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Sistemas solares pasivos para climatización. Parte 1: ¿Qué son y cómo funcionan?

08-01-2019
Los sistemas solares pasivos aprovechan los elementos constitutivos del edificio como ventanas, paredes o suelos para obtener energía solar pasiva y utilizarla para calentar el edificio. El objetivo general de estas estrategias de diseño es aprovechar las condiciones climáticas y el sol para minimizar el uso de los sistemas activos de climatización y, de este modo, reducir el consumo de energía.

Puede parecer que el diseño pasivo es un concepto moderno y de moda, pero en realidad, la arquitectura bioclimática de la era preindustrial (antes de la invención de la electricidad) ya estaba orientada al acondicionamiento ambiental de los edificios a través de esta forma de diseño. La arquitectura vernácula se diseñaba en función del clima. De esta forma, en climas fríos buscaba proporcionar sol y energía y prevenir las pérdidas de calor y, por el contrario, en climas cálidos, buscaba mantener el interior fresco y aumentar la ventilación.

Durante el siglo pasado y principios del actual, ni la sociedad ni muchos arquitectos prestaron demasiada atención al diseño bioclimático, ya que el clima interior se regulaba mediante el uso de dispositivos mecánicos. Se ha recuperado recientemente el interés en el diseño solar pasivo debido al riesgo de agotamiento de los recursos naturales causado por el aumento en el consumo global de energía. Ser más eficiente con la energía es esencial si queremos asegurar la supervivencia del planeta y el bienestar de las generaciones futuras.

Entonces, ¿qué es exactamente el diseño solar pasivo y cómo podemos aprovecharlo al máximo? Un edificio solar pasivo es aquel en el que sus elementos de construcción tales como paredes, suelos, techos y ventanas, están diseñados y orientados de tal manera que permiten la máxima ganancia de energía solar en invierno y evitan el sobrecalentamiento en verano.

Los elementos básicos de la arquitectura solar pasiva que se configuran para lograr dicho objetivo son:

  • La apertura solar: son los huecos en la envolvente del edificio que permiten el acceso de luz y energía solar (ganancia solar).
  • La masa térmica, es una propiedad de los materiales de un edificio que define su capacidad para almacenar calor. El uso de la masa térmica evita el sobrecalentamiento y disminuye las fluctuaciones de temperatura creando lo que se denomina inercia térmica.
  • Espacio calefactado, es una área habitable de la casa solar pasiva donde se requieren condiciones de confort térmico.

La ecuación básica de balance térmico para un edificio es el siguiente:

GANANCIAS SOLARES + GANANCIAS INTERNAS + ENERGIA DE CALENTAMIENTO AUXILIAR =
= PÉRDIDAS DE CALOR POR TEJIDO + PÉRDIDAS POR INFILTRACIÓN Y VENTILACIÓN

Los factores de diseño más importantes para aprovechar los aportes solares son la geometría y la orientación del edificio además de las características de los materiales utilizados.

La ganancia solar es la energía de radiación solar incidente que puede ser absorbida y almacenada o reflejada. La cantidad de energía absorbida o reflejada depende directamente de las propiedades del material. Por ejemplo, la cantidad de energía absorbida puede variar según el color del material; si es negro, absorberá alrededor de 90% de la energía de radiación incidente.

Las ganancias incidentales son las ganancias de calor procedentes de los cuerpos humanos y de los equipos electrónicos interiores del edificio. Por ejemplo, cada persona adulta emite en promedio 100 vatios, siendo este número variable según la actividad que se lleve a cabo. Todos los equipos eléctricos también liberan calor durante su funcionamiento.

Finalmente, el calentamiento auxiliar es el calor producido por los dispositivos mecánicos de los sistemas activos. En climas fríos, por ejemplo, es necesario usarlos para llegar a la temperatura de confort alrededor de los 18-22ºC. Sin embargo, el objetivo de los edificios pasivos es minimizar el uso de los sistemas activos para disminuir el consumo de energía.

La pérdida de calor ocurre en el contacto del edificio con el exterior. Sus posibles causas son la transmisión térmica a través de los elementos de la envolvente o a las penetraciones de aire desde el exterior. Estas últimas pueden ser debidas a la infiltración o a la ventilación.

Entre los sistemas solares pasivos de control ambiental existen tres categorías básicas de soluciones: sistemas directos, semi-directos e indirectos. Encontrarás la descripción de los sistemas y principios de funcionamiento en la Parte 2: Tipos de sistemas y principios de funcionamiento.


Bibliografía:

Achard P., Gicquel R., European passive solar handbook, Brussels,  Commision of European Communities, 1986.

Lebens R.M., Passive Solar Heating Design, London, Applied Science Publisher Ltd, 1981, ISBN: 0-85334-870-7.

Fuentes imagenes: Passive Solar Design

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