Diapositiva 1

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
TEMA 8. INTRODUCCIÓN
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
La arquitectura bioclimática es una arquitectura adaptada al medio ambiente, por lo que tiene en
cuenta el impacto visual y la alteración que provoca en la naturaleza.
Se preocupa por la contaminación que genera, ya sea sólida (residuos sólidos urbanos), líquida
(vertidos, aguas sucias) o gaseosa (gases de combustión de fuentes energéticas fósiles).
Este último aspecto, la contaminación gaseosa, lleva un tipo de diseño que plantea como objetivo
reducir o eliminar la dependencia energética.
Estas construcciones aprovechan al máximo las posibilidades energéticas que le ofrece el
clima de su entorno que da lugar al nombre de bioclimática.
De acuerdo con lo indicado, uno de los aspectos previos a considerar en el diseño
arquitectónico, debiera ser el clima del lugar donde se va a situar el edificio.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Los cambios de calor pueden ser utilizados apropiadamente a fin de obtener, un balance
térmico favorable, que es uno de los principios básicos de lo que llamaremos VIVIENDA
BIOCLIMÁTICA.
Arquitectura bioclimática es concebir una vivienda que administre de una forma óptima las
aportaciones solares
Se trata de controlar por tanto, las transmisiones de calor en los dos sentidos, es decir, tanto
del interior al exterior como a la inversa.
La arquitectura bioclimática implica pues:
Una concepción de la vivienda que tenga en cuenta el paraje y su clima
Una concepción de paredes que utilicen adecuadamente los fenómenos térmicos
.
Y de un modo más general, una toma de conciencia de lo que es el bienestar y de los
medios ecobiológicos para conseguirlo, por parte de sus ocupantes.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Las características climáticas han condicionado desde siempre, tanto la elección del
asentamiento del cobijo del hombre, como la disposición, la orientación y la forma de las
edificaciones.
La correcta consideración de estas cualidades, así como la elección de los materiales que se
adecuen de la mejor manera al clima donde se va a edificar, permitirán que se consigan ambientes
interiores más confortables y reducir los consumos energéticos para su acondicionamiento.
La tendencia. El desarrollo de las técnicas arquitectónicas de acondicionamiento, los
relativamente bajos costes de los combustibles y la idea de asociar el nivel de vida al consumo
energético, derivaron en una arquitectura repetitiva en cualquier situación climática.
Hábitos constructivos. La utilización predominante de los muros cortina, o en cualquier caso el
aumento desmesurado de los cerramientos acristalados, tuvo como consecuencia el
consiguiente derroche energético que supone el descontrol de estos elementos arquitectónicos
en el acondicionamiento, tanto para las condiciones de invierno como de verano.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Las características de las zonas climáticas, han configurado unas formas arquitectónicas
autóctonas propias de cada situación geográfica, aunque el hecho climático no ha sido el único
que ha influido en la arquitectura.
Otros factores.
la topografía del lugar
los materiales próximos
las costumbres
la organización familiar
la forma de vida de cada asentamiento.
Tipo de climas a grandes rasgos
Clima Frío.
Clima Templado
Clima Cálido
Seco
Húmedo
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Así pues, en la ZONA CÁLIDA SECA
- con contrastes de temperatura muy elevados entre el día y la noche
- con humedades muy bajas,
- permite que las pérdidas de calor por evaporización sean muy altas.
Estas características climáticas y su influencia en los cambios energéticos entre el hombre y el
edificio o su entorno, hace que se construyan edificios que retarden las transferencias
térmicas y eviten la incidencia de la radiación solar sobre ellos.
Por ello hay sistemas que aparecen invariantes en la arquitectura de estas zonas como son:
Edificios próximos entre sí, calles estrechas para provocar sombras y dificultar el
movimiento del aire.
Acabados claros para reflejar la luz y la radiación solar.
Huecos pequeños para evitar que penetre la radiación y el viento.
Creación de patios para acumular el aire fresco de la noche.
Construcción de fuentes y vegetación para provocar enfriamiento evaporativo.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
En los CLIMAS FRÍOS,
Las pérdidas por convección son muy elevadas debido a las bajas temperaturas exteriores,
por lo que debe:
• Reducirse al máximo el intercambio entre los ambientes interiores y exteriores
• Construcción de edificios con factor de forma lo más bajo posible
• Construcción con cerramientos de gran resistencia térmica.
Al ser necesarias las ganancias por aportes solares, deberá proporcionarse:
• Las aberturas amplias que permitan el aprovechamiento de la radiación solar, pero…
• Deben reducirse los intercambios a través de estos grandes acristalamientos, mediante la
incorporación de persianas aisladas o dobles vidrios
Las construcciones se suelen realizar mediante edificaciones compactas, con:
• aislamiento térmico
• con huecos protegidos del viento y las infiltraciones
• con edificios semienterrados
• y con protecciones móviles en los huecos que permitan la captación solar.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
En el CLIMA CÁLIDO HÚMEDO,
• Escasas variaciones diarias y anuales de temperatura
• Humedad y radiaciones elevadas
Las pérdidas del edificio son prácticamente nulas a lo largo de todo el día, ya sean por
convección, radiación o evaporativas.
•Las temperaturas son más moderadas que en el clima cálido seco.
Puesto que los intercambios entre el edificio y su entorno son escasos en todo momento, se
debe propiciar la construcción de edificios que mejore dichos intercambios mediante el
•sombreamiento
•aprovechamiento del movimiento del aire en el interior de los ambientes.
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Por ello los invariantes constructivos en estas zonas son:
-Construcciones con grandes huecos.
Mejora el intercambio
-Construcciones elevadas sobre el terreno.
Mejora el intercambio
-Arquitectura ligera, sin inercia.
Mejora el intercambio
-Construcciones protegidas de la radiación solar.
No necesita calentarse
-Construcciones con cerramientos muy permeables, celosías, enrejados.
Intercambio
-Construcciones con una disposición que evite la humectación adicional
(vegetación en zona opuesta a vientos dominantes).
Confort
EL EDIFICIO Y LA ADECUACIÓN A SU ENTORNO CLIMÁTICO.
Los CLIMAS TEMPLADOS presentan,
Variaciones climáticas más suaves pero opuestas entre las distintas épocas del año, ya que
precisan las captaciones solares para aumentar la temperatura interior en condiciones de invierno,
pero al tiempo exige el rechazo de las captaciones en verano, por lo que hay que considerar
características arquitectónicas variables a lo largo del año.
