La arquitectura solar pasiva

 La arquitectura solar pasiva aprovecha la energía solar que es captada a través de ventanales o de los muros para mantener unas condiciones de bienestar térmico en el interior de las viviendas.

Se entiende por arquitectura solar pasiva a aquella que aprovecha la energía solar que es captada a través de ventanales o de los muros para mantener unas condiciones de bienestar en el interior de los edificios y reducir al máximo el uso de costosos y contaminantes sistemas de climatización. Se cuidan aspectos como la orientación del edificio, la morfología, los materiales que emplean así como la ubicación en el terreno.

La orientación del edificio

Para lograr un óptimo aprovechamiento del Sol incidente a lo largo del día las ventanas se abren en un muro con orientación hacia el ecuador .Es por ello por lo que suele verse grandes ventanales con esta orientación en los edificios cuyo diseño se rige según los criterios de la arquitectura solar pasiva.

En el resto de fachadas del edificio se disponen pocas ventanas y pequeñas para evitar que se pierda el calor por ellas.

Invierno en el hemisferio norte

21 de Diciembre

Verano en el hemisferio norte

21 de junio
La tierra es una esfera que gira alrededor del sol. La radiación solar cae con la mayor incidencia posible (90 °) en algún momento sólo en la zona comprendida entre los trópicos. El lugar en que la radiación cae con un ángulo máximo va variando a lo largo del año, siendo la incidencia de 90 ° en el trópico de cáncer el 21 de Junio (Verano en el hemisferio Norte) y máximo en el trópico de capricornio el 21 de Diciembre (Verano en el hemisferio Sur). Como se puede observarse empíricamente en el esquema, la mayor captación de radiación solar se logra con una orientación de las ventanas hacia el ecuador.

Morfología del edificio

Como la radiación no incide con la misma inclinación a lo largo del año, mediante la colocación de aleros y otros elementos se consigue un calentamiento selectivo del interior de la casa.

En invierno, cuando los rayos solares son más necesarios, éstos caen más inclinados sobre la superficie terrestre. Este hecho favorece la captación de la energía solar a través de los muros y las ventanas verticales.

Es en verano cuando las temperaturas son altas que se hace necesario evitar que la radiación solar llegue al interior de la casa. Para lograrlo se disponen aleros o cornisas que detienen los rayos solares en verano cuando son más perpendiculares, y permiten que pasen en invierno cuando son más inclinados.

efecto alero

El efecto de un alero segun la inclinación solar

 

Ángulo de incidencia de la radiación solar en diferentes estaciones en diferentes ciudades
Cuidad

Ángulo de incidencia de la radiación solar en diferentes estaciones en diferentes ciudades

* Incidencia Solar a las 12 del mediodía hora solar
(1) Estas tres ciudades alcanzan un ángulo de incidencia solar de 90° en las siguientes fechas:
Guadalajara: del 18-05 al 22-05 y del 22-07 al 26-07
México: del 14-05 al 17-05 y del 27-07 al 30-07
Mérida: del 18-05 al 22-05 y del 22-07 al 26-07

Materiales empleados

Para que el calor ganado no se pierda o para evitar que el calor excesivo del exterior entre en la casa los muros del edificio han de estar convenientemente aislados. Estos muros actuarán además como acumuladores térmicos liberando el calor que guardaron durante el día cuando la temperatura del aire del interior del edificio baje. También actúan en los días calurosos ya que absorberá el exceso de calor que el aire del interior de la casa pueda tener. Cuanto mas gruesos sean, mayor será su masa térmica. y más ayudará a temperar las temperaturas en climas de extremos.

La ubicación sobre el terreno

La ubicación sobre el terreno es también importante. Habrá de evitar que las sombras de otros inmuebles o de árboles puedan proyectarse sobre el edificio en alguna época del año para que no le reste potencial de captación de energía solar. Por el contrario en áreas muy calurosas puede ser interesante estar a la sombra de otro cuerpo para evitar un excesivo calentamiento

En ocasiones es aceptable la plantación de árboles de hoja caduca alrededor de la casa. De esta manera en los meses de calor las hojas del árbol evitan que la radiación solar incida sobre la casa manteniéndola fresca. Durante el invierno al despojarse el árbol de sus hojas se hace posible que los rayos del sol alcancen la casa y la calienten.

