural o forzada, ademas de calentar la pared divisoria para almacenar el calor en su masa y ser trasladada naturalmente por conducción y posteriormente por radiación al interior de la vivienda.

Figura 1. Principios básicos de un diseño bioclimático (https://www.e-rt2012.fr)

Estos sistemas simples, prácticos y económicos, contribuyen significativamente a cubrir ciertas demandas de calefacción que, para aprovechar la captura o cosecha de radiación solar, su orientación óptima hará cumplir dicho requisito.  

Los materiales que comúnmente se usan para estos elementos o sistemas son:

- Policarbonato  (D=1200 kg/m3, k=0.2 W/m°C, Ce=1200 J/kg°C)
- Vidrio (U= 5.7 W/m2°C))
- Polietileno alta densidad (D=980 kg/m3, k=0.5 W/m°C, Ce=1800 J/kg°C)

Figura 2. (izq.) policarbonato, (cen.) vidrio, (der.) agrofilm o plástico de alta densidad.


Invernaderos adosados, un invernadero funciona como un calentador y es una construcción transparente y contigua a una vivienda, su objetivo es la de precalentar el aire interior. La pared divisoria o común entre el ambiente interior de la vivienda y el interior del invernadero, van a depender de las opciones térmicas, si se aísla no se aprovechará su inercia térmica en el caso que la pared sea de adobe como lo son en las zonas rurales Altoandinas del Perú.

Un invernadero atrapa la energía solar, calienta el aire interior por efecto invernadero, de ahí deriva su nombre, y la transmite al interior de la vivienda por convección natural. Para su uso eficiente se tiene que evitar infiltraciones no deseadas y la vivienda se beneficiara de una ingesta calórica no despreciable.

Un estudio realizado a un invernadero adosado de 21.28m2 ubicado en la comunidad de San Francisco de Raymina en Vilcashuaman, Ayacucho, a 3700 msnm, registro las siguientes temperaturas:

Tabla 1. Temperatura al interior de un invernadero adosado (Molina, J.R., 2016).

Figura 3. Invernadero adosado en una vivienda a 3700 msnm.

Las claraboyas son ventanas en los techos de las viviendas que van a permitir el ingreso de la radiación solar y evitar que salga, así como, dotar a los ambientes de iluminación. Los materiales transparentes tienen la propiedad de dejar pasar la radiación solar al interior de la vivienda y al incidir con las superficies interiores, se calientan y emiten radiación infrarroja, para este tipo de radiación el vidrio se vuelve opaco y no permite que salga, este fenómeno es el conocido como el fenómeno de efecto invernadero. 

En la misma comunidad de San Francisco de Raymina se rehabilitó una vivienda implementándose 25% del área total del techo con claraboyas.

Figura 4. Claraboyas en el techo.

Ventanas, son medios que orientados adecuadamente, van ha permitir la entrada y captura de la radiación solar directa que permite actuar como calefacción natural y como sistema de iluminación. 

En un estudio realizado en Huaraz a 3100 msnm (Corrales, R., 2012), con el objetivo de determinar el sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media que se adapte a las condiciones ambientales y a los aspectos culturales de la ciudad de Huaraz, se obtuvo como resultado de que las edificaciones, para captar mejor la radiación solar , deben orientar sus aperturas en fachadas opuestas con orientación Este-Oeste, donde se obtiene un mejor rendimiento térmico, que cuando se orienta al Norte-Sur.

Figura 5. Tipología de las viviendas en la ciudad de Huaraz (Corrales, P.M., 2012).

Referencias

Molina, J., “Evaluación bioclimática de una vivienda rural alto andina de la Comunidad  San Francisco de Raymina de Ayacucho [Tesis para optar el grado académico de Maestro en Ciencias con Mención en Energías Renovables y Eficiencia Energética],” Universidad Nacional de Ingeniería, Lima - Perú, 2016.

Corrales, P.M., 2012. Sistema solar pasivo más eficaz para calentar viviendas de densidad media en Huaraz. Universidad Nacional de Ingeniería. Programa Cybertesis PERÚ