Se puede decir que, la influencia del clima en la arquitectura de estas zonas es menos
importante, que en el resto de las zonas climáticas descritas anteriormente, y que su arquitectura,
participa de las premisas válidas para las regiones frías y para las de las regiones cálidas,
No obstante podemos citar entre las invariantes arquitectónicas de las zonas templadas:
- Construcciones con aislamiento térmico.
- Edificaciones compactas y semienterradas.
- Edificaciones con contraventanas, persianas y toldos en los huecos.
- Edificación con voladizos.
-Construcciones que precisan ventilación y radiaciones solares, pero que se protejan de ellas.
LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Y LA ENERGÍA.
Aunque el control de la energía no es el único objetivo de la arquitectura bioclimática, gran
parte de los efectos negativos generados por las construcciones y la acción del hombre, provienen
de la contaminación generada por el consumo de energía dentro de los edificios. Por ello, se
identifica con facilidad la arquitectura bioclimática exclusivamente con los edificios de bajo
consumo energético.
La reducción de la independencia energética de los edificios se establece en base a dos niveles:
• Conservación energética.
• Captación de energía gratuita.
Los edificios realmente no pueden conservar la energía que captan o generan, pero si pueden
reducir el ritmo con que la pierden, lo que representa el mismo objetivo.
En la práctica, supone reducir las necesidades energéticas de los edificios ya que las pérdidas
equivalen a necesidades y la conservación a independencia.
LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Y LA ENERGÍA.
Por tanto, contamos con dos pilares fundamentales:
Conservación Energética.
Reducción de las pérdidas energéticas.
Aprovechar el clima y el diseño arquitectónico para minimizar el consumo energético.
Captación de Energía Gratuita.
Aprovechar las fuentes de energías renovables, limpias e inagotables
LA COMBINACIÓN DE ESTOS DOS ASPECTOS, MARCARÁ LA LÍNEA
GENERAL DEL DISEÑO BIOCLIMÁTICO EN EL ASPECTO DE CONSUMO DE
LA ENERGÍA
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Edificio gran consumidor energético
Los edificios son grandes consumidores de energía tanto por el alumbrado, como por el
funcionamiento de equipos y sistemas.
Acondicionamiento higrotérmico, gran culpable
De todos los consumos, en la mayoría de regiones españolas, el acondicionamiento higrotérmico, es
el que genera mayores consumos energéticos.
Refrigeración parte importante
Actualmente los sistemas de calefacción, es decir el acondicionamiento en condiciones de invierno
son los consumidores prioritarios, pero a la vez están creciendo de forma considerable los consumos
por refrigeración, debido al aumento del nivel de vida.
Transmisión en cerramientos parte de la causa del consumo energético
Los consumos energéticos en el acondicionamiento higrotérmico se deben en parte, a las
transferencias de calor entre el interior y el exterior del edificio a través de los cerramientos, y son
mayores a medida que las condiciones climáticas exteriores se hacen más extremas y a medida que
la resistencia térmica de los cerramientos perimetrales se reduce.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Las condiciones exteriores no son modificables
El emplazamiento de los edificios y por tanto las condiciones climáticas exteriores que conlleva su
ubicación, no pueden modificarse con la finalidad de reducir el consumo energético.
¿Cómo mitigar sus efectos?
•Podríamos realizar una pequeña corrección, mediante la colocación de espacios tapón
interpuestos entre el interior acondicionado y el exterior, para reducir las transferencias
térmicas, o bien modificando el microclima que rodea al edificio.
•La segunda opción que podemos plantear es, la de reducir las transferencias de calor (es
decir los consumos energéticos), a través de los cerramientos del edificio, teniendo en cuenta
la propia configuración constructiva de los mismos. Cuanto más extremas sean las
condiciones higrotémicas exteriores, más importante será reducir los intercambios de calor a
través de los cerramientos, tanto por infiltración de aire como por transmisión.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Aislante térmico
Las transferencias de calor por transmisión a través de los cerramientos, exigen dos tratamientos
distintos según se trate de cerramientos opacos o de acristalamientos.
En ambos casos la transferencia se realiza por conducción, convección y radiación. El coeficiente
que cuantifica las transferencias de calor a través de un material, con caras isotermas y separando
dos ambientes isotermos es la transmitancia U.
Las pérdidas de energía son directamente proporcionales a la transmitancia: AU(Ti-Te), por tanto…
…un cerramiento con un U = 3 pierde tres veces más rápido que uno de U = 1 y este a su vez el
doble de rápido que uno de 0,5. Esto significa que al cabo de un año el edificio con los cerramientos
con U=3, consume 6 veces más energía que otro con cerramiento con U = 0,5.
Por lo tanto podremos alcanzar resistencias térmicas elevadas U=1/R, tanto con grandes
espesores de capas realizadas con materiales poco aislantes, con conductividad alta, como, con
capas delgadas de materiales de baja conductividad. R=e/λ.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Los huecos acristalados
A través del hueco acristalado, o del conjunto formado por el acristalamiento y su carpintería, se
producen los mayores intercambios de calor en el cerramiento del edificio.
Esto provoca un gran consumo energético, provocado por :
• Transferencias de calor por transmisión, que en cerramientos acristalados es
sensiblemente superior al de los opacos,
• Intercambios por infiltraciones o por renovación del aire, que dependen de la
permeabilidad al aire de la carpintería y de los huecos practicables. Además, en verano se
producen las captaciones de energía por radiación solar.
El empleo de vidrios aislantes se ha convertido en una práctica habitual, así como el empleo de
carpinterías con baja conductividad térmica, PVC, madera, poliuretano. La selección del conjunto
adecuado de carpintería-vidrio, puede suponer un ahorro del 50% de la energía que se pierde
por transmisión.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
En el control de la radiación solar incidente sobre la superficie exterior, y, por tanto, de la cantidad
de energía que penetra en el interior del ambiente a acondicionar, intervienen las protecciones
solares, como elementos muy importantes que pueden considerarse asociados al conjunto
acristalamiento-carpintería.
Los parámetros que influyen en las modificaciones de las captaciones solares y, por tanto, en el
consumo energético así originado son:
•La orientación del acristalamiento
•El tipo de vidrio
•La protección
Orientación Norte-Sur.
La orientación óptima para evitar la carga solar es la norte, pero en ella no se obtienen captaciones
en invierno.
La orientación sur permite un perfecto equilibrio entre captaciones en invierno y protección en verano
que lo hacen más aconsejable, excepto en los casos en los que primen las condiciones de verano.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Tipo de vidrio
Es aún más condicionante, ya que puede reducir la carga solar hasta un 90% pero no dará opción
a captaciones en invierno.
Las protecciones
Ya sean fijas o móviles, siempre permitirán un comportamiento flexible del hueco acristalado.
