Dos ejemplos de calefacción para invernaderos con energías renovables en el Real jardín botánico de Madrid

Suponen dos ejemplos de invernadero enmarcados en distintas épocas (el SXIX y finales del SXX) aunque con un mismo criterio: el aprovechamiento de los recursos renovables para la obtención del calor necesario para las plantas en momentos de tiempo frío

El más antiguo, construido en 1856, emplea para mantener temperaturas aptas para el cultivo de plantas tropicales la energía solar y la biotérmica. El invernadero más moderno, inaugurado en 1993 aprovecha por su parte la energía solar y la geotérmica.

El clima en Madrid 

Las plantas tropicales requieren de temperaturas cálidas y uniformes durante todo el año para poder desarrollarse, características que no existen en el clima de Madrid.

Madrid se halla situada en el centro de la Península Ibérica en las coordenadas geográficas de 40° 26′ N 3° 41′ O y a una altura media sobre el nivel del mar de 667 metros. Su clima esta clasificado de Mediterráneo con degradación continental. Es precisamente esa degradación continental (Madrid esta situado en el centro de la meseta castellana) la que provoca que el clima de Madrid sea extremo. En verano el tiempo es muy cálido y seco (alcanzándose temperaturas de 40 grados centigrados) y en invierno es frío con fuertes heladas e incluso con nevadas ocasionales.

Por su situación geográfica en latitudes medias donde se encuentran masas de aire de diferentes características, el clima de Madrid sufre de bruscos cambios de tiempo y temperatura. En un espacio de tiempo de pocos días es posible ver en Madrid nevadas, lluvia, heladas o temperaturas primaverales.

Estas condiciones hacen imposible el desarrollo de la inmensa mayoría de las plantas tropicales al aire libre en Madrid. Es por ello por lo que para su cultivo se debe recurrir a invernaderos que moderen estos extremos climáticos.

Madrid temperaturas medias

 

 El invernadero de exhibición del Real Jardín Botánico de Madrid

Vista exterior invernadero moderno

Vista exterior del invernadero de exhibición

El más moderno de los dos invernaderos es el llamado ”Invernadero de Exhibición” Inaugurado en 1993.

En su diseño y construcción intervinieron investigadores del CSIC ( Consejo Superior de Investigaciones Científicas ) que desarrollaron un proyecto innovador y vanguardista contando para ello con los mejores especialistas en cada área implicada

El invernadero usa dos tipos de fuentes energéticas fundamentales; la energía solar y la geotérmica.

La energía solar es captada de dos maneras diferentes:

Una es el clásico efecto invernadero por el cual la energía del sol queda atrapada en forma de calor en el aire entre el suelo y una superficie de vidrio sobre ella. Este sistema lo podemos denominar como de aprovechamiento solar pasivo.

Para potenciar y hacerlo lo mas efectivo posible, se dotó al edificio de las características constructivas adecuadas. La principal de ellas es la orientación de la parte acristalada del invernadero hacia el sur, la cual permite la máxima captación de rayos solares a lo largo del día.

En cambio la cara norte, que no recibe energía solar alguna, queda protegida por un grueso muro que sirve de aislante térmico evitando que parte de la energía ganada se perdiera.

El otro sistema de aprovechamiento solar, que podríamos denominar como activo, se realiza a través de unos colectores situados en la segunda planta.

Los colectores solares que emplea son tubos de caucho color negro situados tras una superficie acristalada. Por ellos se hace circular el agua proveniente del depósito que se calienta cuando inciden sobre ellos los rayos solares. Los colectores están dispuestos en posición vertical para captar de preferencia la energía solar del invierno que es cuando los rayos solares caen muy inclinados. De esta manera también se evita el sobrecalentamiento en verano cuando los rayos solares caen más perpendiculares
El agua calentada de esta manera es enviada de nuevo al depósito donde queda almacenada la energía.

colectores solares Invernadero modernoEl depósito, al estar situado debajo del invernadero, transfiere de manera directa el calor a las plantas por unas rejillas o canales realizados en el suelo. También de este depósito se toma el calor que se hace pasar por la bomba de calor cuando la temperatura es demasiado baja

Como fuente de energía auxiliar para los días en que la radiación solar es insuficiente se emplea la energía geotérmica tomada de la capa freática (agua subterránea) situada a una profundidad próxima a los 25 metros.

El agua de la capa freática se halla a una temperatura constante a lo largo del año de entre 13 y 15 grados centígrados, dentro del rango de temperaturas en el que puede funcionar la bomba de calor.

Una bomba de calor es un dispositivo por el cual se puede transferir energía calorífica”contra gradiente” de un ambiente frío a otro mas cálido. Mediante un compresor se consigue “concentrar” el calor de un fluido elevando su temperatura. Una vez la temperatura del fluido se ha elevado lo suficiente el calor pasa de manera natural al medio ahora más frío (pero antes mas cálido). Así se puede extraer el calor de un medio para transferirlo a otro cualquiera que sea la temperatura de ambos.

De esta manera se concentra el calor del agua del depósito produciendo aire caliente el cual es insuflado al área de las plantas. En este proceso se consume una parte mínima de energía eléctrica, consumo más que aceptable si tenemos en cuenta que así conseguimos aprovechar una cantidad de energía hasta 7 veces superior a la invertida.

Este recurso es empleado sobretodo en invierno, cuando los días son nublados y los paneles solares no pueden proporcionar energía.

