Passive solar design/es

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El diseño solar pasivo consiste en aprovechar o dirigir la energía solar mediante medios no mecánicos ni eléctricos. Es un principio fundamental de la construcción sostenible , que se aplica con frecuencia en el diseño de edificios para lograr la máxima calefacción solar durante los fríos meses de invierno y la máxima protección contra el calor del sol durante los calurosos meses de verano. El diseño solar pasivo se distingue del diseño solar activo por la ausencia de dispositivos operables.

Existen 6 tipos principales de diseño solar pasivo. ^{[ 1 ]} Estos se pueden considerar en 3 categorías genéricas en términos de la relación entre el colector térmico (o disipador) y el espacio interior de la estructura. ^{[ 2 ]} Estas categorías son ganancia directa , ganancia indirecta y sistemas aislados . Dentro de cada categoría, hay 2 enfoques distintos. ^{[ 2 ]}

La ganancia directa es un tipo de sistema de calefacción solar pasiva que utiliza la radiación solar directa para calentar un edificio. En estos sistemas, la transferencia térmica se produce dentro del interior del edificio y puede distribuirse por todo el edificio (por ejemplo, los pisos y las paredes que dan al poste), o bien concentrarse en una masa . ^{[ 2 ]}

Los edificios que utilizan un sistema de ganancia directa emplean grandes ventanales orientados al sur para aprovechar la luz solar. Sin embargo, este sistema requiere que la estructura utilice material de almacenamiento térmico para absorber la radiación . De no ser así, la temperatura interior superará los 90 °F (32 °C).

En los sistemas de ganancia indirecta , la transferencia térmica se produce en la envolvente del edificio. ^{[ 2 ]} Los dos tipos de sistemas de ganancia indirecta son el muro térmico o muro Trombe y el estanque de techo . ^{[ 2 ]}

Desde el muro de Trombe

Un muro Trombe es un muro orientado al sol utilizado en el diseño solar pasivo . Patentado en 1881 por su inventor, Edward Morse, y popularizado en 1964 por el ingeniero francés Félix Trombe y el arquitecto Jacques Michel, se trata de un muro macizo separado del exterior por un acristalamiento y una cámara de aire, que absorbe la energía solar y la libera selectivamente hacia el interior durante la noche.

Incluso el vidrio de una sola capa funciona para este proceso, ya que es transparente a la luz visible, pero menos a la radiación infrarroja (calor). Las variantes modernas incluyen vidrio aislante para retener mejor el calor solar almacenado y rejillas de ventilación altas y bajas —a veces practicables— para permitir la transferencia de calor por convección al interior.

Los dos enfoques de sistemas aislados son el espacio solar y el termosifón . ^{​​[ 2 ]}

Desde el termosifón

El termosifón , también conocido como termorreducción, se considera una tecnología apropiada . Este proceso utiliza recursos naturales renovables y las leyes básicas de la termodinámica para generar el movimiento de aire o agua caliente. La fuente de energía es la radiación solar (o cualquier otra fuente de calor). La energía solar se capta en un dispositivo de captación solar y se transfiere al aire o al agua por conducción. Todo el proceso se explica por el efecto termosifón : al calentarse, el aire o el agua adquieren energía cinética de la fuente de calor y se excitan. Como resultado, el agua se vuelve menos densa, se expande y asciende. Por el contrario, al enfriarse, se extrae energía de las moléculas y el agua se vuelve menos activa, más densa y tiende a descender. El termosifón aprovecha las diferencias de densidad naturales entre fluidos fríos y calientes, y las controla en un sistema que produce un movimiento natural del fluido. Actualmente existen varios sistemas basados ​​en esta tecnología, que se describen con mayor detalle a continuación.

