Earth tubes/es
Un tubo de tierra es un tubo enterrado que calienta o enfría el aire que circula en su interior. Los tubos de tierra pueden ser de circuito cerrado, donde toman aire del interior de una estructura, lo hacen circular en un circuito subterráneo antes de devolverlo a la estructura; o de circuito abierto, que toma aire del exterior y lo introduce en la estructura; o de circuito abierto a contracorriente, donde el aire entra y el aire interior se extrae en tubos de tierra separados. El aire puede circular pasivamente por convección o activamente mediante ventiladores (sopladores). Que el aire se caliente o enfríe depende de la temperatura del aire exterior en relación con la temperatura interior y, fundamentalmente, de la temperatura del suelo a la profundidad a la que se entierra el tubo. Este artículo se centra principalmente en sistemas abiertos.
Sinónimos
Intercambiadores de calor tierra-aire (EAHX/EAHE), [ 1 ] Intercambiadores de calor acoplados a tierra, [ 1 ] Canales de tierra, [ 1 ] Intercambiadores de calor de tubos de tierra (ETHE), [ 2 ] Intercambiador de calor tierra-aire (GAHE), [ 3 ]
Teoría básica
Cambios en la temperatura del aire
La temperatura del aire en la superficie de la tierra está sujeta a cambios constantes debido al clima, el ciclo día/noche y el ciclo estacional. Por ejemplo, cuando es un día soleado la temperatura del aire es más cálida que cuando está nublado. La temperatura del aire también baja por la noche. Las estaciones son creadas por la inclinación del eje de rotación de la Tierra mientras orbita alrededor del Sol. En las regiones templadas y polares, durante parte del año algunos lugares estarán inclinados hacia el sol. Los días son más largos y se recibe más energía calorífica por unidad de superficie. En el hemisferio norte esto es mayo, junio y julio y para el hemisferio sur esto es noviembre, diciembre y enero. Seis meses después, el mismo lugar estará inclinado lejos del sol y los días serán más cortos. Las regiones ecuatoriales no experimentan cambios significativos en las horas de luz diurna durante todo el año. Las características geográficas macro y micro también pueden influir fuertemente en la temperatura del aire en un lugar determinado.
Cambios en la temperatura del suelo
La temperatura de la Tierra responde a estos cambios en la temperatura superficial, a medida que el calor se transmite gradualmente a través del suelo. Sin embargo, la Tierra tarda en calentarse y enfriarse, por lo que su temperatura se retrasa con respecto a cualquier cambio de temperatura del aire superficial (es decir, actúa como masa térmica ). [ 4 ] Cuanto más se profundiza en la Tierra, mayor es la profundidad que deben atravesar los cambios de temperatura del suelo, y los cambios constantes en la temperatura del aire superficial comienzan a atenuarse y a fusionarse. [ 5 ] Lo más importante es que la temperatura del suelo en la estación cálida será más fría que la temperatura del aire superficial y, a la inversa, la temperatura del suelo en la estación fría será más cálida que la temperatura del aire superficial. [ 6 ]
Temperatura constante en las profundidades de la Tierra
A cierta profundidad, incluso el cambio de temperatura entre invierno y verano se promedia. Esto a veces se denomina "temperatura constante profunda de la Tierra" [ 5 ] o "factor de corrección de amplitud". [ 7 ] Por debajo de esta profundidad, la temperatura de la Tierra comienza a aumentar gradualmente, ya que también se produce un ascenso de calor desde el interior. [ 6 ] Las mediciones exactas de esta temperatura constante profunda de la Tierra varían (posiblemente según la ubicación geográfica). Por ejemplo, en Montana, EE. UU., a 6 metros de profundidad, la temperatura se mantiene estable durante todo el año en 7 grados Celsius. [ 5 ] En el Reino Unido, esta se sitúa entre 8 y 11 °C a aproximadamente 15 metros de profundidad. [ 6 ] La profundidad también puede variar según el nivel de humedad del suelo (4,25 m, 5,5 m y 6,7 m para suelo seco, promedio y húmedo, respectivamente). [ 7 ]
Intercambio de calor entre el aire y la tierra
A medida que el aire se mueve pasivamente a través del tubo terrestre (por convección), o activamente mediante ventiladores o sopladores, cualquier diferencia de temperatura entre el aire y la tierra que rodea el tubo comenzará a igualarse. De hecho, si el aire circula por un tubo lo suficientemente largo, la temperatura del aire del tubo tenderá a acercarse a la temperatura del suelo circundante.