Por otro lado una adecuada ubicación del edificio protegido tras otro edificio o tras un accidente geográfico (excepto por aquella fachada que mire al ecuador) puede evitar que el viento le “robe” el calor.

Elementos arquitectónicos específicos para captar energía solar

Dentro de la arquitectura solar pasiva, existen elementos arquitectónicos que favorecen e intensifican la captación de energía solar, entre ellos podemos destacar:

Invernaderos adosados a la fachada orientada hacia el ecuador

Una forma sencilla de captar gran cantidad de calor del Sol es adosando un invernadero a la fachada del edificio orientada hacia el ecuador. El calor allí captado se distribuye por toda la casa por convección. Para evitar perder demasiado calor por la noche, ya que el vidrio es buen transmisor de calor, es posible colocar persianas sobre los cristales que se cierran durante la noche. Otra técnica para evitar pérdidas nocturnas es separar por medio de un muro el invernadero del resto del edificio. En este caso el acceso al invernadero queda cerrado por la noche reduciendo en gran medida las pérdidas.

 

invernadero adosado a casa

Muro calefactor en forma de nido de abeja

Mediante unos sencillos bloques hexagonales de hormigón se construye un efectivo sistema de calefacción que además permite una discriminatoria captación de la energía solar, favoreciéndola en invierno y dificultándola en verano.

Los bloques de hormigón se disponen como lo hacen los panales de abejas. Están pintados en su interior con pintura blanca reflectante excepto la parte mas próxima a la casa que se pinta de negro. Tras este primer muro de bloques de hormigón hexagonales, se dispone otro muro grueso pintado totalmente de negro.

muro nido de abeja

muro nido de abeja

El funcionamiento es sencillo. Durante los meses de invierno la rayos solares inciden muy inclinados sobre el suelo y entran con facilidad en el interior de los bloques de hormigón. Esta radiación es reflejada por la parte pintada de blanco hacia la zona pintada de negro del propio bloque y hacia el muro negro posterior. La radiación al topar con las zonas pintadas de negro se transforma en calor.

El aire entre los bloques hexagonales y el muro se calienta y asciende por convección hacia el interior de la casa por unos conductos. Otra parte del calor queda almacenado en el muro y es liberado lentamente durante la noche. De esta manera se puede disfrutar del calor durante el día y durante la noche.

funcionamiento del muro de abeja en invierno

Esquema del funcionamiento del muro de abeja en invierno

En verano, cuando las temperaturas son altas y no interesa captar la energía solar, la radiación cae más perpendicularmente y entra con más dificultad en los bloques. La poca radiación que logra entrar sufre un mayor número de reflexiones en la parte pintada de blanco difuminándose y dispersándose con lo que muy difícilmente llega a las superficies negras. Por otro lado el muro compacto sirve entonces como masa térmica que atempera la temperatura del interior de la casa, haciéndola más suave.

Funcionamiento del muro de abeja en verano

Esquema del funcionamiento del muro de abeja en verano

Muro Trombe

Este sistema de captación es en esencia un colector solar activo de aire integrado al muro. Sobre la fachada orientada al ecuador, que de preferencia será un muro grueso pintado de negro o de un color oscuro, se coloca un vidrio para con la incidencia del sol provocar el efecto invernadero. En el muro hay una serie de conductos en la parte superior e inferior que comunican el espacio entre muro y cristal con el interior de la casa. Por su parte el vidrio tiene en la parte superior unos conductos que comunican el espacio entre muro y vidrio con el exterior.

Su funcionamiento es sencillo. En invierno, la radiación solar incide sobre la superficie del muro y lo calienta. Este calor se concentra gracias al efecto invernadero que provoca el cristal y calienta el aire en el interior de la estructura. El aire caliente asciende entonces por convección y se dirige al interior de la casa a través de los conductos superiores del muro. Otra parte de la energía calorífica se queda almacenada en la masa del muro y se va liberando poco a poco hacia la casa durante la noche.