El principio del sistema de termosifón se basa en que el agua fría tiene una densidad mayor que el agua caliente, por lo que, al ser más pesada, tiende a descender. Por ello, el colector siempre se instala debajo del depósito de agua, de modo que el agua fría del depósito llega al colector a través de una tubería descendente. Si el colector calienta el agua, esta vuelve a subir y regresa al depósito a través de una tubería ascendente situada en la parte superior del colector. El ciclo depósito → tubería → colector garantiza que el agua se caliente hasta alcanzar una temperatura de equilibrio. El usuario puede entonces utilizar el agua caliente de la parte superior del depósito, y el agua utilizada se repone con agua fría de la parte inferior. El colector vuelve a calentar el agua fría. Debido a las mayores diferencias de temperatura con una mayor irradiancia solar, el agua caliente asciende más rápido que con una menor irradiancia. Por lo tanto, la circulación del agua se adapta casi perfectamente al nivel de irradiancia solar. El depósito de un sistema de termosifón debe ubicarse bastante por encima del colector; de lo contrario, el ciclo puede invertirse durante la noche y el agua se enfriará. Además, el ciclo no funciona correctamente con desniveles muy pequeños. En regiones con alta radiación solar y techos planos, los depósitos suelen instalarse en la azotea.

Los sistemas de termosifón son muy económicos para calentar agua en viviendas. Su principio es sencillo y no requieren bomba ni control. Sin embargo, no suelen ser adecuados para instalaciones de gran tamaño, es decir, aquellas con más de 10 m² de superficie de captación. Además, resulta difícil ubicar el depósito sobre el colector en edificios con tejados inclinados, y los sistemas de termosifón de circuito simple solo son aptos para regiones libres de heladas.

Las técnicas clave de diseño de edificios incluyen:

• Plantar árboles de hoja caduca o enrejados cubiertos de vides de hoja caduca o anuales. Esto puede servir como cerca o como techo de sombra, y proporciona sombra en verano y luz y calor en invierno.
• Diseñar y construir componentes teniendo en cuenta el cambio estacional en la posición del sol en el cielo y la influencia que esto tendrá en el ángulo y la intensidad de la luz que incide sobre la estructura. Algunos ejemplos de esto son:
  • Amplios aleros que impiden que la luz solar entre por las ventanas durante el verano, pero que permiten su entrada durante el invierno, cuando el sol está más bajo en el cielo.
  • Muros de sombra (menos comunes): Un muro o cerca que se extiende más allá de los límites de la casa para proporcionar sombra. El muro se extiende de este a oeste, en el lado este y/o oeste de la casa, y se ubica en el lado norte en el hemisferio norte y en el lado sur en el hemisferio sur (es decir, lejos del ecuador). El ángulo y la ubicación se calculan para proteger la casa del sol de la mañana temprano o de la tarde en verano, pero no en invierno. Sin embargo, esto requiere una inversión considerable y, a menos que existan otras razones para construir un muro, generalmente es mejor utilizar otros métodos, como árboles de hoja caduca o un toldo, especialmente donde hay ventanas grandes.
• Masa térmica : Un componente fundamental de cualquier diseño solar pasivo. Su función es absorber y reirradiar energía térmica. Esto tiene el efecto de promediar las fluctuaciones diarias de temperatura. La masa térmica generalmente se divide en dos categorías: pasiva y activa. Los sistemas de almacenamiento de calor con masa térmica pasiva incluyen:
  • Muros y pisos de mampostería gruesa
  • Materiales de cambio de fase: Estos materiales cambian de fase (generalmente de sólido a líquido) al calentarse, almacenando una gran cantidad de energía térmica sin que se produzca un cambio de temperatura. Algunos ejemplos son diversos aditivos de alta tecnología para el hormigón y resinas naturales, como las que se encuentran en el pino amarillo del sur.
  • Grandes depósitos de almacenamiento de líquidos dentro del espacio que se va a calentar (o enfriar).
• Tuberías para transferir calor entre el aire y la masa térmica (por ejemplo, en el suelo bajo la casa, ya sea mediante convección natural o con un ventilador silencioso de baja potencia).
• techos blancos
  • Los techos oscuros absorben grandes cantidades de energía solar, que se transfiere al interior del edificio. Este aumento en la absorción de calor requiere un mayor consumo de energía eléctrica para disiparlo, enfriar edificios, viviendas y lugares de trabajo, y mantener un ambiente confortable. Además, los colores oscuros irradian calor con mayor facilidad en climas fríos, lo que se traduce en una mayor pérdida de calor en los edificios y mayores costos de calefacción.
  • Las superficies blancas tienen un mayor albedo o "blancura", que es la reflectividad de una superficie. Si un techo es más reflectante, se absorberá y transferirá menos energía al edificio.
• armarios solares
  • Un armario poco profundo con puertas de cristal y revestimiento de tela oscura se calienta mucho al exponerse al sol. Las válvulas unidireccionales (que pueden ser tan sencillas como una lámina de plástico sobre una malla metálica) permiten que el aire frío entre por la parte inferior y el aire caliente salga por la superior. Se pueden usar para calentar agua, así como para la calefacción de espacios.
• Cuando estas medidas se utilizan y combinan adecuadamente, la eficiencia energética de un edificio puede ser mucho mayor que con las medidas de diseño más convencionales.