En la estación cálida, la temperatura del aire exterior es superior a la del suelo. El aire exterior que entra en un tubo de tierra (de refrigeración) se enfría hasta cierto punto. Este aire calentado entra entonces al interior de la estructura, proporcionando aire fresco y fresco.
En la estación fría, la temperatura del suelo debajo de la superficie es más cálida que la temperatura del aire en la superficie, y por eso ocurre lo contrario: el aire en el tubo de tierra se calienta antes de entrar al interior, lo que proporciona ventilación y reduce la necesidad de otras medidas de calefacción.
Componentes y consideraciones
No existe una estandarización en términos de materiales o diseño. [ 3 ] Esta es quizás la razón por la que algunos funcionan y otros no, y por la que las opiniones sobre los tubos de tierra varían considerablemente.
Admisión
Los sistemas abiertos cuentan por definición con una toma de aire externa. También denominada colector, [ 2 ] puede consistir en una torre de admisión de aire vertical. [ 3 ] Las torres de admisión requieren una cubierta contra la lluvia. [ 3 ] Es recomendable instalar un filtro o malla para evitar la entrada de insectos y animales al tubo. [ 3 ] Es recomendable ubicarlo lejos de olores y contaminantes. [ 3 ] La entrada debe permitir la evacuación de la condensación. [ 5 ]
Si el tubo de tierra se destina a refrigeración, el colector debe ubicarse en una zona sombreada cerca de un lago o río. [ 2 ] Si el tubo de tierra se destina a calefacción, conviene ubicarlo a pleno sol, lejos de grandes masas de agua. [ 2 ] La entrada de un sistema de contraflujo debe ubicarse de forma que no absorba el aire viciado de la salida. [ 5 ] La entrada puede orientarse hacia el viento predominante para favorecer la entrada pasiva de aire. [ 8 ]
Material del tubo
Las tuberías de cloruro de polivinilo (PVC) son comunes debido a su bajo costo [ 5 ] y a su resistencia al enterramiento (al menos no por mucho tiempo). Se ha utilizado hormigón, que, si bien resiste las fuerzas que se ejercen sobre él al estar enterrado y no se oxida ni se degrada fácilmente, absorbe la humedad. También se ha utilizado acero, que puede galvanizarse para prevenir la oxidación.
El valor R del material del tubo es un factor a considerar; cuanto menor sea el valor, mejor, ya que se busca una buena conductividad térmica. El grosor de la pared del tubo también afecta la conductividad térmica, ya que un tubo más delgado conduce mejor el calor entre la tierra circundante que uno más grueso, aunque las tuberías más delgadas reducen su resistencia. Los tubos más débiles pueden dañarse después de rellenar la zanja, a medida que la tierra se asienta. Colocar grava compactada debajo del tubo puede ayudar a reforzarlo. [ 5 ]
Superficie interna del tubo
La superficie interna del tubo se puede revestir con material antimicrobiano. [ 3 ] Debe ser lisa en lugar de corrugada para ofrecer menos resistencia al flujo de aire.
Diámetro del tubo
La mayoría de los sistemas tienden a utilizar tubos de diámetro entre 10 cm (4 pulgadas) y 45 cm (8 pulgadas). [ 5 ]
Longitud del tubo
Si es demasiado corto, el aire no se ajustará lo suficiente a la temperatura de la tierra que rodea el tubo. [ 3 ] Si es demasiado largo, la presión del aire caerá. [ 3 ]
Costo
El costo financiero es variable. Un investigador concluyó que un sistema típico cuesta entre 2000 y 3000 dólares canadienses (en 2001). [ 1 ] Un costo importante puede ser la excavación de tierra. [ 1 ] Puede haber un costo continuo si el sistema cuenta con controles activos [ 1 ] o componentes como ventiladores.