El esquema de la instalación del invernadero lo podemos ver en el siguiente cuadro.

esquema invernaderos

El invernadero fue diseñado para albergar plantas de tres tipos de climas; el desértico, el subtropical y el tropical. Para este fin el invernadero esta dividido en tres áreas independientes una para cada tipo de clima.

El área de clima desértico

esquema area desertica

marco temperaturas desertico

Este espacio ha de tener unas características ambientales cálidas y secas por lo cual el acumulador ha de proporcionar calor pero no humedad. Esto se logra manteniendo las rejillas que comunican el acumulador con el área de las plantas siempre cerradas.

En el momento en que la temperatura desciende de 5 grados centígrados, entra en funcionamiento la bomba de calor que transfiere aire caliente desde el acumulador al área de plantas.

esquema area desertica

El área de clima Subtropical

area subtropical

marco temperaturas subtropical

Área concebida como espacio intermedio entre el clima desértico y el clima tropical. Su funcionamiento es similar al del área tropical, es decir, recibe el calor y la humedad directamente del depósito acumulador de agua situado debajo. Si la temperatura del agua es insuficiente, se insufla entonces aire caliente desde la bomba de calor. Para lograr la diferenciación de las características de temperatura y humedad subtropicales con respecto de las tropicales, se regula la entrada de calor por medio de las rejillas, abriéndose o cerrándose cuando es necesario.

esquema area subtropical

 




 El área de clima tropical

area tropical

marco temperaturas tropical

El área más exigente en cuanto a temperatura y humedad. El suministro de calor se hace directamente desde el depósito y mas frecuentemente insuflando aire caliente desde la bomba de calor. Para mantener los valores de humedad relativa altos , en el trayecto del aire se dispusieron unos nebulizadores de agua que entran en funcionamiento en los momentos necesarios
Cuando en verano se alcanzan temperaturas demasiado altas para el área tropical (más de 25 grados) entran en funcionamiento unos paneles protectores que a modo de persiana impiden que entre demasiada radiación solar al recinto. Si esto es insuficiente para moderar las temperaturas se emplean otros recursos como la activación de los nebulizadores de agua que refrescan el ambiente o la activación de la bomba de calor que en este caso funciona del modo contrario al habitual introduciendo aire fresco al interior del recinto. El Calor extraído en este proceso es llevado al depósito acumulador.

Esquema area tropical

 

Datos técnicos del invernadero

datos energeticos invernaderos

 Invernadero del S XIX del Real Jardín Botánico de Madrid

Vista exterior invernadero SXIX

Vista exterior invernadero SXIX

Este invernadero fue construido en 1856 siendo Director del Real Jardín botánico el zoólogo y botánico Don Mariano de la Paz y Graells.

Situado junto al moderno invernadero de exhibición supone también un magnifico ejemplo, en este caso de carácter histórico, de empleo de calefacción de origen natural y renovable para plantas tropicales.

 

Interior invernadero SXIX

Interior invernadero SXIX

En este invernadero para lograr el aporte de calor necesario en momentos de climatología templada o fría, junto a la energía solar pasiva, se recurre la energía biotérmica.

En este caso se entiende por energía biotérmica aquella obtenida del estiércol que, procedente de las reales caballerizas, en su descomposición generan el calor y la humedad requeridos. Dicho estiércol es colocado en zanjas realizadas bajo los pasillos del invernadero sobre los que se colocan unas rejas caladas para que pueda llegar el calor y humedad a las plantas.

En el momento en que la temperatura empezase a bajar bastaría con remover el estiércol para que se oxigene y se reactive la descomposición o bien, si este ha quedado descompuesto del todo, sustituirlo por estiércol sin descomponer.

El tipo de descomposición de este tipo de procesos es el compostaje, que al contrario que la fermentación, no provoca malos olores. Es por ello por lo que en su visita el olor no resultaría en absoluto desagradable.

Este sistema de calefacción natural conocido como de “estufa”. Fue muy utilizada en semilleros e invernaderos de los S XVIII y XIX y sirvió de modelo para el invernadero moderno que en vez de emplear estiércol usa energía solar activa y geotérmica

En su época, este invernadero también estuvo dotado de la última tecnología constructiva, pues es un bello edificio de arquitectura de acero y cristal característicos del S XIX. Este tipo de arquitectura permitía amplios espacios y un máximo de luminosidad ideal para los invernaderos

El invernadero esta orientado al Sur para lograr un mayor aprovechamiento de la energía solar durante el día quedando la cara norte protegida por un grueso muro que le sirve de aislante térmico. Para conseguir un aislamiento adicional la planta queda un metro enterrado en el subsuelo.

Esquema invernadero S XIX

Esquema general del invernadero

Resulta interesante este modelo ya que aúna simplicidad y efectividad con un consumo nulo de energía eléctrica o de combustibles fósiles. Este modelo resulta en la mayoría de los casos mucho mas asequible que el más moderno y permite que pueda ser mucho más aplicado en el mundo.

interior invernadero SXIX

Vista del pasillo del invernadero donde se aprecian las rejillas que comunica el área de plantas con los canales donde se descompone el estiércol



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Un pensamiento en “Dos ejemplos de calefacción para invernaderos con energías renovables en el Real jardín botánico de Madrid

  1. Yohana Gutierrez

    Es muy interesante ver como en un clima frio, se puede lograr a la vez diversos tipos de climas aprovechando los recuros naturales

    Responder

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