LibroAbierto Cap5 MedioAmbiente

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Análisis Técnico del Proceso Constructivo de la Edificación Enero de 2005 Autores: Josep Castellano Costa, (Capítulo I, Temas 1 al 6) Xavier Fitó Font, (Capítulo I, Tema 7) Josep María Arjona Borrego, (Capítulo II, Tema 1) Rocío García-Espina Soler, (Capítulo II, Tema 2) María Belén Recondo Pérez, (Capítulo II, Tema 3) Juan Miguel García Morales, (Capítulo II, Tema 4) Juan Manuel Rosillo Gutiérrez, (Capítulo II, Tema 5) Antonia Jiménez Rabaneda, (Capítulo, Tema 6) Milagros Igual Sánchez (Capítulo II, Tema 7) Albert Ribera Roget, (Capítulo III, Tema 1 y 2) Jesús Rodríguez Casellas, (Capítulo III, Tema 1 y 2) Luis Pamos Bueno, (Capítulo IV, Tema 1) Manuel Muñoz Hidalgo, (Capítulo IV, Tema 2) Amadeu Escriu Giró, (Capitulo V, Tema 1 y 2) Pedro-Antonio Begueria Latorre, (Capítulo VI, Tema 1 y 2) 2

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Capitulo V. Medio Ambiente

Tema I INTRODUCCION

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INTRODUCCION A - Introducción al capítulo A.1 Introducción general A.1.1 El coste de los edificios A.1.2 Criterios de sostenibilidad A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente

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Capitulo V. Medio Ambiente

Tema II LA ENERGIA SOLAR TERMICA

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LA ENERGIA SOLAR TERMICA A - Un lucero en el firmamento B - Energía solar térmica pasiva C - Energía solar térmica activa C.1 Tipos de energía solar térmica C.2 Energía solar térmica de baja temperatura C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S. C.4 Instalaciones de calefacción C.5 Instalaciones para piscinas

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Capitulo V. Medio Ambiente

Tema I INTRODUCCION

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A.1 Introducción general

El capítulo que empezamos hoy es un capítulo atípico por su contenido puesto que abarca una serie de técnicas constructivas que corresponden a diferentes disciplinas.

Para centrar lo que queremos definir en este capítulo diremos que queremos ver el edificio desde una perspectiva global, queremos ver el edificio desde su concepción hasta el final de su vida.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios A la pregunta de: ¿cuál es el coste de un edificio?.

La primera respuesta que seguramente se nos vendrá a la cabeza será la de: el precio de compra del edificio.

Pero esta respuesta es cierta solo en parte, puesto que el coste de une edificio es mucho más complejo: 1.Construcción del edificio: 

Precio del solar



Coste del proyecto



Permiso de obras

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A.1.1 El coste de los edificios 

Honorarios de los técnicos.



Seguro decenal.



Organismos de Control Técnico.



Coste de la construcción.



Costes de promoción, publicidad y venta del edificio.



Beneficio del promotor.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios 2.Coste del mantenimiento durante la vida útil del edificio (100 años) 

Impuesto de Bienes Inmuebles



Gastos de funcionamiento y conservación de las zonas comunitarias del edificio.



Coste de las obras de mantenimiento del edificio y de la vivienda.



Coste de las rehabilitaciones para actualizar las prestaciones del edificio, en cada momento, según el avance de la técnica y de la demanda de las comodidades o instalaciones de los usuarios.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios 

Coste de la energía necesaria para el uso normal del edificio.

1.

Electricidad.

2.

Agua.

3.

Alcantarillado.

4.

Basuras.

5.

Agua caliente.

6.

Calefacción (gasoil, gas, electricidad etc).

7.

Aire acondicionado (electricidad)

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios

3.Coste del mantenimiento durante la vida útil del edificio (100 años)  Coste de la “desconstrucción” del edificio.  Coste del reciclage o eliminación de los residuos producidos en la “desconstrucción”.

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A.1.1 El coste de los edificios Así pues, resulta que el precio de compra del edificio tiene una importancia relativa en el coste del edificio; puede representar sólo el 25% del coste total del edificio. Si del precio de compra del edificio desglosamos su coste de construcción, según el lugar donde esté el edificio y por consiguiente el precio del suelo, resulta que el coste de construcción del edificio puede que represente menos del 50 % del precio de venta del edificio; por lo tanto puede representar menos del 12.5 % del coste total del edificio.

Por otro lado resulta que los costes de mantenimiento del edificio durante su dilatada vida útil tiene una gran importancia, pudiendo llegar al 75 % del coste total del edifico. Por lo tanto, al proyectar el edificio deberíamos tener en cuenta el consumo de energía, puesto que el coste de tomar medidas de sostenibilidad en el momento de la construcción es pequeño comparado con el coste de mantenimiento de las instalaciones durante la vida útil del edificio, puesto que este coste incrementa solamente el coste de construcción del edificio que, como acabamos de decir, puede representar menos del 12,5 % del coste total del inmueble.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios El coste total del edificio corre a cargo del propietario o usuario, pero este es el coste monetario, pero si consideramos como coste las agresiones al medio ambiente, la cuales deben ser contrarrestadas por toda la sociedad, hay también un coste que podemos llamar social, porque lo tendrá que asumir la sociedad en conjunto.

Así pues, para construir un edificio se tienen que utilizar recursos de la naturaleza que se utilizarán durante la vida útil del edificio y a su término se devolverán a naturaleza en forma de residuos que atacan la naturaleza, lo cual representa un coste para la sociedad.

Para transformar los productos de la naturaleza en materiales utilizables para construir edificios es necesario utilizar energía. Muchas veces esta energía se obtiene de las energías fósiles, con lo que se produce una dependencia de nuestra sociedad de la importación de estas energías del exterior y, además, su combustión produce anhídrido carbónico que va a la atmósfera aumentando la temperatura del planeta.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios Para construir un edificio, tanto en la elaboración de los productos que sirven de base como en la propia construcción, se utiliza gran cantidad de agua, así como durante la vida útil del edificio. Éste es un bien que cada vez es mas escaso y que lo será más en el futuro.

Para el funcionamiento del edificio se necesita energía en forma de electricidad, gasoil, gas, etc. Para la producción de electricidad se utilizan, en una proporción importante, energías fósiles, como son el gas y el gasoil. Todas estas actividades producen anhídrido carbónico que va a la atmósfera y aumenta el riesgo del efecto invernadero como hemos dicho más arriba. Por otro lado, el desequilibrio de la balanza de pagos de un estado es un coste que tiene que asumir la sociedad. De la misma forma debemos considerar que las agresiones al medio ambiente es y será un coste que deberemos asumir toda la humanidad. Pero aunque estos costes sean de la sociedad y no tengamos que pagarlos directamente nosotros no son menos importantes, puesto que de una u otra forma los tendremos que asumir todos, tarde o temprano.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.1 El coste de los edificios

Planteadas estas reflexiones cabe preguntarnos cuáles son las soluciones para evitar estos costes, tanto del usuario como de la sociedad. La respuesta debe estar en que los edificios deben diseñarse, construirse, utilizarse, mantenerse y desconstruirse con criterios de sostenibilidad.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad En primer lugar, tenemos que definir qué entendemos por sostenibilidad, y para ello debemos definir primero “medio ambiente”. Si buscamos su definición en un diccionario veremos que es “el conjunto de elementos objetivos (calidad del aire, del agua, cantidad de ruido, etc) y subjetivos (belleza de un paisaje, calidad de un lugar, etc) que constituyen las circunstancias de un individuo”. Si lo intentamos expresar de otra forma sería la relación de un individuo con el entorno en el que vive.

Según el diccionario el significado de sostenible es “aquello que se puede sostener”; y si buscamos el significado sostener encontraremos que es “soportar, resistir los efectos de algo”. Así pues, la definición de sostenibilidad sería: “la capacidad de que el individuo pueda vivir en su entorno sin que sus acciones degraden el medio ambiente” y, por lo tanto, la acción del individuo pueda sostenerse en el tiempo.

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad Así pues, para que las acciones del hombre cumplan con el criterio de sostenibilidad, deberemos seguir un protocolo teniendo en cuenta las siguientes variables y combinándolas convenientemente para que den el mejor resultado posible: 1.

Utilizar el mínimo de recursos naturales.

1.

Utilizar materiales que estén en el entorno próximo, para evitar el transporte.

1.

Utilizar materiales que tengan un proceso de transformación sencillo, es decir, que requieran poca energía y agua para su transformación, y produzcan el mínimo de materiales de desecho.

1.

Utilizar la mínima energía posible en el proceso.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad

5.

Utilizar energías renovables frente a las fósiles.

5.

Utilizar la mínima agua posible y reutilizarla si es posible.

5.