Infiltraciones
Otro mecanismo por el que intercambian energía los edificios a través de los huecos acristalados, es
el de infiltración de aire exterior. Este fenómeno se establece a través de los huecos abiertos, ya
sean los de acceso al edificio o las ventanas a través de las rendijas que dejan las carpinterías
exteriores.
TÉCNICAS CONTRUCTIVAS DE CONSERVACIÓN ENERGÉTICA.
Las pérdidas por infiltraciones o renovación de aire suponen en la actualidad, aproximadamente
el 50% de la totalidad de las pérdidas de energía del edificio y, por tanto, el 50% de la energía de
la calefacción que se consume se invierte en combatirlas; es por ello importante su control.
Sin embargo, dado que es imprescindible ventilar los locales, es necesario ajustar la ventilación a
lo necesario y evitar tanto las ventilaciones excesivas, como deficitarias.
Material.
Las carpinterías más herméticas son las de madera y las de PVC, por el contrario las que dejan
pasar más cantidad de aire son las de acero, sobre todo si han sido pintadas varias veces.
Tipos de apertura
Son más herméticas las carpinterías abatibles, que las correderas y éstas que las de guillotina. En
cualquier caso se puede mejorar la hermeticidad colocando burletes en los marcos o con en el uso
de cortinas o visillos interiores.
A pesar de todo lo dicho, las habitaciones deben respirar por distintos motivos,. La ventilación es
necesaria para mantener el nivel de humedad interior en un punto adecuado que evite riesgo de
condensaciones, para eliminar olores y partículas en suspensión, y para renovar y mantener el nivel
de oxigeno necesario para la vida.
TEMA 9. SOLUCIONES DE DISEÑO Y CONSTRUCTIVAS
ESTUDIO DEL EMPLAZAMIENTO: ¿Dónde estamos?
ANÁLISIS DEL LUGAR
INTEGRACIÓN DEL EDIFICIO CON EL LUGAR
PROTECCIÓN FRENTE AL MEDIO
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS: ¿Cómo construimos?
MODOS DE EVITAR PERDIDAS DE CALOR
MODOS DE REFRIGERAR EDIFICIOS
CAPTACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
CONTROL DEL CLIMA CON AYUDAS ARTIFICIALES: ¿Cómo “instalamos”?
COLECTORES SOLARES
BOMBA DE CALOR
SISTEMAS TERMOSIFÓN
SISTEMAS DE AIRE
CALEFACCIÓN SOLAR
CAPTACIÓN DE ENERGIAS RENOVABLES
ESTUDIO DEL EMPLAZAMIENTO.
ANALISIS DEL LUGAR
Antes de proyectar, hay que observar los elementos del entorno para convertirlos en aliados
del edificio.
Límites y contorno de la propiedad.
Construcciones vecinas, forma del solar, acometidas de instalaciones,…
Orientación
Una buena orientación puede provocar enormes ahorros energéticos
Posición del Sol
La radiación solar puede ser aprovechada de varias formas
calentamiento pasivo
calentamiento activo
generación energía eléctrica mediante placas fotovoltaicas
Es importante aprovecharlo al máximo en invierno y protegernos de él en verano.
LA ORIENTACIÓN ADECUADA
RECORRIDO DEL SOL
Proyección esférica
La altitud máxima del sol alcanza al mediodía
Diagrama polar
Proyección en planta del
recorrido del sol
La altitud máxima del sol y su trayectoria
varían según la época del año
ESTUDIO DEL EMPLAZAMIENTO. ANALISIS DEL LUGAR
El viento.
Protegernos de los vientos dominantes en invierno, y aprovechar las brisas naturales en verano.
Proyectar pantallas o elementos cortavientos, y prever aberturas en el edificio para provocar la
ventilación cruzada natural durante los días cálidos.
Topografía
Influye en el curso de los vientos y el curso de las aguas  DRENAJES
Vegetación
Se pueden aprovechar para:
Protegernos de los vientos fríos
Disponer de sombras en verano
Aislarnos de ruidos
Controlar la erosión del terreno…taludes
Belleza paisajística
ESTUDIO DEL EMPLAZAMIENTO.
INTEGRACIÓN DEL EDIFICIO EN EL LUGAR
Asentamiento
Tendencia: Escoger el lugar más hermoso de la parcela para colocar la vivienda… para “cargárselo”
construyendo algún que otro artefacto que para nada tiene que ver con su entorno (bien sea urbano
o paisajístico)
Se debe: Escoger siempre aquella solución que integre real y formalmente a su entorno: físico,
histórico, antropológico…etc.
La forma
La forma resultante debe permitir :
• la captación y almacenamiento de la radiación solar
• eludir los vientos fríos del invierno,
• proporcionar una adecuada ventilación y frescura en verano.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS
AISLAMIENTO
Barrera que dificulta le paso a través de ella de:
Calorías…aislamiento térmico
Sonidos…aislamiento acústico
AISLAMIENTO TÉRMICO
Un buen aislamiento térmico debe :
•
Evitar los puentes térmicos
•
Permitir el almacenamiento de energía solar en invierno y su disipación en verano
FUNCIONAMIENTO.
Debe controlar los mecanismos de transmisión de calor.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
AISLAMIENTO
Radiación. Calienta únicamente la superficie exterior de los cerramientos, con lo que no incide
directamente en este mecanismo.
Conducción.
Al calentarse la superficie exterior por radiación, este calor se transmite por conducción hacia el
interior del cerramiento.
El aislante al ser un material de baja conductividad térmica, controla el flujo de calor por conducción.
Convección.
La transmisión por convección necesita de un fluido en movimiento. En un cerramiento esto ocurre
en las cámaras de aire ventiladas.
Estas cámaras tienen la ventaja de que eliminan problemas de humedades.
Algunos autores aconsejan, en condiciones concretas, la ubicación de una c.a. ventilada exterior
para las humedades, y otra más interior con el aislamiento.
Por cambio de estado.
Si existen humedades en el interior del cerramiento, al evaporarse el agua provoca el enfriamiento
de los mismos…les roba calor.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
AISLAMIENTO
Estas humedades deben preverse en el diseño del edificio:
Punto de rocío, deberá calcularse para que se produzca en la cara exterior del
aislamiento y la evaporación no enfríe el interior.
Humedades ascendentes por capilaridad, provenientes del subsuelo, se debe prever
una barrera impermeabilizante continua
Agua de lluvia, empleo de revestimientos que “respiren” para permitir la evaporación,
como los revestimientos de morteros de cal.
