Sistemas solares pasivos para climatización. Parte 2: Tipos de sistemas y principios de funcionamiento.

Entre los sistemas de climatización solar pasivos existen tres categorías básicas de soluciones, como comentábamos la semana pasada en la parte 1 de esta serie de posts: sistemas de ganancia solar directa, semi-directa y indirecta.

Sistema de ganancia solar directa [Imagen 1]

En el caso del sistema de ganancia solar directa, la energía radiante entra al espacio instantáneamente a través de una superficie transparente. El sistema de ganancia directa más simple y efectivo es una ventana, más específicamente su acristalamiento (simple, doble o triple). Las variables que afectan el rendimiento de los diferentes tipos de acristalamiento son: el factor solar del vidrio y el coeficiente de transmisión térmica.

Un mecanismo de funcionamiento de sistema de ganancia directa es el siguiente: la radiación solar ingresa al espacio interior a través del acristalamiento. Alcanza, directamente y sin obstáculos, el lugar donde se absorberá y almacenará el calor primario durante las horas de sol. La descarga posterior del calor acumulado producirá el aumento de la temperatura en la habitación. La masa térmica para almacenamiento de calor se puede ubicar en varios lugares de los edificios solares pasivos. Por ejemplo, en el piso o en las paredes externas o internas.

Sistema de ganancia solar semi-directa

Un ejemplo de sistema semi-directo es un invernadero adosado. Es semi-directo porque incluye un área intermedia, diseñada para captación solar, que también funciona como el buffer entre el exterior y el espacio que se acondiciona. Actúa como amortiguador porque reduce la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior. La aplicación de este sistema de calentamiento solar pasivo reduce el consumo de energía para compensar la pérdida de calor.

En este tipo de sistema aprovecha el efecto invernadero para captar la energía. La energía solar ingresa al espacio solar en forma de radiación visible. Se absorbe por la superficie interior y se irradia en forma de radiación infrarroja. El vidrio es opaco a la radiación infrarroja, por lo tanto, la energía queda atrapada en el interior. Con tiempo la temperatura dentro del invernadero aumenta gradualmente. El calor se transfiere al espacio interior por convección o conducción.

Dos tipos básicos de invernadero adosado son los siguientes:

1. Invernadero adosado convectivo [Imagen 2], en el cual el aire caliente del invernadero se transfiere al interior a través de las perforaciones de ventilación en la parte superior e inferior de la partición.
2. Invernadero adosado irradiante [Imagen 3], que incluye el muro sin aperturas de ventilación. En este caso el calor se acumula en el muro y se transfiere lentamente hacia espacio interior por conducción. El objetivo es proporcionar calor en el espacio interior durante las horas nocturnas y, por tanto, busca desprender el calor acumulado con retraso.

Sistema de ganancia solar indirecta

En el caso de sistema de ganancia indirecta, los rayos de sol no alcanzan al espacio interior. La energía es absorbida por el muro masivo y lentamente se transfiere hacia dentro por conducción. Llega al interior con un retraso que es ventajoso en el caso de que queramos recibir el calor durante la noche cuando la temperatura interior está bajando.

Un ejemplo clásico de sistema de ganancia indirecta es el muro Trombe. El primer prototipo de muro Trombe fue construido en 1967 por el Dr. Félix Trombe [Imagen 4].

El muro Trombe clásico consiste en un muro de alta masa térmica cubierto con una lámina de vidrio. Las dos capas están separadas por una cámara de aire. Para incrementar la absortividad, el muro se pinta de negro. En la parte superior e inferior del muro se encuentran las aperturas de ventilación. El aire en la cavidad entre la pared y el acristalamiento se calienta debido al efecto invernadero y, por convección, entra en el espacio interior a través de las perforaciones. El aire de menor temperatura de la habitación ingresa en la cámara de aire a través de las aperturas inferiores, lo que provoca una circulación constante entre la cámara de aire y el espacio interior. Al mismo tiempo, durante las horas de sol, el muro absorbe parte de la energía solar. El calor se transfiere lentamente por conducción hacia dentro. La energía absorbida se libera en la habitación y se redistribuye por convección. Para evitar la pérdida de calor durante la noche, se instala rejas ajustables para control de caudal de aire en las aperturas de ventilación.

El ejemplo del uso del Trombe Wall en la arquitectura moderna es el Centro de Aprendizaje de Naturaleza y Medio Ambiente (NME) en Amsterdam, por Bureau SLA [imagen 6].