Utilizar materiales que tengan un reciclage fácil al final de su vida útil, es decir, que puedan reutilizarse con facilidad.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad En definitiva, estamos pidiendo que seamos eficientes en los procesos que realicemos, con la finalidad de que nuestra actividad sea sostenible no sólo desde el punto de vista económico, sino también desde el punto de vista ecológico. Si aplicamos estos criterios en la construcción de edificios y más concretamente en la construcción de viviendas, las operaciones a tener en cuenta serán: 1.

Utilizar materiales que sean del entorno próximo al de la situación de la edificación.

1.

Utilizar materiales que para su transformación consuman poca energía.

1.

Utilizar sistemas constructivos que necesiten el consumo de poca energía o recursos.

1.

Diseñar el edificio de forma que sea eficiente desde el punto de vista energético, es decir que necesite poca energía para su mantenimiento.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad

5.

Prever la utilización de energías renovables para el consumo del edificio.

5.

Utilizar la técnica para ahorrar energía, prestaciones de comodidad para los usuarios.

5.

Diseñar el edificio utilizando sistemas constructivos que tengan mantenimiento sencillo y que consuman pocos recursos y poca energía.

5.

Diseñar los elementos del edificio de forma que al final de su vida útil se puedan reciclar sus componentes, o incluso algunos puedan reutilizarse.

manteniendo

unas

buenas un

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad Para conseguir estos objetivos debemos diseñar nuestros edificios escogiendo convenientemente los materiales más adecuados, buscar formas que para mantener las condiciones de confort consuman poca energía y que a la vez puedan aprovechar de forma natural la energía solar mediante sistemas pasivos; de esta forma conseguiremos que nuestro diseño sea eficiente, para que la aportación adicional de energía sea la menor posible.

Debemos prever utilizar energías renovables frente a las no renovables. Debemos utilizar la técnica para mantener dentro de estas premisas el consumo de energía durante su utilización aprovechando la domótica. En el mantenimiento y reparación del edificio deberemos tener en cuenta estos mismos principios. Y al final de la vida útil debemos desconstruir el edificio para que la mayoría de los materiales sean reutilizables y los que no lo sean se puedan reciclar de forma que el residuo que se devuelve a la naturaleza sea mínimo.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.1.2 Criterios de sostenibilidad Éste capítulo, pues, pretende cubrir este ámbito, con los siguientes temas: 

Diseño eficiente del edificio, materiales de bajo consumo energético y agua.



Aislamiento térmico.



Ahorro de agua y separación de residuos.



Energía solar térmica.



Energía solar fotovoltaica.



Otras energías renovables.



Domótica.



Desconstrucción, reciclage de residuos.



Mantenimiento del edificio.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Es evidente que estamos hablando de Medio Ambiente y de conseguir no degradarlo. Éste es el objetivo final de lo que hemos expuesto, es el coste que queremos evitar, puesto que esta factura quizá no sea pagada sólo con dinero, a la vez que tampoco sabemos exactamente su coste. Si me permitís un símil, sería como aquel incauto que entrara en un hotel lujoso y no reparara en consumiciones sin preocuparse de su precio, hasta el día en que le pasaran la factura y viera horrorizado que no tiene dinero suficiente, ni posibilidad de conseguirlo, para pagar la factura.

La revolución industrial que pasó del XIX al siglo XX, consideraba que el desarrollo tecnológico no tenia límite. Y nadie se preocupó de ello hasta que en los años 70 estalló la primera crisis del petróleo que evidenció que toda la economía mundial estaba basada en una energía no renovable y, por lo tanto, el desarrollo tecnológico y la economía tenían un límite, que era la propia naturaleza. Quedó patente que no se podía continuar creciendo sin tener en cuenta el medio ambiente, puesto que éste es limitado e insustituible.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Es en este momento que surgió el concepto de medio ambiente y de sostenibilidad tal como lo entendemos hoy y lo hemos expresado más arriba. Aunque puede tener lecturas muy diferentes, la Directiva 83/337 CEE sobre los estudios de impacto ambiental precisa que el medio ambiente comprende el hombre, la fauna, la flora, el suelo, el agua, el aire, el clima y el paisaje y sus interacciones. Es a partir de este concepto y de que las acciones del hombre llegan a tal envergadura que modifican las condiciones del medio ambiente, que aparece la necesidad de preservarlo y evitar su modificación.

Este cambio en el enfoque del derecho internacional sobre la protección del medio ambiente, surgió de la declaración de la conferencia de las Naciones Unidas sobre el medio humano, que se celebró en Estocolmo en el año 1972. En este mismo año se creó el programa de las Naciones Unidas para el medio ambiente.

El 22 de noviembre de 1973 veía la luz el primer programa de acción de las Comunidades Europeas en materia de medio ambiente. Pero no es hasta junio del 1983, en el marco de la segunda crisis del petróleo, que los jefes de estado y de gobierno del Consejo Europeo firmaron en Stuttgart la declaración sobre la UE que, entre sus objetivos, incluía una mayor cooperación a nivel comunitario en la lucha contra la contaminación.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Los esfuerzos dirigidos a conseguir textos legales que obligaran a tomar medidas de protección del medio ambiente a los estados miembros de la Comunidad Europea, no dieron fruto hasta el año 1987, que se proclamó año europeo del medio ambiente. Fue a partir de este año que el proceso de reforma dentro de la Unión Europea se aceleró. Así, en la conferencia intergubernamental que se reunió por primera vez en Luxemburgo en septiembre de 1985 y terminó en Bruselas en febrero de 1986 con la firma del Acta Única Europea, se incluía un título íntegramente dedicado a la protección del medio ambiente.

En 1989 se firmó en Frankfurt la carta Europea del medio ambiente en la que, en el capítulo de principios de política general de la Comunidad, indicaba que las nuevas políticas, tecnologías y desarrollos deberían evaluar previamente su impacto sobre el medio ambiente y la salud, debiendo demostrar que no son dañinas ni para la salud ni para el medio ambiente.

También han tenido repercusión, en el quinto programa comunitario de política y actuación en materia de medio ambiente, los criterios expuestos en la conferencia de Naciones Unidas sobre el medio ambiente y desarrollo celebrada en Rio de Janeiro en 1992.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Para evaluar el posible impacto que sobre el medio ambiente y la salud, se utiliza el Estudio de Impacto Ambiental (EIA) que se presenta a la administración para su evaluación, en los proyectos de aquellas actividades humanas suficientemente grandes para que puedan afectar al medio ambiente. La administración, con la Declaración de Impacto Ambiental, acepta el Estudio de Impacto Ambiental, lo rechaza, o bien lo corrige parcialmente.

La directiva 85/337 CEE que regula estas figuras de la EIA, fue traspuesta al derecho Español en el DR 1131/88. A lo largo de estos años la lista de obras en las que se exige este proceso ha aumentado considerablemente, y sobre éste tema no sólo ha legislado el Estado Central, sino que también lo han hecho las CCAA.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Residuos.

Otra de las agresiones a este medio ambiente es la generación de todo tipo de residuos que se produce en cualquier operación, y la CE también cree que se debe actuar en este campo. Si buscamos la definición de residuo en un diccionario, entre otras, encontraremos la siguiente: “materiales que quedan como inservibles en cualquier trabajo u operación”. En cualquier operación pueden quedar dos tipos de residuos: los desechos, que son los materiales inservibles y los restos o residuos propiamente dichos, a los cuales se les supone una capacidad para reciclarse o transformarse en otro producto útil.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente La Unión Europea ha creado 5 programas de actuación sobre residuos: 1.

2.

El primero fue el de 1973 hasta 1976. Creó la línea comunitaria en gestión de residuos para resolver: 

La eliminación de residuos.



Las distorsiones de competencias.

El segundo programa duró de 1977 a 1981 y el tercer programa de 1982 a 1986; en estos programas se definen la grandes líneas en política comunitaria de gestión de residuos que son : 

La prevención de la producción de residuos.



El reciclado y la reutilización de residuos.



La eliminación de los residuos no recuperables Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente 4.

5.

El cuarto programa va de 1981 a 1992 y confirma la triple orientación y se concreta en : 

Tecnologías limpias.



Productos limpios.

El cuarto programa va de 1981 a 1992 y confirma la triple orientación y se concreta en : 

Mantenimiento.



Acción preventiva



Responsabilidad compartida



En 1993 recomienda, en relación directa a la gestión de residuos; “el concepto de control del ciclo biológico de los productos y procesos más económicos”.



Proyecto de residuos prioritarios Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente En cuanto a las principales directivas sobre residuos del Consejo CEE, citaremos: 

Directiva 75/442/CEE. Es la directiva estructural para la política del residuo en Europa. Contiene la terminología y las definiciones para la gestión de los residuos en la Unión Europea.



Directiva 91/156/CEE. Modifica la Directiva 75/442/CEE, estableciendo unos objetivos para la gestión de los residuos.



Directiva 91/689/CEE. Relativa a Residuos peligrosos, substituye a la Directiva 78/319/CEE. Su importancia en el sector de la construcción es muy acotada.