En verano se cambia la configuración de los conductos para lograr un efecto refrigerante. Por un lado se abren las compuertas de la parte superior del vidrio y el conducto de la parte inferior del muro. Por otro se cierra el conducto de la parte superior del muro. La radiación solar al incidir en el muro calienta el aire que por convección asciende y sale al exterior por la compuerta superior del vidrio. El vacío dejado por el aire que ha salido es ocupado por aire procedente del interior de la casa que entra por los conductos en la parte inferior del muro. De esta manera se establece un efecto succión que provoca una corriente que renueva el aire del interior de la casa y produce un efecto refrigerante.

La radiación solar al incidir en el muro calienta el aire que por convección asciende y sale al exterior por el conducto del vidrio. El vacío dejado por el aire que ha salido es ocupado por aire procedente del interior de la casa que entra por los conductos en la parte inferior del muro, forzando a su vez que entre aire del exterior a la casa y provocando una corriente que la refrigera.

Muro tromble esquema de funcionamiento

Muro tromble esquema de funcionamiento

Métodos para lograr un mayor aprovechamiento de la energía solar pasiva en casas no construidas siguiendo los principios de la arquitectura solar pasiva

Las casas diseñadas específicamente según los criterios de la arquitectura solar pasiva y de la arquitectura bioclimática logran por su propia configuración un aprovechamiento automático de la energía solar.

También es posible, aunque a menor escala, lograr mediante sencillas modificaciones, un empleo de la energía solar pasiva en casas convencionales no construidas siguiendo los principios de la arquitectura solar pasiva.

1- Observación de la entrada la luz solar en nuestra casa

Actualmente las casas se construyen ajenas a la orientación magnético-geográfica terrestre, siguiendo los trazados de las calles que atienden a otros criterios, por lo que las distintas fachadas de la casa pueden estar orientadas de manera totalmente caprichosa.

En primer lugar es necesario observar las ventanas y las horas por las que la energía solar llega al interior de nuestra casa a lo largo del día en las distintas estaciones del año. Además habrá que tener en cuenta las sombras que proyecten los árboles o los edificios externos.

A modo de orientación pueden servir las siguientes indicaciones:

-Las fachadas orientadas principalmente hacia el ecuador son las más favorables para la captación solar, recibiendo la radiación solar a lo largo de todo el día

-Las fachadas orientadas principalmente hacia el polo terrestre más cercano, no recibirán en ningún momento del año radiación solar directa. Excepción la constituye una reducida franja en torno a la línea del ecuador en algunos momentos del año. En estas áreas, al ser zonas tropicales cálidas durante todo el año, no se hace necesario seguir estos criterios para calentar la casa.

-Las fachadas orientadas principalmente hacia el este, reciben la energía solar directa en las horas anteriores al mediodía.(mañanas)

-Las fachadas orientadas principalmente hacia el oeste reciben la energía solar en las horas posteriores al mediodía (en las tardes).

2- Métodos se aprovechamiento de la energía solar pasiva

-Mediante los sencillos procedimientos que se explican a continuación es posible lograr un aprovechamiento de la energía solar y ahorrar algo de dinero y energía en sistemas de climatización:

En invierno se debe permitir la máxima entrada de luz solar directa al interior de la casa abriendo las cortinas de las ventanas en donde incida la luz solar directa y cerrando aquellas donde no incida para que no se escape demasiado calor. Para lograr un mayor índice de conversión de esa luz en calor es conveniente aplicar una decoración ( tapicería, alfombras, manteles y todo aquello que sea intercambiable) de colores oscuros

Una buena forma de almacenar el calor es ubicar elementos que tengan mucha masa ( por ejemplo, sillones ,tresillos, mesas etc..) a la acción directa de la luz solar, de preferencia cubiertos con telas oscuras que absorban la radiación a la vez que los protejan de ella.

En las noches para evitar la pérdida del calor ganado durante el día es importante contar con persianas o contraventanas que una vez cerradas eviten en alguna medida las importantes pérdidas que se dan a través de los vidrios.

En verano, es importante evitar que la radiación solar entre en la casa. Para ello se debe mantener las cortinas de la casa cerradas, incluso también las persianas o contraventanas medio cerradas. Puede ser recomendable la instalación de un toldo que evite que la radiación solar se introduzca en la casa o que impacte en el muro exterior.

También es recomendable en verano cambiar la decoración de la casa hacia colores más claros que reflejen más la radiación solar y evite que se transforme en calor.



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