Edificios a media ladera, prever drenajes que recojan el agua que fluye ladera abajo
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
AISLAMIENTO
PROTECCIÓN FRENTE A HUMEDADES
Producción de humedad
Infiltraciones de agua procedentes del exterior
Agua de lluvia
Filtraciones de la humedad del terreno
Agua generado en el interior de la vivienda
Cocinas, baños
Ropa tendida, plancha.
Evitar infiltraciones exteriores de agua.
Drenaje alrededor del edificio
Forjados sanitarios
Barreras impermeabilizantes. Humedades ascendentes. Salpicaduras de agua
Diseño adecuado de cubiertas. Instalar goterones
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS. AISLAMIENTO
PROTECCIÓN FRENTE A HUMEDADES
Evitar infiltraciones exteriores de agua
RED DE DRENAJE EN PLANTA
DETALLE DE DRENAJE. SECCIÓN
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS. AISLAMIENTO
PROTECCIÓN FRENTE A HUMEDADES
Evitar infiltraciones exteriores de agua
FORJADO SANITARIO
CORNISAS Y VOLADIZOS
ELEVADO SOBRE EL TERRENO
SALIENTES
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS. AISLAMIENTO
PROTECCIÓN FRENTE A HUMEDADES
Evitar infiltraciones exteriores de agua
GOTERONES EN CORNISAS
VIERTEAGUAS
HUMEDADES ASCENDENTES DEL TERRENO
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
AISLAMIENTO
UBICACIÓN DEL AISLAMIENTO
¿ Hacia el interior o exterior del cerramiento ?
¿ Aprovechar la masa térmica del cerramiento o no ?
Colocación interior
No aprovecha la masa térmica del edificio
Poca inercia
Con un foco de calor interior:
Todo el calor queda dentro
Calentamiento rápido…si es excesivo  sistema de ventilación
Apagado el foco de calor:
Enfriamiento rápido…si es excesivo  sistema de calefacción
En general, este sistema se aconseja para edificios de uso intermitente…viviendas de fin de
semana, donde no es rentable calentar una gran masa térmica para usarlo dos días, y luego irá
disipando calor cuando ya no esté habitada.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS. AISLAMIENTO
UBICACIÓN DEL AISLAMIENTO
¿ Hacia el interior o exterior del cerramiento ?
¿ Aprovechar la masa térmica del cerramiento o no ?
Colocación exterior
La envoltura del edificio se calienta, para luego disipar el calor.
Gran inercia
Indicado para edificios de uso habitual.
Acumulan calor procedente de la radiación solar, para luego disiparlo durante la noche o días
nublados.
Importante el aislamiento de la solera del edificio, si el suelo está húmedo, esa agua atrapa el calor
del edificio.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
METODOS TRADICIONALES
Acantilados de Mesa Verde. Colorado. Casa típica Japonesa.
Indios Anasazi. 1200 d.c
Persianas “sutomi” de madera opaca aislante, se cierra por la
noche para conservar el calor
Captación solar SUR
Estructuras ligeras de madera y papel de arroz.
Protección vientos fríos del Norte.
Foco interno de calor “horigotatsu”. Hueco en el suelo con carbón
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
METODOS TRADICIONALES
“Planta libre (Le-Corbusier)”.
Planta baja, garaje y servicio. Dismiinuye pérdidas por suelo
En la azotea coloca un solarium a modio de control térmico.
Patios interiores ajardinados. Refresca el ambiente
Cinturón perimietral de árboles.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
METODOS TRADICIONALES
Uso del terreno como masa térmica
Ubicada en paraje frío con mucho viento
Alzado Norte, expuesto al viento, con planta baja
enterrada, y alzado visto curvo para minimizar la
exposición al viento.
.
Fachada Sur. Semicírculo abierto con un gran
ventanal que capta la radiación solar.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
METODOS TRADICIONALES
SERVICIOS
GARAJE
COMEDOR
DORMITORIOS
ESTAR
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
El bioclimatismo pretende mantener un clima confortable en el interior de un edificio, con el mínimo
consumo energético.
En invierno buscamos mantener la vivienda más cálida que el entorno y en verano más fresca.
Esto se consigue manteniendo un buen equilibrio entre ganancias y pérdidas de calor.
Por ello es imprescindible conocer bien dos aspectos:
¿ Cómo captamos calor ?
¿ Cómo podemos perderlo ?
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
PERDIDAS DE CALOR. ¿CÓMO SE PRODUCEN?
• A través de los cerramientos. Por transmisión de calor. Transmitancia
• Por ventilación, renovación de aire.
GANANCIAS DE CALOR. ¿CÓMO SE PRODUCEN?
• Captación solar pasiva a través de ventanas o elementos constructivos creados para
ese fin. Invernaderos, muros Trombe
• Captación solar activa, utilizando medios artificiales. Paneles solares.
• Otros tipos de energías renovables…geotérmia
• Aportes de calor debidos a la quema de combustibles
• Aportes de calor debidos a las personas
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
PERDIDAS DE CALOR. ¿CÓMO SE EVITAN?
A través de cerramientos
Las mayores pérdidas de calor a través de cerramientos se
producen en ventanas, cubiertas y puentes térmicos (pilares,
vigas, forjados, cajas de persiana,…)
Estos elementos son buenos conductores del calor, que ponen
en contacto el interior y el exterior.
Para evitar las pérdidas:
• Aislar adecuadamente muros, soleras y cubiertas.
• Evitar los puentes térmicos dando continuidad al aislamiento
de los cerramientos por el exterior de los elementos
estructurales
• Utilizar carpinterías con rotura de puente térmico
• Reducir la superficie de cerramientos en contacto con el
exterior
• Emplear doble acristalamiento.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
PERDIDAS DE CALOR. ¿CÓMO SE EVITAN?
Ventilación no deseada
• Es necesario que exista una renovación del aire para disponer
siempre de suficiente oxígeno para respirar, pero se ha de evitar que
esto suponga una pérdida de calorías.
• A través de la cubierta, muros, etc.: El aire caliente tiene menor
densidad y asciende. Si hay fugas en la cubierta escapará el aire
caliente por ella.
• A través de la carpintería: un modo sencillo para evitar filtraciones de aire por puertas y ventanas es
instalar carpinterías que garanticen un buen grado de hermeticidad.
• El punto por donde mayores pérdidas de calor suelen producirse son las cajas de las persianas, por ellas
se pierde aire caliente que ha ascendido
• Taponar rendijas: instalación de burletes.
• Puerta de entrada: Para evitar la excesiva ventilación a través de la puerta de entrada a la vivienda, se
debe hacer una entrada doble de modo que las dos puertas no se encuentren una frente a otra.
• Hacer la entrada al edificio a través de un vestíbulo, invernadero o un porche cubierto que generen un
pequeño microclima a una temperatura intermedia entre el exterior y el interior.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
PERDIDAS DE CALOR. ¿CÓMO SE EVITAN?