Se enumeran y definen las características que presentan los residuos peligrosos.

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente



Decisión del Consejo 94/904/CEE. En cumplimiento de la Directiva 91/689/CEE establece una lista de residuos peligrosos. El único tipo de residuo peligroso de construcción y demolición es el identificado en la sección 170000 del CER (Residuo 170601 – Materiales de aislamiento que contienen amianto).



Decisión del Consejo 94/3/CEE. Se establece una lista de residuos conocida como CER, los de Construcción y Desconstrucción incluyendo obras de carretera, sección 170000.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente Con estos programas y Directivas, se ha creado la estrategia comunitaria para la gestión de residuos, la cual se fundamenta en cuatro grandes pilares: 1.

Estrategia preventiva, ésta se contempla en dos fases, la primera en el momento de fabricar los productos desarrollando tecnologías limpias y la segunda en la utilización de los productos, utilizando productos que generen menos residuos.

2.

Aprovechamiento del residuo, que puede realizarse mediante la reutilización, el reciclado, la recuperación de materia prima o de la transformación en energía.

3.

La optimización de la eliminación final: el destino a vertedero debe considerarse como última solución para la gestión de los residuos, con el fin de reducir el volumen y la posible nocividad.

4.

Acción reparadora de la contaminación del suelo: significa contribuir con actividades de investigación y desarrollo de técnicas para la identificación de emplazamientos que requieran descontaminación y rehabilitación.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente La gestion de residuos en españa El R.D 1163/86 establece un régimen jurídico para la ordenación y vigilancia de la recogida de basuras, en orden a la protección del medio ambiente y a su aprovechamiento.

La ley 20/86 traspone al Derecho Español la directiva 78/319/CEE. y, de acuerdo con la disposición adicional primera de ésta Ley, el 20 de julio de 1988 se aprueba el reglamento de aplicación, que es el R.D. 833/88, que fue modificado por el R.D. 952/97.

Posteriormente se ha completado esta regulación con la promulgación de diversas órdenes que trasponen las restantes Directivas sobre la gestión de determinados tipos de residuos peligrosos.

Las leyes en que se basa la gestión de residuos en España son la ya citada Ley 20/86, que regula la gestión de los residuos peligrosos, y la Ley 10/98, de residuos, que traspone a nuestro derecho la Directiva 91/156/CEE.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente

La Ley 10/98 regula diferentes acciones: 

Hace referencia al proceso constructivo o de demolición.



Atribuye competencias para la gestión de los residuos.

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A.2 Evolución de la normativa sobre Medio Ambiente La gestión de los residuos en la ccaa de cataluña En la CCAA de Cataluña se estableció una legislación propia desde 1983, en materia de gestión de residuos, aplicando durante todo este tiempo diferentes normativas que han bebido de las fuentes de las Directivas Europeas, haciendo una política decidida en este campo.

Por lo que respecta a la construcción ha establecido la siguiente legislación: 

La Ley 6/93 regula los residuos en Cataluña.



El decreto 201/94 regula las demoliciones y otros residuos de la construcción.



El Decreto 34/96 aprueba el Catálogo de residuos en Cataluña, modificado por el Decreto 92/99 sobre procedimientos de gestión de residuos.

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Ordenada económica de rotación de la gestión de residuos de la edificación SERVICIO MÁS CONTROL DE LA GESTIÓ DE LOS RESIDUOS

para

CONSTRUIR para

DESCONSTRUIR

REHABILITAR MANTENIMIENTO

PRODUCCIÓN DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

para

RECICLAR Y REGENERAR LOS RESIDUOS

SERVICIO MÁS CONTROL DE LA GESTIÓ DE LOS RESIDUOS

RECURSOS NATURALES

ADMINISTRACIÓN REGULACIÓN + CONTROL PROGRAMACIÓN + GESTIÓN

AGUAS RESIDUALES GASES Y RESIDUOS

NATURALEZA Y MEDIO AMBIENTE 1786

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B. Bibliografía ANÁLISIS DEL RÉGIMEN JURÍDICO DEL PROCESO CONSTRUCTIVO DE LA EDIFICACIÓN. AUTOR: JOSEP CASTELLANO I COSTA 2000 EDITA:

COL·LEGI D’APARELLADORS I ARQUITECTES TÈCNICS DE GIRONA COLEGIO DE APAREJADORES Y ARQUITECTOS TÉCNICOS DE MÁLAGA

UE, COMISIÓN EUROPEA, HACIA UN DESARROLLO SOSTENIBLE. LUXEMBURGO: OFICINA DE COMUNIDADES EUROPEAS, 1997

PUBLICACIONES

OFICIALES

DE

LAS

Medio Ambiente,Tema I, Introducción

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Capitulo V. Medio Ambiente

Tema II LA ENERGIA SOLAR TERMICA

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A. Un lucero en el firmamento Vivimos en el planeta Tierra, tercer planeta del sistema Solar, que está dentro de la galaxia llamada Vía Láctea, la cual está a muchos años luz de la galaxia más próxima. Las medidas de la galaxia ya son descomunales de por si, puesto que su diámetro se estima en unos 100.000 años luz. Su forma es como un disco lenticular bastante plano, más grueso en el centro y más fino en los extremos, de manera que el grosor del disco en la parte central se calcula en unos 13.000 años luz. Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año y se calcula en 9.463.000.000.000 Km. Nuestro Sol está situado dentro de la Vía Láctea, a una distancia no muy alejada del plano ecuatorial, 26 años luz, pero sí bastante alejado del centro de la galaxia, se calcula en unos 26.750 años luz. La densidad de estrellas dentro de la Vía Láctea es de una estrella cada siete años luz..

Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

1789

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A. Un lucero en el firmamento He querido recordar estos datos astronómicos para resaltar que estamos solos con nuestro Sol, que aunque nos separan 149.600.000 Km. De él, no son más que unos 8 minutos luz.

Reconozco que es muy difícil hacernos una idea de estas distancias, pero mi objetivo es que nos situemos en nuestro verdadero punto de vista y veamos que estamos pegados a nuestro Sol si lo comparamos con la distancia que nos separan de cualquier otro objeto estelar fuera de nuestro sistema solar, y con esto pretendo resaltar que toda la energía sólo nos puede venir del Sol, pues la inmensa distancia que nos separa del resto de las estrellas hace que su aporte sea totalmente despreciable

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A. Un lucero en el firmamento Hablemos pues del Sol y, a riesgo de hacerme pesado, permitidme que os recuerde unos cuantos datos: 

El diámetro del Sol es de 1.392.000 Km. Si tenemos en cuenta que nuestro planeta tiene unos 12.500 Km. de diámetro podremos deducir que en un diámetro del Sol cabrían unas 110 Tierras puestas una al lado de la otra.



El volumen del Sol equivale a 1.301.200 veces el de la Tierra.



Su superficie es 11.900 veces la de la Tierra.



Su masa son 1.992 cuatrillones de toneladas, lo que equivale a 333.432 veces la de la Tierra.



Su temperatura interior se calcula en 14.000.000 grados centígrados.

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A. Un lucero en el firmamento



Su temperatura superficial es de 6.000 grados centígrados.



Su brillo es de 240.000 bujías por cm2.



La energía radiada es de 90.000 CV por m2.



El tiempo que tarda la luz del Sol en llegar a la Tierra es de 8 minutos y 19 segundos.

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A. Un lucero en el firmamento

Tenemos pues este poderoso foco de energía a nuestro alcance todo el día y cada uno de los 365 días del año. Aunque al Sol se le calcula una edad de 5.200 millones de años, no debemos temer por su vida, puesto que los astrónomos han calculado que el tiempo probable durante el cual el Sol siga emitiendo la energía actual es de 7.000 a 10.000 millones de años más.

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A. Un lucero en el firmamento Si observamos la naturaleza y analizamos las fuentes de energía que mueven el mundo nos daremos cuenta que la mayoría tienen su origen en el sol: 

Los vientos que se originan en la atmósfera se originan por el calentamiento de las masas de aire producido por la irradiación del sol, que por las diferencias de temperatura generadas de un lugar a otro produce movimientos ascendentes de aire, lo cual provoca corrientes en superficie y en altura. El movimiento de las borrascas y de los anticiclones también tiene su origen en el calor del sol. De la misma forma el sol evapora el agua del mar produciendo vapor de agua en la atmósfera, el cual se condensa al encontrar masas de aire mas frías y produce las nubes y la lluvia. Por lo tanto podemos decir que el motor de todos los fenómenos meteorológicos es el sol

Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

1794

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A. Un lucero en el firmamento 

Las plantas producen los elementos necesarios para su crecimiento y para su respiración por la acción de la fotosíntesis, con la única aportación de energía del sol. Así tanto en el mar como sobre tierra firme, las plantas son el principio de la cadena que permite la vida animal, puesto que los animales herbívoros se alimentan de las plantas, los carnívoros de otros animales y los omnívoros de plantas y animales. No hay otra fuente de energía que permita vivir a las plantas ni a los animales.