Retorno de la inversión
Un investigador concluyó que el tiempo promedio que tomaba el ahorro de energía para cubrir el costo inicial era largo (por ejemplo, 9 años, o 10-20 años). [ 1 ]
Problemas y desventajas
Los problemas con los tubos de tierra generalmente son difíciles de corregir una vez instalados. [ 1 ] Muchos sistemas que presentaron problemas fueron desmantelados y sellados. [ 1 ]
Humedad y crecimiento de microorganismos
Se puede encontrar humedad y moho en los sistemas de tubos de tierra. Si bien algunos afirman que esto se debe a sistemas mal diseñados, instalados, operados y mantenidos [ 1 ] , otros concluyen que el riesgo de deterioro de la calidad del aire interior es significativo y que la técnica no se justifica dado el limitado ahorro energético que ofrece. [ 9 ]
El agua de lluvia puede acumularse dentro de los tubos de tierra [ 9 ] si su diseño es deficiente. Sin embargo, la humedad del aire también puede depositarse en el interior del tubo como condensación al circular el aire. Esto es más probable cuando el aire es cálido y húmedo y la tierra es fría. [ 1 ] Por lo tanto, los tubos de refrigeración terrestres pueden beneficiarse de la deshumidificación, especialmente en climas cálidos y húmedos. [ 10 ] La humedad puede provocar el crecimiento de microorganismos, en particular moho, dentro del tubo. [ 10 ] Este moho libera esporas que se transportan por el aire hacia la vivienda. Esto puede generar olor a humedad e incluso causar problemas de salud. [ 10 ] Se detectaron esporas de penicilium, aspergillus fumigatus, aspergillus versicolor y aspergillus niger en el interior de una PassivHaus con tubos de tierra en Bélgica. [ 9 ] Los ocupantes tuvieron que mudarse debido a problemas de salud crónicos que posteriormente se resolvieron. [ 9 ]
Referencias
- ↑Saltar a:1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 Sistemas de ventilación con tubos de tierra: aplicabilidad en el clima canadiense. Didier Thevenard. Sociedad Canadiense de Hipotecas y Vivienda, 2011
- ↑Saltar a:2.0 2.1 2.2 2.3 Con los pies en la tierra: Una "exhumación" de los intercambiadores de calor de tubos de tierra. Robert Bean, 2010. Publicado originalmente en HPAC Canadá, alojado en healthyheating.com
- ↑Saltar a:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 ¿Qué es un intercambiador de calor tierra-aire? Ziger / Snead Architects 2010
- ↑ Casas con protección terrestre: Cómo construir una vivienda subterránea asequible. R. Roy. New Society Publishers, 2006
- ↑Saltar a:5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Almacenamiento pasivo de calor anual: Mejora del diseño de refugios de tierra. John Hait. 2013
- ↑Saltar a:6.0 6.1 6.2 Bombas de calor geotérmicas: desarrollo de informes geográficos para la caracterización de emplazamientos potenciales, número 1.2 . Ian Gale. Servicio Geológico Británico, 2005.
- ↑Saltar a:7.0 7.1 Equipos mecánicos y eléctricos para edificios. Walter T. Grondzik, Alison G. Kwok 2014
- ↑ Referencia de bolsillo sobre arquitectura solar pasiva. D. Thorpe. Earthscan de Routledge, 2018
- ↑Saltar a:9.0 9.1 9.2 9.3 La Passivhaus belga se vuelve inhabitable debido al mal aire interior . Martin Holladay. Green Building Advisor 2012.
- ↑Saltar a:10.0 10.1 10.2 La casa solar: calefacción y refrigeración pasivas. Daniel D. Chiras. Chelsea Green Publishing, 1 de octubre de 2002, pág. 177
| Autores | Moribundo |
|---|---|
| Licencia | CC-BY-SA-3.0 |
| Citar como | Moribundo (2019–2024). «Tubos terrestres» . Appropedia . Consultado el 15 de julio de 2025 . |