Calentamiento del aire de ventilación
Una manera de disminuir las pérdidas por ventilación es
aportar aire renovado, una vez calentado.
¿Cómo?
Haciéndolo circular a través del subsuelo, que está a mayor
Tª que el ambiente exterior.
Los tubos deben ser de plástico, pues la humedad del
subsuelo podría enfriar el aire.
Puede necesitarse un elemento de impulsión (ventilador) para
favorecer la entrada del aire.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
PERDIDAS DE CALOR. ¿CÓMO SE EVITAN?
Diseño adecuado de superficies exteriores
La idea es reducir al máximo la superficie exterior expuesta.
Edificios enterrados o semienterrados. Aprovechan la gran
inercia térmica del terreno para reducir los intercambios de
calor
Reducir la fachada orientada hacia los vientos fríos del norte
Diseñar paramentos exteriores curvos, para reducir el
rozamiento y la superficie expuesta
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
MODOS DE REFRIGERAR EL EDIFICIO
Proporcionar buena ventilación y humidificación del
aire
Generar corrientes de aire: se facilita la entrada de aire
fresco y la salida de aire caliente generando corrientes que
circulen refrescando el interior del edificio.
Introducir aire fresco: El aire puede enfriarse haciéndolo
pasar por el subsuelo.
Enfriar el aire destinado a ventilación: si no se puede
captar aire fresco al menos puede enfriarse recurriendo a
la construcción de microclimas como patios interiores y
con la ayuda de la vegetación. Evaporación del agua.
También son muy útiles los sistemas de doble cubierta en
medio de la cual circula el aire enfriándola.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
MODOS DE REFRIGERAR EL EDIFICIO
Diseñando microclimas frescos
• Diseñar plantas diáfanas favorece las corrientes de aire.
• Estancias con techos altos para que el aire caliente
ascendente no afecte a las personas y para favorecer la
circulación de aire.
• Disponer en sótanos y semisótanos estancias habitables
para la época calurosa.
• Proyectar umbráculos, espacios sombreados entre el
exterior y el interior del edificio, como porches, pérgolas,
etc. para crear espacios intermedios que incluso pueden
ser habitables en determinados momentos del día.
• Proyectar uno o más patios interiores con vegetación y
fuentes para crear microclimas frescos y a la sombra.
• Diseñar una cubierta de hierba asociada a un sistema de
riego por pulverización lo que producirá una refrigeración
por evaporación en la zona que más se calienta en verano:
la cubierta.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
MODOS DE REFRIGERAR EL EDIFICIO
Obstaculizar la entrada de la radiación solar
• Diseñar voladizos o pantallas que proyecten sombra. En climas
templados como el nuestro los voladizos deben dar sombra en
verano y permitir la entrada de la luz solar en invierno.
• Dotar a los elementos de carpintería de lamas direccionales,
toldos y postigos que regulen la entrada de la luz solar
• Plantar frente a la fachada sur del edificio plantas de hoja
caduca, trepadoras para pérgolas o árboles que darán sombra
en verano y dejarán pasar la luz en invierno.
• Tamizar la entrada de luz solar directa por medio de celosías.
• Favorecer la luz solar indirecta o reflejada. Este sistema
mantiene el interior del edificio mucho más fresco. Puede
conseguirse por medio de pantallas translúcidas que dejen pasar
luz atenuada o diseñando superficies con el ángulo adecuado
para que llegue al interior luz reflejada y no luz directa.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
MODOS DE REFRIGERAR EL EDIFICIO
Obstaculizar la entrada de la radiación solar
• Tamizar la entrada de luz solar directa por medio de celosías.
• Favorecer la luz solar indirecta o reflejada. Este sistema
mantiene el interior del edificio mucho más fresco. Puede
conseguirse por medio de pantallas translúcidas que dejen pasar
luz atenuada o diseñando superficies con el ángulo adecuado
para que llegue al interior luz reflejada y no luz directa.
CONTROL DEL CLIMA POR MEDIOS CONSTRUCTIVOS.
CAPTACIÓN GRATUITA DE ENERGÍA . SISTEMAS PASIVOS
Elementos captadores indirectos
-Inercia subterránea: Este sistema
aprovecha la gran masa térmica del
terreno para amortiguar las
oscilaciones climáticas del exterior.
-Da muy buenos resultados en
climas extremados y de montaña.
Ejemplo de Obra
El siguiente ejemplo tiene como particularidad, la de situarse en una parcela orientada norte-.sur,
pero al revés de como las normas básicas de bioclimática demandarían: Una vivienda volcada
al norte
Al norte están las vistas, uno de los valores (quizás el más importante) de la vivienda. Es por ello
que los huecos a dicha orientación están gravemente penalizados por lo que había que
corregirlos en el resto de la envolvente. No se puede utilizar la temperatura radiante y el
efecto invernadero generado en una abertura al sur. No se puede utilizar como
acondicionamiento pasivo de la vivienda.
Desde el principio se estimó que la vivienda tendría sólo sistema de calefacción por suelo
radiante y que no tendría sistema de refrigeración
Fase de Obra: Ejecución de la cimentación y estructura
La vivienda se sitúa en una parcela de más de 1000 m2 de
superficie en Los Altos de la Zubia (La Zubia). Se trata de
una zona caracterizada por edificaciones residenciales de
vivienda unifamiliar.
La parcela tiene una suave pendiente bajando en
dirección Norte lo que ha permitido una orientación en
este sentido para aprovecharlo desde el punto de vista
de bioclimático.
Muro de contención de granito
Fase de Obra: Ejecución de la cimentación y estructura
La vivienda se proyecta con una planta semisótano que
mantendrá relativamente constante su temperatura
interior sin demasiada ayuda de instalaciones activas.
Planta de cimentación
Muros del Semisótano
La cimentación consistente en zapatas lineales, de cierto
canto, crea unos huecos que se rellenan de grava limpia,
creando cámaras de aire para evitar que asciendan
humedades por capilaridad. Sobre estos elementos de
cimentación, se coloca una losa arriostrante. Pueden
apreciarse en la foto los conectores de la losa arriostrante
Fase de Obra: Ejecución de la estructura y cubierta
Fachada norte de la estructura ya levantada.
La estructura de hormigón armado permitiría la apertura de
grandes huecos en esta fachada, pero se ha optado por reducir
el número de huecos para evitar un sobre calentamiento en
verano.
Fachada SUR
El aislamiento térmico elegido para la cubierta es poliuretano
proyectado con un espesor total de 80mm en dos capas de 40mm.