Incluso la energía que extraemos del carbón, del gas natural y del petróleo es energía que proviene del sol, puesto que es energía que ha aportado el sol, almacenada en tejidos de plantas y animales que han vivido sobre la tierra hace millones de años y que se han transformado en éstos productos, los cuales han conservado parte de la energía del sol en forma de compuestos químicos, los cuales por combustión pueden liberar esta energía fósil.

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A. Un lucero en el firmamento Sin embargo hay energía que no proviene del Sol. Existen excepciones, como la energía de los movimientos de la propia Tierra, las fuerzas internas de nuestro planeta que generan los volcanes y terremotos y la energía atómica. Sin embargo la energía de los volcanes y de los terremotos no la podemos aprovechar, excepción hecha de la energía geotérmica aprovechable en algunas zonas de nuestro planeta. La energía atómica tiene, hoy por hoy, riesgos muy importantes que hacen desaconsejable su utilización de forma masiva.

El desarrollo tan espectacular de nuestra sociedad en el siglo XIX y XX ha sido posible utilizando de forma cada vez más la energía fósil almacenada bajo el suelo en forma de carbón, gas y petróleo, pero esta fuente de energía es limitada, por lo que tarde o temprano se agotará, por muy importantes que ahora nos parezcan las fuentes existentes.

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A. Un lucero en el firmamento Posiblemente no haya una única solución a éste problema, posiblemente deberemos utilizar diferentes fuentes de energía, diversificando al máximo su procedencia y, seguramente, deberemos aprender a utilizar energía de forma eficiente, gastando solamente la que sea necesaria, sin desperdiciarla.

Una de las energías más abundante, segura y constante que nos llega cada día a nuestro planeta es la que proviene de nuestro sol, tal como hemos visto anteriormente.

Quizá pues, es hora que aprendamos de la naturaleza y seamos capaces de obtener y aprovechar todo lo posible esta inagotable fuente que cada día sale por el este y se oculta por el oeste.

Seguramente deberemos trabajar mucho hasta conseguir este aprovechamiento de forma fácil y eficaz, pero debemos empezar a caminar. Y la forma más fácil de hacerlo, seguramente es mediante el desarrollo de la energía solar térmica, puesto que para aprovecharla no necesita de una tecnología compleja, y está al alcance de la mayoría.

Vamos pues a exponer esta técnica tal como está desarrollada hasta hoy

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A. Un lucero en el firmamento Formas de captación de energía solar

SOL Energía solar directa Captación térmica ACTIVA

Energía solar indirecta

Captación fotónica Captación fotoquímica

Células solares

Viento Olas Hidráulica Etc. Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

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B. Energía solar térmica pasiva La energía solar pasiva es una forma de aprovechamiento directa de la energía solar, que consiste en diseñar los edificios de forma que por su disposición, orientación, forma, materiales, etc, sean capaces de captar, acumular y distribuir la energía solar incidente sobre el edificio, utilizando los elementos de piel del edificio para captar la energía, la masa de los elementos constructivos para acumular la energía y finalmente, aprovechando la ventilación por convección para distribuirla.

Su rendimiento es bajo y generalmente no suele ser suficiente para conseguir el confort buscado, pero tiene la ventaja de que una vez diseñado y construido el edificio, sus sistemas tienen la misma duración que el edificio porque forma parte del mismo, no tienen costes de mantenimiento (están incluidos en los costes de mantenimiento del edificio) y no necesitan de un sistema de control puesto que funcionan, generalmente, solos. Además, tienen la ventaja que toda la energía captada por este procedimiento la ahorramos del sistema activo que tenga el edificio, por lo que siempre representan un ahorro de energía necesaria para el acondicionamiento térmico del edificio.

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1799

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B. Energía solar térmica pasiva

De esta forma nace el concepto de Arquitectura Bioclimática, con el objetivo de conseguir edificios que ahorren energía convencional manteniendo el confort exigido por los individuos que lo habitan.

Para conseguir este objetivo estableceremos una serie de estrategias que aprovechen de la mejor forma posible las condiciones del entorno (radiación solar, dirección dominante de los vientos, etc)

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1800

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B. Energía solar térmica pasiva Tipo de construcción.

Según el tipo de clima con el que nos encontremos, en general estarán indicados diferentes tipos de construcción. Así pues, en un clima seco y cálido las casas deben ser de construcción pesada y con gran inercia térmica, tener las aberturas pequeñas, pintar las casas de color blanco, buscar zonas de sombra, construir calles estrechas y abiertas a los vientos dominantes. En climas cálidos pero muy húmedos, en cambio la estructura de las casas debe ser ligera y con poca inercia térmica. Mientras que en climas fríos, conviene reducir las pérdidas, y por tanto conviene construir casas compactas bien aisladas con ventanas grandes en la cara sur y pequeñas aberturas en la cara norte. Por último, en climas templados conviene disponer las casas en dirección este-oeste y que la planta del edificio sea en forma de U, X, T, o H, para conseguir que las prolongaciones del edificio actúen disipando el calor excedente.

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1801

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B. Energía solar térmica pasiva La arquitectura tradicional está plagada de ejemplos de este tipo de elementos que, de forma más o menos intuitiva, se han ido utilizando hasta consagrarse como un tipo determinado de construcción. Podemos citar el famoso patio andaluz, las casas encaladas de todo el levante y sur de España o, en otro clima muy diferente, la casa típica de los climas fríos del Pirineo, con sus tejados de gran pendiente, utilizando pizarra para protegerse de las abundantes nevadas, con grandes aleros para proteger las fachadas, sus pequeñas aberturas al exterior etc.

Desde siempre, se ha construido de acuerdo con las condiciones del clima de cada zona. Ha sido recientemente que debido a los avances tecnológicos en materiales y a la utilización masiva de energía se han podido diseñar edificios despreciando el consumo energético para garantizar el confort interior, derrochando energía.

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B. Energía solar térmica pasiva

Los principales sistemas que nos permiten aprovechar la energía solar pasiva son los que describimos a continuación: Efecto invernadero.

Un invernadero es un espacio cerrado por paredes y techo de cristal en toda su superficie o en parte importante de la misma y, a pesar de no estar aislado, consigue mantener una temperatura superior a su entorno gracias a la propiedad que explicaremos a continuación:

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1803

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B. Energía solar térmica pasiva La mayor parte de la luz solar, cuando llega a la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera, es de onda corta del orden de 0.25 a 3 micras. Cuando esta radiación pasa a través de un cristal o plástico transparentes calienta los objetos que están al otro lado del cristal, y la mayor parte de la radiación es absorbida por éstos, otra parte es reflejada por los mismos objetos; la luz reflejada ha cambiado de longitud de onda, siendo ahora de onda larga, del orden de 100 micras; el cristal y el plástico no son transparentes a luz con longitud de onda larga y atrapa dentro del invernadero el calor producido por esta radiación evitando que salga al exterior y se pierda, con lo que se consigue aumentar de forma muy apreciable la temperatura interior del invernadero mientras luce el sol, y evita perder parte del calor durante la noche, minimizando las pérdidas a las de transmisión.

La mayoría de los sistemas de captación térmica se basan en el efecto invernadero.

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1804

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B. Energía solar térmica pasiva Sistema de ganancia directa.Este sistema consiste en orientar al sur un gran ventanal que permita la entrada del sol directamente dentro de las estancias, el calor se acumula en los suelos que deben estar construidos con materiales de gran masa para que hagan su función de acumuladores de calor. El edificio debe estar convenientemente aislado en el tejado y por las otras fachadas de forma que el calor ganado por la insolación directa no se pierda por otros lugares. Este sistema precisa de un sistema de control de la radiación incidente sobre el gran ventanal, para evitar que entre excesivo calor en verano y a la vez debe disponer de un doble acristalamiento para evitar excesivas pérdidas en invierno o por la noche.

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1805

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Sistema de ganancia directa.-

B. Energía solar térmica pasiva

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1806

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B. Energía solar térmica pasiva

El sistema del invernadero adosado.Consiste en instalar un invernadero adosado al edificio en cuestión en la fachada sur del edificio y prever unas aberturas en la cara superior e inferior del muro que separa el edificio del invernadero (pueden ser puertas y ventanas), de forma que abriendo y cerrando algunas de éstas aberturas consigamos pasar el calor acumulado en el invernadero al interior del edificio, aumentando la temperatura interior del mismo, y cerrando todas las aberturas cuando la temperatura del edificio sea mayor que la del invernadero, evitando así la pérdida del calor durante la noche.

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1807

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El sistema del invernadero adosado.-

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1808

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B. Energía solar térmica pasiva El Sistema del Muro Trombe.Este sistema, también llamado de muro de inercia, funciona como un invernadero pero utilizando la masa del muro para acumular el calor y no el volumen de aire del invernadero, puesto que éste es mucho más reducido que en un invernadero.