Los términos diseño solar pasivo y casa pasiva suelen confundirse. Ambos términos se refieren a técnicas de construcción sostenible y están estrechamente relacionados. ^{[ 3 ]}

El diseño solar pasivo se centra en aprovechar al máximo la luz y el calor naturales disponibles. El calor del sol se recoge (si se desea calefacción, por ejemplo, en climas fríos). Una parte fundamental del diseño solar pasivo es la cuidadosa orientación con respecto al sol. ^{[ 3 ]} El diseño de casas pasivas se centra en gestionar la pérdida y la ganancia de calor (no solo del sol, sino de todas las fuentes). El resultado deseado es una estructura que requiera una mínima cantidad de energía para calentar y enfriar. ^{[ 3 ]} Por ello, algunos afirman que el diseño de casas pasivas tiene mayor aplicabilidad que el diseño solar, ya que la orientación con respecto al sol no es absolutamente necesaria. El diseño de casas pasivas no requiere necesariamente una estructura alargada a lo largo del eje este-oeste con grandes ventanales en el lado que da al ecuador. De hecho, la forma ideal de una casa pasiva es un cubo (menor relación superficie-volumen). ^{[ 3 ]} También se dice que las casas solares pasivas son más complejas de diseñar, y la temperatura interior puede fluctuar de forma incómoda si están mal diseñadas. ^{[ 4 ]} Los defensores del superaislamiento afirman que, en comparación con las casas solares, se pueden obtener mayores ahorros construyendo herméticamente con mucho aislamiento en las paredes y ventanas de alto R. ^{[ 4 ]} Así pues, mientras que algunos consideran que el debate entre la energía solar pasiva y el superaislamiento resultó en una mayor aceptación del superaislamiento, ^{[ 4 ]} un enfoque potencialmente más eficiente sería utilizar elementos de diseño tanto de energía solar pasiva como de casas pasivas, lo que se ha denominado "Solar Passivhaus" . ^{[ 3 ]} Por lo tanto, el resto de este artículo trata sobre la energía solar pasiva en el sentido moderno del término, que se superpone al del diseño de casas pasivas (en lugar de los conceptos originales de energía solar pasiva de los años 70 y 80).

Almacenamiento pasivo anual de calor

El almacenamiento térmico anual pasivo (PAHS, por sus siglas en inglés) es un concepto constructivo que crea una temperatura habitable durante todo el año en un refugio subterráneo mediante calefacción solar pasiva y un efecto de batería térmica. Un refugio subterráneo diseñado según los principios del PAHS almacena el calor del sol en verano y lo libera lentamente durante los meses de invierno sin necesidad de otras formas de calefacción. Este método fue descrito por primera vez por el inventor John Hait en su libro de 1983. ^{[ 5 ]} Un ejemplo reciente documentado en Francia se puede encontrar aquí , incluyendo temperaturas registradas durante varios años.

Galería de diseño solar pasivo de Parras

Galería solar de Parras

Caja de calefacción solar

• Diseño solar pasivo (archivo de audio MP3). Explicación clara y básica del podcast OurCoolHouse.