(Una bajo el impermeabilizante y otra sobre éste), con sus
respectivos morteros de protección.
Puede apreciarse la dimensión del hiperladrillo utilizado en la hoja exterior de la
capuchina
Aislamiento térmico de la cubierta
Fase de Obra: Ejecución del cerramiento exterior
El cerramiento exterior se ejecuta evitando puentes térmicos.
El ladrillo envuelve la estructura.
El aislamiento térmico pasa por delante de forjados y pilares. .
Sólo puntualmente y según qué caso puede evitarse recubrir algún tipo de
elemento estructural. En este caso y debido al aislamiento de la totalidad de
todos los elementos horizontales estructurales mediante poliestireno
extrusionado (gracias al suelo radiante), se optó por no pasar el ladrillo.
Como puede apreciarse el ladrillo si pasa por delante de los pilares. (La
sujeción de los perfiles metálicos a los pilares fue determinante para esta
elección).
Fase de Obra: Ejecución de la hoja y tabiquería interior
El cerramiento de doble hoja está formado por:
1.- Hoja exterior de la capuchina de ladrillo macizo perforado de 13 cm
de espesor (“hiperladrillo”) que al tener mucha más masa que otro
hueco, mejora el aislamiento térmico.
2.- Embarrado interior de la hoja exterior
3.- Aislamiento térmico de poliuretano proyectado e=5cm
4.- Cámara de aire
5.- Hoja interior de la capuchina formada por LH triple (tabicón) de
10cm de espesor
Hojas interiores del cerramiento exterior
La tabiquería interior se realiza con ladrillo cerámico de mayor espesor
y masa que el utilizado en divisiones interiores de viviendas
habitualmente por dos motivos:
1. Mayor aislamiento acústico entre habitaciones. Está previsto que en
la casa van a convivir tres generaciones, abuelos padres e hijos. Esta
situación puede llevar a conflictos e incomodidades si las habitaciones
no tienen un aislamiento acústico suficiente.
2. Mayor inercia térmica que favorece el rendimiento energético global
de la vivienda.
Conexión interior-exterior
Fase de Obra: Zona cubierta y aislada para aparcamiento de vehículos
La zona de aparcamiento se encuentra abierta y protegida,
aumentando la protección solar sobre este espacio que también
está orientado al sur.
La cubierta ajardinada aporta un gran aislamiento térmico al
espacio destinado al aparcamiento.
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CAPTACIÓN GRATUITA DE ENERGÍA . SISTEMAS PASIVOS
Generalmente se denominan sistemas de acondicionamiento pasivos a :
• Aquellos que son parte constituyente del edificio.
• Aquellos que funciona sin necesitar aporte energético externo
• Aquellos que ocasionalmente pueda utilizar un pequeño equipo para acelerar los
intercambios térmicos aunque no sea imprescindible para su funcionamiento, como por
ejemplo, un ventilador.
Los sistemas captadores pasivos precisan combinarse con mecanismos de ocultación para proteger
al edificio de la entrada indiscriminada de radiación solar en los días calurosos de verano.
Vemos que la captación solar pasiva abarca dos tipos de elementos:
• Elementos captadores: recogen la radiación solar. Para su estudio los clasificaremos en
sistemas captadores directos, indirectos y añadidos. Se analizan en la página siguiente.
• Elementos acumuladores: son sistemas que tienen la propiedad de almacenar en su interior
la energía calorífica de modo que puede ser utilizada con posterioridad. Unos sistemas
permiten acumular el calor del día para cederlo durante la noche.
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CAPTACIÓN GRATUITA DE ENERGÍA . SISTEMAS PASIVOS
Un sistema completo de aprovechamiento de la energía calorífica del sol no se limita a la instalación
de elementos captadores o de elementos acumuladores. Lo ideal es emplear ambos sistemas
conjuntamente. Se debe hacer un estudio de las necesidades caloríficas del edificio, en función del
cual se diseñarán los elementos captadores y acumuladores necesarios.
Clasificaremos los sistemas de captación pasiva de la siguiente manera:




Elementos captadores directos
Elementos captadores indirectos
Elementos captadores añadidos
Elementos acumuladores
EFECTO INVERNADERO.
La mayor parte de los sistemas pasivos de captación directa se fundamentan en la aplicación del
efecto invernadero, que toma su nombre por su espontánea utilización en invernaderos agrícolas.
La longitud de onda de la radiación solar que llega a la tierra está comprendida entre 300 y 3.500 nm
.
Los vidrios, son permeables a la radiación de onda corta, es decir longitudes de onda menores de
2.500 nm,.
No toda la radiación solar de onda corta que incide sobre el vidrio lo atraviesa, ya que parte se refleja
y parte es absorbido por él.
El porcentaje de radiación reflejada es función del ángulo de incidencia y del contenido de hierro del
vidrio, pero en general se puede considerar que representa un 7% del total.
La energía absorbida por el vidrio se puede cuantificar en el 15% del total, que se utiliza principalmente
en calentar el mismo y seguidamente cederla al medio exterior (10%) y al interior 5%).
El resto de la radiación solar penetra calentando los cuerpos contra los que incide, paredes, suelos,
objetos etc y no directamente el aire sino que este termina calentándose por convección al ponerse
en contacto con los objetos calentados previamente por radiación.
Todos los cuerpos calientes del local, aparte
de ceder calor por convección, emiten energía
por radiación, con una longitud de onda de
unos 11.000 nm, longitud para la que el vidrio
es completamente opaco.
VIDRIO
RADIACIÓN
SOLAR
Interior
De esta manera el vidrio permite la entrada de
radiación solar pero no la salida. Este efecto
se aprecia fácilmente en una galería cerrada y
acristalada o en el interior de un coche
expuesto al sol.
7%
REFLEJADO
Radiación en
el interior
A pesar de todo, la radiación de onda larga no
atraviesa el vidrio, pero sí lo calienta y parte
de la energía la transmite al exterior, por lo
que alguna energía se pierde.
10 % CEDIDO
5 % CEDIDO
15 %
ABSORBIDO
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Elementos captadores directos
Se denominan sistemas de captación directa a aquellos en los que la radiación solar entra
directamente en el espacio que se desea caldear.
Esto se consigue haciendo que los rayos solares
atraviesen un vidrio y calienten el aire, los suelos y los
paramentos interiores
Una simple ventana orientada hacia el Sol es el primer
sistema de captación solar pasiva. Todos sentimos más
confort un día de invierno en el que los rayos del sol
entran por la ventana que un día nublado, aunque el
termómetro marque la misma temperatura. Nuestra piel
capta la radiación solar y eso nos hace sentir más
confortables.