El muro es de gran masa, construido con hormigón o ladrillo macizo para que pueda almacenar gran cantidad de energía, y está orientado al sur. En su cara exterior tendrá un color oscuro para absorber el calor y tendrá una cámara de aire limitada por un cristal exterior. En el muro hay unas aberturas en la parte superior y otras en la parte inferior que comunican con la habitación contigua al muro, y otras en la parte del cristal que comunican la cámara con el exterior.

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1809

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B. Energía solar térmica pasiva El Sistema del Muro Trombe.-

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1810

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B. Energía solar térmica pasiva Durante el día el sol atraviesa el cristal y el aire de la cámara y calienta el muro, el cual por radiación calienta el aire de la cámara; al disminuir de densidad el aire asciende a la parte superior de la cámara y a través de los orificios de la parte superior pasa a la habitación contigua y caldea el aire de la misma. El movimiento del aire caliente provoca una depresión dentro de la cámara succionando aire frío de la habitación por los orificios inferiores del muro, de esta forma se crea una corriente de aire que a medida que va calentándose va entrando en la habitación. Por la noche deben cerrarse los orificios para que no haya movimiento de aire entre la cámara y la habitación puesto que el efecto sería el inverso y cederíamos calor al exterior. A pesar de ello, el muro ha aumentado de temperatura y transfiere la energía por radiación a la habitación del lado durante la noche.

En verano también puede utilizarse para producir una ventilación del edificio, cerrando las aberturas superiores del muro y abriendo las de la parte superior del cristal que comuniquen la cámara con el exterior. El sol del verano calienta la cámara, el aire caliente sube a la parte superior y sale al exterior a través de las aberturas del cristal, esto provoca una succión en la cámara arrastrando el aire inferior de la habitación contigua, si tenemos abierta una abertura en la cara norte donde el aire es mas fresco, crearemos una corriente de aire fresco desde la cara norte del edificio a la cara sur ventilando y refrescando el edificio.

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1811

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B. Energía solar térmica pasiva

En caso de no querer provocar esta corriente, para que el muro no aporte calor excesivo en verano, se deben cerrar todas las aberturas en el muro y abrir las aberturas superiores e inferiores del cristal con lo que el aire entra del exterior por las aberturas inferiores, se caldea en el interior de la cámara y sale por las aberturas superiores durante el día, y durante la noche, el aire de la cámara lo calienta el muro, el cual también sale al exterior por las aberturas superiores del cristal.

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B. Energía solar térmica pasiva Sistema de captación retardada.Se llama así porque se basa solamente en este efecto; así pues, el sistema consiste en que durante las horas de sol se expongan al mismo grandes masas de un sólido o líquido utilizando las paredes o el techo del edificio, para que el calor acumulado en la masa sea cedido de forma retardada por la noche al interior del edificio, evitando la pérdida de este calor al exterior mediante la cubrición de la cara exterior con un material aislante en las horas en que no luce el sol.

Para este sistema se pueden utilizar muros exteriores o forjados de hormigón, y en caso de utilizar agua, se pueden utilizar bidones en las paredes y grandes bolsas de plástico negro en la cubierta.

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1813

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B. Energía solar térmica pasiva El mayor inconveniente de este sistema es la necesidad de cubrir con un material aislante las paredes o la cubierta durante las horas que no hay insolación de forma fácil y efectiva.

Sistema de captación retardada Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

1814

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B. Energía solar térmica pasiva Elementos para controlar la radiación solar Básicamente son los voladizos, los toldos, los postigos en las ventanas, las persianas exteriores, las cortinas e incluso mecanismos más sofisticados como los párpados de cielo.

Para que los voladizos ejerzan su control, debe diseñarse su posición y longitud para que dejen pasar el sol en invierno cuando está bajo sobre el horizonte, mientras que impida que entre durante el verano, que es cuando está alto sobre el horizonte. El toldo tiene la misma función pero tiene la ventaja de que puede moverse a voluntad y por lo tanto es más versátil. Lo mismo pasa con los postigos, las persianas y las cortinas que se abren o cierran a voluntad del usuario.

Los párpados de cielo son persianas que son capaces de moverse con sólo la aparición del sol mediante un mecanismo basado en el cambio de estado de un fluido de bajo punto de ebullición.

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1815

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B. Energía solar térmica pasiva Elementos para controlar la radiación solar

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1816

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B. Energía solar térmica pasiva Ventajas e inconvenientes.

Ventajas: 

Los sistemas de captación indirecta que hemos expuesto tienen ventajas sobre los de captación directa porque proporcionan la mayor parte del calor al edificio durante la noche, que es cuando más lo necesita el edificio y permiten un mayor control de la energía ganada por el edificio.



Pueden actuar aportando calor en invierno y refrigerando el edificio en verano.



Al no incidir los rayos del sol directamente dentro del edificio se evita el problema de la decoloración de los objetos.



Cuando éstos sistemas se aplican a las cubiertas, no es necesario una orientación especial del edificio, con lo que se gana en libertad de diseño tanto exterior como de distribución interior.

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1817

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B. Energía solar térmica pasiva inconvenientes. 

Los muros obligan a su orientación Sur y suelen ser más caros que otros sistemas de captación pasiva.



Las pérdidas en los muros suelen ser altas y su aislamiento caro y de difícil manipulación.



Los muros ocupan espacio habitable y dificultan la apertura de ventanas al exterior.

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1818

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B. Energía solar térmica pasiva Valoración económica de los edificios bioclimáticos Hay que diseñar el edificio con sistemas de captación pasivos desde el inicio de la concepción del edificio para que su coste esté dentro de unos parámetros aceptables.

Teniendo en cuenta el aporte de los sistemas pasivos, podremos dimensionar la calefacción más pequeña, puesto que deberá aportar menos calor para mantener el mismo confort interior.

Algunos autores valoran el sobre coste de construcción debido a los sistemas pasivos de un 10 a un 15 % del coste de construcción (que no del precio de venta) de un edificio tradicional. Si consideramos el ahorro en el costo por una calefacción activa más pequeña y calculamos el ahorro que se producirá año tras año en la factura de la energía necesaria en la calefacción activa, veremos que no es difícil amortizar éste coste adicional del que hablábamos.

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1819

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C. Energía solar térmica pasiva La energía solar pasiva es una forma de aprovechamiento directa de la energía solar, que consiste en diseñar los edificios de forma que por su disposición, orientación, forma, materiales, etc, sean capaces de captar, acumular y distribuir la energía solar incidente sobre el edificio, utilizando los elementos de piel del edificio para captar la energía, la masa de los elementos constructivos para acumular la energía y finalmente, aprovechando la ventilación por convección para distribuirla.

Su rendimiento es bajo y generalmente no suele ser suficiente para conseguir el confort buscado, pero tiene la ventaja de que una vez diseñado y construido el edificio, sus sistemas tienen la misma duración que el edificio porque forma parte del mismo, no tienen costes de mantenimiento (están incluidos en los costes de mantenimiento del edificio) y no necesitan de un sistema de control puesto que funcionan, generalmente, solos. Además, tienen la ventaja que toda la energía captada por este procedimiento la ahorramos del sistema activo que tenga el edificio, por lo que siempre representan un ahorro de energía necesaria para el acondicionamiento térmico del edificio.

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1820

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C. Energía solar térmica pasiva

De esta forma nace el concepto de Arquitectura Bioclimática, con el objetivo de conseguir edificios que ahorren energía convencional manteniendo el confort exigido por los individuos que lo habitan.

Para conseguir este objetivo estableceremos una serie de estrategias que aprovechen de la mejor forma posible las condiciones del entorno (radiación solar, dirección dominante de los vientos, etc)

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1821

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C. Energía solar térmica pasiva Tipo de construcción.

Según el tipo de clima con el que nos encontremos, en general estarán indicados diferentes tipos de construcción. Así pues, en un clima seco y cálido las casas deben ser de construcción pesada y con gran inercia térmica, tener las aberturas pequeñas, pintar las casas de color blanco, buscar zonas de sombra, construir calles estrechas y abiertas a los vientos dominantes. En climas cálidos pero muy húmedos, en cambio la estructura de las casas debe ser ligera y con poca inercia térmica. Mientras que en climas fríos, conviene reducir las pérdidas, y por tanto conviene construir casas compactas bien aisladas con ventanas grandes en la cara sur y pequeñas aberturas en la cara norte. Por último, en climas templados conviene disponer las casas en dirección este-oeste y que la planta del edificio sea en forma de U, X, T, o H, para conseguir que las prolongaciones del edificio actúen disipando el calor excedente.

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1822

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C. Energía solar térmica pasiva La arquitectura tradicional está plagada de ejemplos de este tipo de elementos que, de forma más o menos intuitiva, se han ido utilizando hasta consagrarse como un tipo determinado de construcción. Podemos citar el famoso patio andaluz, las casas encaladas de todo el levante y sur de España o, en otro clima muy diferente, la casa típica de los climas fríos del Pirineo, con sus tejados de gran pendiente, utilizando pizarra para protegerse de las abundantes nevadas, con grandes aleros para proteger las fachadas, sus pequeñas aberturas al exterior etc.

