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Dos
ejemplos de calefacción para invernaderos con energías
renovables en el Real jardín botánico de Madrid
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El Real Jardín
Botánico de Madrid (España) cuenta con dos invernaderos
de exhibición para el cultivo de plantas tropicales
de gran interés, aparte de por su colección
de plantas tropicales, por su concepción y diseño
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.
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| El
clima en Madrid |
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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 próximas a los 40 grados) 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 dias 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.
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ENE |
FEB |
MAR |
ABR |
MAY |
JUN |
JUL |
AGO |
SEP |
OCT |
NOV |
DIC |
| Temperatura
Media |
5.0 |
6.4 |
9.1 |
11.8 |
15.7 |
20.8 |
23.7 |
23.5 |
19.0 |
13.8 |
8.5 |
5.4 |
| Pluviosidad (mm) |
36.8 |
39.3 |
42.5 |
40.8 |
42.5 |
32.6 |
9.7 |
8.5 |
34.7 |
49.5 |
56.4 |
45.8 |
| Rad Solar MJ/m2 |
6.3 |
9.7 |
14.5 |
19.5 |
21.1 |
23.5 |
25.8 |
22.9 |
16.1 |
10.7 |
7.3 |
6.2 |
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El
invernadero de exhibición del Real Jardín Botánico
de Madrid |
Vista exterior del invernadero
de exhibición
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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.
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Detalle del área
de colectores |
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El
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 energia geotermica tomada de
la capa freatica ( agua subterranea) 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 calorifica
"contra gradiente" de un ambiente frio 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 frio (pero
antes mas cálido). Asi 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
electrica, consumo más que aceptable si tenemos en
cuenta que asi 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.
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| 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. |
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El
área de clima desértico |
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| Condiciones
Ambientales |
MÍNIMA |
MÁXIMA |
| Temperatura |
3-5 |
30-35 |
| Humedad Relativa |
10% |
<65% |
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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 area de plantas. |
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| El
área de clima Subtropical |
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| Condiciones
Ambientales |
MÍNIMA |
MÁXIMA |
| Temperatura |
10-12 |
30-32 |
| Humedad Relativa |
65% |
75% |
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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. |
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| El
área de clima tropical |
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| Condiciones
Ambientales |
MÍNIMA |
MÁXIMA |
| Temperatura |
13-18 |
28-30 |
| Humedad Relativa |
75% |
90% |
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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.
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| Datos
técnicos del invernadero |
| Superficie
del invernadero: |
600
m2 |
| Área de colectores:
|
160 m2 |
| Caudal de agua en los
colectores: |
20 m3/h |
| Capacidad del depósito
acumulador: |
200000 litros |
| Temperatura del agua acumulada
en Invierno: |
10-15 grados C |
| Sistemas de calefacción:
climatizadores de ambiente |
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| Área tropical:
|
86400 Kcal/hora |
| Área desértica:
|
43000 Kcal/hora |
| Bombas de
calor, 2 en el área tropical 1 en el área
desértica |
| Características
por unidad: 42900 Kcal/hora Potencia:12,5 kw con
un caudal de 6,3 m3/hora |
| Consumos eléctricos
previstos: . |
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| Máximo: |
60 Kw/h. |
| Promedio:
|
5 Kw/ hora |
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| Invernadero
del S XIX del Real Jardín Botánico de Madrid |
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Vista exterior invernadero
SXIX |
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Este invernadero fue construido en 1856
siendo Director del Real Jardín botánico el
zoólogo y botanico 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 |
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Interior invernadero SXIX |
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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”.
Fué 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.
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Esquema general del invernadero |
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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 mayoria de los casos
mucho mas asequible que el más moderno y permite que
pueda ser mucho más aplicado en el mundo |
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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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