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Elementos captadores directos
La captación solar se puede hacer a través de un invernadero, galería o terraza cubierta
con vidrio. Es un espacio acristalado creado con la finalidad de captar el máximo de
radiación solar.
Durante el día, el aire que se calienta en el
invernadero se distribuye por toda la casa gracias a
las corrientes de convección. Por la noche deben
evitarse las pérdidas de calor colocando persianas
o contraventanas.
En verano se debe impedir la entrada de la
radiación solar con los elementos de cierre que ya
hemos visto y facilitar una buena ventilación para
evitar la captación de energía solar y favorecer la
refrigeración..
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Elementos captadores indirectos
Son modos de captar la radiación solar por medio de elementos constructivos que actúan
de intermediarios. Captan y almacenan la energía solar que cederán posteriormente a las
habitaciones.
Los suelos, muros y cubierta pueden ser muy útiles para captar y almacenar la energía
procedente del Sol, sobre todo si son porosos ya que tienen más superficie de intercambio.
En invierno los materiales de construcción acumulan energía solar durante el día que van
cediendo lentamente durante la noche. El agua es también un excelente material para
captar y almacenar calor.
Existen diversos sistemas de captación indirecta de la radiación solar,:
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Elementos captadores indirectos
-Muro Trombe: Muro de gran masa térmica construido de piedra, hormigón, bloques de tierra, adobes o
ladrillo sin pulir orientado al sur y precedido de un vidrio o elemento translúcido para favorecer el efecto
invernadero.
-Lleva aberturas en su parte
superior e inferior para
favorecer los intercambios
térmicos entre la cámara de
aire que calienta el sol y el
interior del edificio.
-Es necesario aislar el vidrio en
las noches de invierno para no
perder calorías y sombrear en
verano para evitar la
acumulación de calor.
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Elementos captadores indirectos
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Elementos captadores indirectos
Otros modos de colocar el Muro Trombe.
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Elementos captadores indirectos
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Elementos captadores indirectos
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Elementos captadores indirectos
- Cubierta de inercia térmica: es una
cubierta realizada con materiales de
construcción de elevado peso
específico. Su gran masa amortigua
las oscilaciones térmicas.
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Elementos captadores indirectos
- Inercia térmica interior: consiste en
situar en las paredes y suelos del interior
del edificio grandes masas térmicas que
capten y acumulen la radiación solar.
Deben situarse en lugares donde puedan
captar la energía, cerca de ventanales,
invernaderos, etc. Deben repartirse lo
más posible por todo el edificio, no
concentrar las masas térmicas solamente
en una zona para amortiguar mejor los
ciclos noche-día. El aislamiento del
edificio debe ir por el exterior, para
proteger el calor acumulado en muros y
suelos.
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Elementos captadores indirectos
Solera de grava: consiste en
disponer una solera de grava muy
bien aislada que actuará de
depósito acumulador. Hay que
asegurarse de que la humedad
del terreno no llegará a la grava.
La captación se realiza a través
de un vidrio como en la pared
Trombe. La energía almacenada
se conduce al interior del edificio,
bien por radiación o bien haciendo
circular aire por el interior de la
solera.
.
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Elementos captadores añadidos
Muro de agua: Muro similar
al Trombe, formado por
depósitos de agua entre los
que se dejan huecos para
favorecer las corrientes de
convección y facilitar los
intercambios de calor con el
interior del edificio. Suelen
colocarse 200 litros de agua
por metro cuadrado de
superficie de captación.
Cilindros
llenos de
agua
Radiación térmica
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Elementos captadores añadidos
Cubierta de agua: Sobre una azotea pintada de color muy oscuro o negro se colocan
bidones o sacos de plástico que se llenan de agua. Su eficacia aumenta si se cubren con
vidrio o un material translúcido. En nuestras latitudes, por la inclinación de los rayos
solares en invierno, deben ir sobre una superficie inclinada y cubrirse durante la noche
invernal. En verano puede utilizarse este sistema para refrigerar, dejando destapados los
depósitos de agua para que se enfríen durante la noche. Dan mejor resultado en
refrigeración en clima continental con noches de verano frescas y días calurosos.
Tapas aislantes que se abren de día y se cierran de noche
Baterías de agua
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Elementos captadores añadidos
Sistema de captación independiente: consta de un elemento captador adosado al edificio
que aprovecha el efecto invernadero y mediante corrientes de convección de aire o agua
transmite el calor a un depósito acumulador desde donde se transferirá al edificio. Estos
elementos captadores pueden construirse in situ con materiales de construcción, por
ejemplo ladrillos o cantos rodados y un recubrimiento de vidrio.
.
.
Depósito
de grava
Trampilla
DIA. Caldeo directo
DIA. Almacenamiento de calor
de la vivienda
SISTEMA DE CAPTACION INDEPENDIENTE
NOCHE. Caldeo de la vivienda
con el calor acumulado
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Elementos acumuladores
Son dispositivos que almacenan calor para ser cedido al edificio cuando desciende la temperatura
exterior.
Elementos acumuladores puramente constructivos: son elementos constructivos que realizan una
doble función constructiva y de almacén de calor. Son los sistemas constructivos de inercia térmica ya
citados: muros, soleras, etc.
Depósitos de acumulación: su misión es exclusivamente la de almacenamiento del calor. Son
depósitos de cualquier material utilizable como almacén de calor: grava, ladrillos, recipientes llenos de
agua, sales eutécticas en disolución, etc. En las regiones frías el depósito acumulador del calor es un
elemento fundamental de cualquier sistema de bioclimatización.
La acumulación del calor también adquiere gran importancia en los sistemas de captación solar activa,
en la obtención de agua caliente sanitaria (para duchas, lavado de ropa, etc.) y en los sistemas de
calefacción por colectores solares ( suelo radiante). Los acumuladores de calor latente pueden
absorber de los colectores de captación solar la energía procedente del sol y almacenarla aunque su
aporte sea intermitente. Así pueden ir cediendo lentamente el calor acumulado al interior del edificio..
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SISTEMAS ACTIVOS. CALEFACCIÓN
Introducción.
Se llaman sistemas activos a los artefactos mecánicos que complementan la
construcción bioclimática y permiten captar las energías del entorno con un mayor
aprovechamiento y un mínimo consumo energético.
Los sistemas activos son una mejora de los sistemas pasivos de aprovechamiento de
la radiación solar que se han venido utilizando desde hace algunos siglos en
invernaderos que facilitasen el crecimiento de las plantas.