Desde siempre, se ha construido de acuerdo con las condiciones del clima de cada zona. Ha sido recientemente que debido a los avances tecnológicos en materiales y a la utilización masiva de energía se han podido diseñar edificios despreciando el consumo energético para garantizar el confort interior, derrochando energía.

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1823

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C. Energía solar térmica pasiva

Los principales sistemas que nos permiten aprovechar la energía solar pasiva son los que describimos a continuación: Efecto invernadero.

Un invernadero es un espacio cerrado por paredes y techo de cristal en toda su superficie o en parte importante de la misma y, a pesar de no estar aislado, consigue mantener una temperatura superior a su entorno gracias a la propiedad que explicaremos a continuación:

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1824

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C. Energía solar térmica pasiva La mayor parte de la luz solar, cuando llega a la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera, es de onda corta del orden de 0.25 a 3 micras. Cuando esta radiación pasa a través de un cristal o plástico transparentes calienta los objetos que están al otro lado del cristal, y la mayor parte de la radiación es absorbida por éstos, otra parte es reflejada por los mismos objetos; la luz reflejada ha cambiado de longitud de onda, siendo ahora de onda larga, del orden de 100 micras; el cristal y el plástico no son transparentes a luz con longitud de onda larga y atrapa dentro del invernadero el calor producido por esta radiación evitando que salga al exterior y se pierda, con lo que se consigue aumentar de forma muy apreciable la temperatura interior del invernadero mientras luce el sol, y evita perder parte del calor durante la noche, minimizando las pérdidas a las de transmisión.

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C. Energía solar térmica pasiva La mayoría de los sistemas de captación térmica se basan en el efecto invernadero.

Sistema de ganancia directa.Este sistema consiste en orientar al sur un gran ventanal que permita la entrada del sol directamente dentro de las estancias, el calor se acumula en los suelos que deben estar construidos con materiales de gran masa para que hagan su función de acumuladores de calor. El edificio debe estar convenientemente aislado en el tejado y por las otras fachadas de forma que el calor ganado por la insolación directa no se pierda por otros lugares. Este sistema precisa de un sistema de control de la radiación incidente sobre el gran ventanal, para evitar que entre excesivo calor en verano y a la vez debe disponer de un doble acristalamiento para evitar excesivas pérdidas en invierno o por la noche.

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Sistema de ganancia directa.-

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C. Energía solar térmica pasiva

El sistema del invernadero adosado.Consiste en instalar un invernadero adosado al edificio en cuestión en la fachada sur del edificio y prever unas aberturas en la cara superior e inferior del muro que separa el edificio del invernadero (pueden ser puertas y ventanas), de forma que abriendo y cerrando algunas de éstas aberturas consigamos pasar el calor acumulado en el invernadero al interior del edificio, aumentando la temperatura interior del mismo, y cerrando todas las aberturas cuando la temperatura del edificio sea mayor que la del invernadero, evitando así la pérdida del calor durante la noche.

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1828

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El sistema del invernadero adosado.-

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1829

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C. Energía solar térmica pasiva El Sistema del Muro Trombe.Este sistema, también llamado de muro de inercia, funciona como un invernadero pero utilizando la masa del muro para acumular el calor y no el volumen de aire del invernadero, puesto que éste es mucho más reducido que en un invernadero.

El muro es de gran masa, construido con hormigón o ladrillo macizo para que pueda almacenar gran cantidad de energía, y está orientado al sur. En su cara exterior tendrá un color oscuro para absorber el calor y tendrá una cámara de aire limitada por un cristal exterior. En el muro hay unas aberturas en la parte superior y otras en la parte inferior que comunican con la habitación contigua al muro, y otras en la parte del cristal que comunican la cámara con el exterior.

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C. Energía solar térmica pasiva El Sistema del Muro Trombe.-

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C. Energía solar térmica pasiva Durante el día el sol atraviesa el cristal y el aire de la cámara y calienta el muro, el cual por radiación calienta el aire de la cámara; al disminuir de densidad el aire asciende a la parte superior de la cámara y a través de los orificios de la parte superior pasa a la habitación contigua y caldea el aire de la misma. El movimiento del aire caliente provoca una depresión dentro de la cámara succionando aire frío de la habitación por los orificios inferiores del muro, de esta forma se crea una corriente de aire que a medida que va calentándose va entrando en la habitación. Por la noche deben cerrarse los orificios para que no haya movimiento de aire entre la cámara y la habitación puesto que el efecto sería el inverso y cederíamos calor al exterior. A pesar de ello, el muro ha aumentado de temperatura y transfiere la energía por radiación a la habitación del lado durante la noche.

En verano también puede utilizarse para producir una ventilación del edificio, cerrando las aberturas superiores del muro y abriendo las de la parte superior del cristal que comuniquen la cámara con el exterior. El sol del verano calienta la cámara, el aire caliente sube a la parte superior y sale al exterior a través de las aberturas del cristal, esto provoca una succión en la cámara arrastrando el aire inferior de la habitación contigua, si tenemos abierta una abertura en la cara norte donde el aire es mas fresco, crearemos una corriente de aire fresco desde la cara norte del edificio a la cara sur ventilando y refrescando el edificio.

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1832

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C. Energía solar térmica pasiva En caso de no querer provocar esta corriente, para que el muro no aporte calor excesivo en verano, se deben cerrar todas las aberturas en el muro y abrir las aberturas superiores e inferiores del cristal con lo que el aire entra del exterior por las aberturas inferiores, se caldea en el interior de la cámara y sale por las aberturas superiores durante el día, y durante la noche, el aire de la cámara lo calienta el muro, el cual también sale al exterior por las aberturas superiores del cristal.

Sistema de captación retardada.Se llama así porque se basa solamente en este efecto; así pues, el sistema consiste en que durante las horas de sol se expongan al mismo grandes masas de un sólido o líquido utilizando las paredes o el techo del edificio, para que el calor acumulado en la masa sea cedido de forma retardada por la noche al interior del edificio, evitando la pérdida de este calor al exterior mediante la cubrición de la cara exterior con un material aislante en las horas en que no luce el sol.

Para este sistema se pueden utilizar muros exteriores o forjados de hormigón, y en caso de utilizar agua, se pueden utilizar bidones en las paredes y grandes bolsas de plástico negro en la cubierta.

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1833

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C. Energía solar térmica pasiva El mayor inconveniente de este sistema es la necesidad de cubrir con un material aislante las paredes o la cubierta durante las horas que no hay insolación de forma fácil y efectiva.

Sistema de captación retardada.Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

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C. Energía solar térmica pasiva Elementos para controlar la radiación solar Básicamente son los voladizos, los toldos, los postigos en las ventanas, las persianas exteriores, las cortinas e incluso mecanismos más sofisticados como los párpados de cielo.

Para que los voladizos ejerzan su control, debe diseñarse su posición y longitud para que dejen pasar el sol en invierno cuando está bajo sobre el horizonte, mientras que impida que entre durante el verano, que es cuando está alto sobre el horizonte. El toldo tiene la misma función pero tiene la ventaja de que puede moverse a voluntad y por lo tanto es más versátil. Lo mismo pasa con los postigos, las persianas y las cortinas que se abren o cierran a voluntad del usuario.

Los párpados de cielo son persianas que son capaces de moverse con sólo la aparición del sol mediante un mecanismo basado en el cambio de estado de un fluido de bajo punto de ebullición.

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C. Energía solar térmica pasiva Elementos para controlar la radiación solar

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C. Energía solar térmica pasiva Ventajas e inconvenientes Ventajas: Los sistemas de captación indirecta que hemos expuesto tienen ventajas sobre los de captación directa porque proporcionan la mayor parte del calor al edificio durante la noche, que es cuando más lo necesita el edificio y permiten un mayor control de la energía ganada por el edificio.

Pueden actuar aportando calor en invierno y refrigerando el edificio en verano Al no incidir los rayos del sol directamente dentro del edificio se evita el problema de la decoloración de los objetos.

Cuando éstos sistemas se aplican a las cubiertas, no es necesario una orientación especial del edificio, con lo que se gana en libertad de diseño tanto exterior como de distribución interior.

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C. Energía solar térmica pasiva

Inconvenientes: Los muros obligan a su orientación Sur y suelen ser más caros que otros sistemas de captación pasiva.

Las pérdidas en los muros suelen ser altas y su aislamiento caro y de difícil manipulación.

Los muros ocupan espacio habitable y dificultan la apertura de ventanas al exterior.

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C. Energía solar térmica pasiva Valoración económica de los edificios bioclimáticos Hay que diseñar el edificio con sistemas de captación pasivos desde el inicio de la concepción del edificio para que su coste esté dentro de unos parámetros aceptables.

Teniendo en cuenta el aporte de los sistemas pasivos, podremos dimensionar la calefacción más pequeña, puesto que deberá aportar menos calor para mantener el mismo confort interior.

Algunos autores valoran el sobre coste de construcción debido a los sistemas pasivos de un 10 a un 15 % del coste de construcción (que no del precio de venta) de un edificio tradicional. Si consideramos el ahorro en el costo por una calefacción activa más pequeña y calculamos el ahorro que se producirá año tras año en la factura de la energía necesaria en la calefacción activa, veremos que no es difícil amortizar éste coste adicional del que hablábamos.

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C.1 Tipos de Energía solar térmica Hay dos formas de aprovechar la energía solar de forma activa, la térmica y la fotovoltaica. En este apartado nos centraremos en la térmica, dejando la fotovoltaica para otro apartado del capítulo.

Dentro de la energía solar térmica la podemos clasificar según su temperatura, en: 1.

De baja temperatura, cuando las temperaturas conseguidas en el sistema de captación están por debajo de 100 º C.

1.

De media temperatura, cuando las temperaturas conseguidas superan los 100 º C y no llegan a 400 º C.

1.

De alta temperatura cuando las temperaturas superan los 400 º C

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C.1 Tipos de Energía solar térmica Los sistemas de baja temperatura son sistemas que captan directamente la energía del sol sin movimientos de seguimiento y baja o ninguna concentración, y para ello se utilizan colectores planos y tubos de vacío. Para obtener las temperaturas medias es necesario el seguimiento continuo del movimiento del sol y concentración en uno de los ejes, utilizándose los concentradores parabólicos de seguimiento sobre el eje horizontal.

Para obtener las altas temperaturas es necesario el seguimiento en los dos ejes y además precisa de concentración de toda la radiación en un punto, utilizándose para ello las centrales de torre con un campo de helióstatos.

La utilización que queramos hacer de la energía nos determinará el tipo que debemos escoger. Así en las utilizaciones para agua caliente sanitaria, calefacción y algunas aplicaciones industriales, generalmente será suficiente con la de baja temperatura, mientras que la media temperatura se utilizará en procesos industriales y la alta temperatura en investigación, además de usos industriales.

Nos centraremos en la energía solar térmica de baja temperatura, por ser la que en este momento tiene mayor aplicación en los edificios, para cubrir una parte de las necesidades de agua caliente y calefacción.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Aplicaciones La aplicación mejor que tiene esta forma de aprovechamiento del sol, es para calentar agua para usos sanitarios en todos los ámbitos, desde las instalaciones en hospitales, hoteles, residencias, colegios, instalaciones deportivas, piscinas, viviendas, lavanderías, usos agrícolas, albergues de montaña, etc., incluso en procesos industriales que precisan de abundante agua caliente a baja temperatura.

Excepto en climas poco soleados, la inversión necesaria se amortiza en pocos años, entre 5 y 10. Nuestro país y todos los de la cuenca del Mediterráneo tenemos unas excelentes condiciones climáticas que nos permiten aprovechar esta fuente energética con mayores rendimientos que en todo el resto de Europa, puesto que tanto la intensidad de la radiación solar como los días soleados son mayores.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Tipos de colectores: 1.

Sin cubierta.- Son colectores planos de polipropileno, EPDM o metal, de color negro, sin aislamiento ni cubierta de cristal. Consiguen temperaturas de 20 º a 30 º C por encima de la temperatura ambiente, mediante el sistema de calentamiento directo por el sol. Su principal ventaja es su bajo coste y su principal aplicación es el calentamiento de agua para piscinas.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura 2.

Colector plano.- Colectores a base de tubos de metal sobre un placa también metálica, protegidos por aislamiento térmico en la parte posterior y cerrados por un cristal por la parte anterior.

Consiguen aumentar la temperatura del fluido de 60 a 70 º C por encima de la temperatura ambiente, aprovechando la radiación directa y el efecto invernadero.

Tienen un costo intermedio y su principal aplicación es para agua caliente sanitaria y calefacción.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura 3.

Colector de vacío.- Son tubos de cristal dentro de los que se ha hecho el vacío.

Dentro contienen el absorbedor constituido por una plancha metálica negra adherida a un tubo de cobre por el que pasa el fluido que recoge el calor del sol; estos tubos se unen fuera de los tubos de cristal formando un colector. El aislamiento se consigue debido al vacío realizado dentro del tubo de cristal, consiguiendo de esta forma aumentar la temperatura más de 100 º C por encima de la temperatura ambiente, mediante la radiación directa, el aprovechamiento del efecto invernadero y mejorando el rendimiento debido al mejor aislamiento térmico que se consigue con el vacío dentro del tubo de cristal. Su coste es alto y su principal utilización es para calefacción y agua caliente sanitaria.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura

Colector de vacío.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Tipos de instalaciones para agua caliente sanitaria: 

Colectores acumuladores.-

Este tipo de instalaciones son las que un solo aparato es el captador y a la vez acumulador.

Básicamente consiste en un depósito de una superficie importante que se orienta en dirección al sol, su superficie expuesta al sol está tratada con un acabado absorbente de la radiación solar, y la parte opuesta está aislada para evitar las pérdidas de calor. Este depósito se llena por la parte inferior con el agua que se quiere calentar y por la superior se saca el agua caliente. Sus prestaciones son moderadas, y sólo se recomienda en zonas donde se necesite poca agua y sólo en verano. Además tienen el inconveniente de que por su interior circula el agua que se consume con la mayor producción de depósitos de sales o cal en su interior, debido a la precipitación por efecto del calentamiento y enfriamiento alternativo del agua en su interior.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Colectores acumuladores.-

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Sistemas compactos por termosifón.En estos sistemas el colector está separado del depósito acumulador; éste va situado sobre la placa captadora de tal forma que el fluido al calentarse en la placa asciende por diferencia de temperatura a la parte superior del depósito, obligando al líquido que hay en la parte inferior del depósito a bajar y entrar en la placa por la parte inferior. El sistema viene montado de fábrica y se comercializa como un compacto.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Sistemas forzados.En este caso la circulación del fluido del circuito primario desde el colector hasta el sistema de acumulación se realiza mediante bomba, por lo que requiere de un sistema de regulación que ponga en funcionamiento el sistema sólo cuando la temperatura del colector sea superior a la temperatura del acumulador.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Así pues llegamos a los sistemas complejos, los cuales se dividen en subsistemas: el subsistema de captación, formado generalmente por un campo de captadores; el subsistema de acumulación está formado por uno o varios acumuladores puestos en serie o en paralelo, según el objetivo; y el subsistema de consumo, que generalmente será el agua caliente sanitaria, la calefacción o la piscina.

Generalmente se unificarán los subsistemas. Unificar el sistema de captación en un campo de colectores del mismo tipo será mejor que disponer de un tipo de colector para cada necesidad. Así si nos planteamos calentar sólo el agua de la piscina para alargar la temporada, seguramente colocaremos colectores sin cubierta calculados solamente para las necesidades de la piscina, pero si lo que nos planteamos es cubrir todas las necesidades de una vivienda: agua caliente sanitaria, calefacción en invierno y la piscina, calcularemos el tipo de colector para las necesidades que requieran mayores prestaciones que, en este caso será la calefacción, y escogeremos un campo de colectores que nos cubran parte de la demanda de calefacción + agua caliente sanitaria, mientras que para la piscina derivaremos el calor sobrante en los meses de primavera verano y otoño puesto que la calefacción sólo la necesitamos en invierno, y en verano necesitaremos disipar el calor sobrante en la piscina.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura El sistema de acumulación primario lo dimensionaremos teniendo en cuenta estas premisas, y calcularemos el volumen de acumulación de tal forma que cubra el máximo de necesidades sin que haya un excesivo calor en verano, con el fin de que la instalación no sea excesivamente cara y se pueda amortizar. Así pues, centralizaremos el sistema de control de forma que distribuya el calor en función de las necesidades que haya en cada momento. El subsistema de consumo deberá garantizar la distribución del fluido calorportador a cada uno de los sistemas de consumo mediante una bomba y una derivación independientes para cada subsistema de consumo.

A continuación expondremos varios esquemas de instalaciones posibles, no pretendemos ser exhaustivos, sinó tan solo indicar unos ejemplos de instalaciones, las cuales deberán ser diseñadas y calculadas caso a caso.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Ejemplo de sistema completo para una vivienda unifamiliar aislada con una piscina.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Este esquema sólo indica los elementos más significativos con el objeto que sea comprensible, pero no es exhaustivo y no comprende todos los elementos necesarios como por ejemplo, los diferentes sensores de temperatura del aire exterior, los sensores del campo de colectores, de los acumuladores, de la temperatura del aire interior, el sistema de control, etc.