Captación solar por medio de colectores solares
Los sistemas de captación solar por medio de colectores se pueden utilizar para
abastecer la vivienda de agua caliente sanitaria, dotarla de calefacción y también de
refrigeración.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
El circuito básico se compone de un elemento de captación, generalmente
constituido por colectores planos, y un intercambiador de calor a través del cual
se cierra el circuito primario, circulando el fluido bien por termosifón o por medio
de una bomba.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
La transferencia de energía solar al agua del acumulador se realiza por la circulación
del fluido contenido en el circuito primario (captadores y tuberías). El fluido se calienta a
su paso por los captadores y se enfría al paso por el sistema de intercambio
transmitiendo el calor al agua de consumo.
El agua caliente del sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser
consumida.
79
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
EL COLECTOR SOLAR
Tiene por objeto captar la energía incidente, principalmente
en forma de radiación solar, transformándola en energía
calorífica y aumentando de esta forma la temperatura del
fluido caloportador (generalmente una mezcla de agua y
glicol), que circula a través del colector.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
EL COLECTOR SOLAR
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
EL COLECTOR SOLAR
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
ACUMULADOR
Normalmente las horas en que se produce la demanda de agua caliente sanitaria por
parte del usuario no coinciden con las horas de insolación.
Tampoco todo el tiempo en que podemos
estar captando la energía solar se está
consumiendo agua caliente.
Es preciso pues, disponer de algún
elemento que almacene energía solar, de
tal forma que acumulando la que se
produce en las horas en que no hay
consumo de agua caliente, pueda
suministrar la que se demanda en las
horas punta.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
INTERCAMBIADOR
Es elemento en el que se produce el intercambio de calor entre el circuito primario (de
generación de calor) y el circuito secundario (circuito de consumo).
Intercambiadores de Placas:
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
INTERCAMBIADOR
Es elemento en el que se produce el intercambio de calor entre el circuito primario (de
generación de calor) y el circuito secundario (circuito de consumo).
Intercambiadores de Tubos:
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
INTERCUMULADORES
Se integran en el mismo equipo las funciones de intercambio de calor y la función de
acumulación de calor.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
INTERCUMULADORES
87
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
FUNDAMENTOS
La energía total recibida del sol por unidad de superficie normal, se denomina constante
solar, siendo su valor de unos 1.352 W/m², en el exterior de la atmósfera terrestre.
Pero una pequeña parte es absorbida al entrar en la atmósfera por el aire y sus gases
componentes incluido el vapor de agua, estimándose que el flujo de la radiación a nivel
de la superficie terrestre, en una latitud propicia (no muy alejada del ecuador) y en una
hora adecuada (próxima al mediodía) es de 1 KW/m² equivalente a 860 Kcal./h m².
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
Para determinar la superficie de captación:
¿Que demanda queremos cubrir?
El primer punto a considerar será fijar la fecha del año en la que se utilizará la
superficie de captación. En general con esto se intentaría determinar la superficie de
colectores más rentable a las necesidades de la instalación.
Criterios técnicos/Económicos
Para hacer estas evaluaciones con exactitud deberíamos tener en cuenta además de
las consideraciones técnicas, las puramente económicas.
Acotamos el análisis.
Estos cálculos son difíciles, ya que las variables económicas son imprevisibles, por
tanto se debe optar en todo cálculo, por hacer tres hipótesis:
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
HIPOTESIS 1ª. Cobertura máxima.
Determinación de las superficies necesarias cuando la radiación solar sea mínima (mes
más desfavorable) con la menor utilización en este caso de energía de apoyo.
HIPOTESIS 2ª. Cobertura mínima.
Determinación de esta misma superficie cuando la radiación solar sea máxima (mes
más favorable). Con esta solución el aprovechamiento de la superficie de captación es
total, pero, en cambio, a excepción de este mes el resto necesitaría de apoyo.
HIPOTESIS 3ª. Cobertura media.
Realizar los cálculos para que durante el mes de Abril se cubran las necesidades
totales. De esta forma garantizamos la captación total (teóricamente), durante seis
meses, coincidiendo éstos con la temporada de verano.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
En la práctica, existen otros factores que pueden condicionar aún más el
dimensionamiento del campo de captación:
Superficie real disponible para su ubicación
Sombras proyectadas sobre dicha superficie
La demanda de agua caliente necesaria es otra consideración de vital importancia,
a la hora de determinar las superficies de paneles precisos para la instalación, siendo
este dato el que marca la magnitud de la propia instalación.
La demanda se calculará según el DB-HE-4 del CTE.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
La superficie de colectores necesaria se obtiene por la siguiente
fórmula:
C Tm  Ta 
S
Ih  K  n
Siendo:
S = Superficie de paneles necesarios (m²)
C = Consumo de agua caliente (l/día).
Tm = Temperatura media del panel (ºC).
Ta = Temperatura ambiental (ºC).
Ih = Radiación horizontal incidente (Kcal. /Día m2).
K = Factor de corrección.
n = Rendimiento del colector solar.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
EJEMPLO
Determinar el número de paneles necesarios de 1,5 m² de superficie, para utilizar en una
instalación de ACS en Madrid, con una temperatura media del panel de 50 ºC, suponiendo
que éste tiene un rendimiento de 0,55 y que la instalación demanda unos 2.000 litros diarios.
 Consideramos los meses de utilización de Abril a Septiembre
 La inclinación de los paneles podría ser: 50º. (imposición arquitectónica)
Consultando tablas de reconocido prestigio, obtenemos:
H
Tª
ABR
4.672
13
MAY
5.063
15,7
JUN
5.623
20,6
JUL
6.183
24,2
AGO
5.493
23,6
SEP
3.852
19,8
Tomaremos la del mes más desfavorable, en nuestro caso Abril ya que tiene la
menor temperatura exterior media (12,7 ºC).
Ih = 4.672 Kcal/día m² (temperatura exterior media 12,7 = 13 ºC)
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
Factor de corrección debido a la inclinación del colector (K = 1,05).
Tablas
Superficie de paneles necesaria:
C Tm  Ta 
S
Ih  K  n
200050  13
S
 27,4m 2
4672 1,05  0,55
Nº de paneles precisos:
S = Superficie de paneles necesarios (m²)
C = Consumo de agua caliente (l/día).
Tm = Temperatura media del panel (ºC).
Ta = Temperatura ambiental (ºC).
Ih = Radiación horizontal incidente (Kcal. /Día m2).
K = Factor de corrección.
n = Rendimiento del colector solar.
Se puede comprobar como el mes de Abril es el más
desfavorable en el período seleccionado, pues no sólo
afecta la radiación, sino también la Tª exterior.
N = 27,4 / 1,5 = 18 paneles.
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA
SISTEMAS ACTIVOS. ACS POR CAPTACIÓN SOLAR
DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN NECESARIA