El subsistema de captación está a la izquierda del esquema y está compuesto por el campo de colectores, la bomba de impulsión del circuito primario, un vaso de expansión, y un sistema de seguridad. Todo este sistema calienta la parte inferior del acumulador, el cual conforma el subsistema de acumulación, que a su vez es la base del subsistema de distribución, formado por las bombas de circulación de cada circuito de consumo, el sistema de control de todo el conjunto, el vaso de expansión y un sistema de seguridad del circuito secundario. En este caso tanto el circuito primario como el secundario son circuitos cerrados, mientras que el agua caliente sanitaria se calienta entrando por la parte inferior del acumulador y recorriendo un serpentín hasta la parte superior del acumulador, mientras que el agua del interior del acumulador pertenece al circuito secundario que alimenta al suelo radiante y al intercambiador de calor de la piscina. La caldera de apoyo mantiene caliente la parte superior del acumulador, siempre que no llegue a la temperatura prefijada y a la vez calienta el agua que recorre el suelo radiante, siempre que el sistema solar no alcance la temperatura adecuada.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Para realizar este ejemplo hemos escogido la calefacción por suelo radiante, por ser la que se adapta mejor a las temperaturas que se consiguen por los captadores solares y en consecuencia se le puede obtener un rendimiento mayor que con otro sistema de calefacción que requiera una temperatura final más alta, como por ejemplo los radiadores convencionales.

Hay que prever siempre un sistema de apoyo a la calefacción mediante un sistema de calentamiento del agua por una caldera convencional de gas o gasoil, puesto que si dimensionáramos el campo de colectores para cubrir el 100 % de necesidades de calefacción y agua caliente en los meses de más demanda, que son los invernales, en verano tendríamos un exceso de calor que desaprovecharíamos, con lo que el rendimiento del conjunto sería menor.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Ejemplo de un sistema de agua caliente sanitaria para un bloque de viviendas con acumulación centralizada.-

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura El subsistema de captación está compuesto por el campo de colectores, el circuito primario con su bomba 1, su vaso de expansión y su sistema de seguridad, el cual alimenta el intercambiador de placas, que a su vez calienta el agua del tanque acumulador de agua caliente comunitario. El subsistema de acumulación está compuesto por el acumulador comunitario y sus bombas 2 y 3, además de la válvula de mezcla y tratamiento antilegionela 4 y el sistema de control, mientras que el sistema de distribución está compuesto por la tubería de distribución hasta cada vivienda, los contadores de agua caliente de cada vivienda y la caldera instantánea individual.

Funcionamiento sin sol: La bomba 1, 2 y 3 están paradas, y el agua del depósito se calienta por las calderas murales independientes de cada vivienda, si la temperatura del agua acumulada no alcanza a la programada.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura

Funcionamiento con energía solar: Cuando el sistema de control detecta que en la parte superior de los colectores la temperatura es superior a la temperatura inferior del depósito acumulador, arranca la bomba 1 calentando el circuito primario. Cuando la temperatura del circuito primario es superior en una cantidad de grados programada a la temperatura inferior del acumulador, se pone en funcionamiento la bomba 2, empezando a calentar el agua del acumulador. Cuando cualquier usuario utiliza agua caliente ésta le viene precalentada de la parte superior del acumulador, y al llegar a la caldera instantánea, si la temperatura es superior a la pedida (generalmente 45º C), la caldera no se enciende y se consume el agua calentada directamente por el sol, mientras que si la temperatura no es la programada se enciende la caldera calentando el agua hasta la temperatura deseada para el consumo.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura

El sistema contra la legionela está compuesto por la bomba 3 y la válvula 4. En el momento programado en el sistema de control, se cierra la válvula 4 de tal forma que el agua fría de la red no entra en el acumulador si no que se derivada directamente al subsistema de distribución calentando el agua las calderas instantáneas individuales mientras dure el tratamiento; a continuación se arranca la bomba 3 produciendo la mezcla del agua del acumulador para igualar la temperatura del mismo hasta que el sistema de captación consiga aumentar la temperatura del agua del acumulador hasta los 70 º.

Terminado el tratamiento se para la bomba 3 y se abre de nuevo la válvula 4, haciendo pasar el agua fría de la red por el acumulador comunitario.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura Ejemplo de un sistema de agua caliente sanitaria para un bloque de viviendas sin acumulación centralizada.-

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura El subsistema de captación está compuesto por el campo de colectores, el circuito primario con su vaso de expansión y su sistema de seguridad, el cual alimenta directamente a los serpentines de cada uno de los acumuladores individuales; en este ejemplo no se ha diseñado un acumulador en el circuito primario para contemplar los casos en que no haya espacio físico para incorporar los acumuladores colectivos.

Además, según cada caso puede que sea más eficaz y económica la instalación, si la acumulación del agua caliente la hace directamente cada usuario. Escoger uno u otro sistema dependerá del estudio de cada caso particular. El subsistema de acumulación está compuesto por la suma de los acumuladores individuales con sus correspondientes sistemas de apoyo individuales. El subsistema de consumo son los circuitos individuales de agua caliente en las viviendas. El sistema de apoyo es necesario siempre que se diseñe una instalación de agua caliente sanitaria, ya que no se puede dimensionar para que cubra el 100 % de las necesidades en invierno, puesto que en verano le sobraría calor sin poder disiparlo. Por este motivo se calculan para que cubra el 100 % de las necesidades en el período de verano; de ésta forma cubre aproximadamente el 60 % de las necesidades de todo el año. La instalación de apoyo garantizará la temperatura del agua en los momentos en que el sol no pueda calentar toda el agua necesaria, o no se consiga la temperatura requerida.

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C.2 Energía solar térmica de baja temperatura

Las ventajas de este sistema son que casi no necesita mantenimiento comunitario, cada usuario paga la energía que consume su sistema de apoyo y no hay que adquirir contadores de agua caliente para cada usuario para distribuir equitativamente los costes, puesto que el agua que se calienta ha pasado antes por el contador individual de agua fría de cada usuario, y el agua calentada por el sol no hay que pagarla.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Distribución anual de la energía del sol y de la demanda de los edificios.Las necesidades de agua caliente y calefacción de una vivienda a lo largo de un año cambian en función del mes del año debido a la diferente insolación que recibe la superficie de la tierra según la altura del sol sobre el horizonte.

La Tierra da vueltas alrededor del Sol siguiendo un camino elíptico. El plano que contiene a ese camino se llama plano de la eclíptica. A su vez la Tierra gira sobre su eje Norte-Sur dando una vuelta cada día. El eje de rotación de la Tierra está inclinado respecto del plano de la eclíptica 23º 30’, así pues si imaginamos un plano que contenga al Ecuador de la Tierra, si hacemos coincidir éstos dos planos, el del ecuador y el de la eclíptica que pasen por el sol, éstos se cortaran en dos puntos del camino que recorre la Tierra alrededor del Sol, que coinciden con los dos equinoccios, el de primavera y el de otoño, mientras que los dos puntos del recorrido de la Tierra que se alejan más del plano ecuatorial son los dos solsticios, el de verano y el de invierno

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Todos estos movimientos relativos de la Tierra respecto del Sol dan como resultado que un observador situado sobre un punto de la Tierra a una latitud de Xº grados del Ecuador terrestre, el recorrido del Sol en el cielo aparece como un semicírculo inclinado 90º - Xº grados sobre el horizonte, durante los equinoccios. Desde el equinoccio de primavera éste ángulo va aumentando hasta llegar al solsticio de verano que alcanza su magnitud máxima en 90º - Xº + (23º 30´). En el tiempo que pasa hasta el equinoccio de otoño el Sol va descendiendo en el horizonte hasta alcanzar otra vez el valor de 90º - Xº en el citado equinoccio de otoño. Continua descendiendo a medida que nos acercamos al solsticio de invierno, en que alcanza la altura más baja sobre el horizonte que equivale a 90º - Xº - (23º 30´). A partir de este momento vuelve a aumentar su altura hasta el equinoccio de primavera.

Este movimiento aparente del Sol sobre el horizonte tiene dos efectos importantes: el primero es que cuando mayor sea la altura del círculo que describe el Sol sobre el horizonte más horas de sol tiene el día y menos horas tiene la noche, y el segundo efecto es que cuanto más alto esté el Sol más verticales son los rayos del Sol respecto de la superficie de la Tierra y por tanto mayor es la cantidad de energía recibida por unidad de superficie.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Así pues, por lo que acabamos de explicar, vemos que durante el período que va desde el equinoccio de primavera hasta el equinoccio de otoño es el período que recibiremos del Sol mayor cantidad de energía, mientras que la que recibiremos entre el equinoccio de otoño hasta el equinoccio de primavera será menor.

Por otro lado sólo en invierno hay demanda de calor para cubrir las necesidades de calefacción, mientras que podemos considerar que la demanda de agua caliente sanitaria es la misma durante todo el año.

El gráfico de la página siguiente intenta poner de relieve las dificultades de congeniar las necesidades de calor con el aporte del Sol

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S En el gráfico de ésta página, las letras tienen el siguiente significado: A: Demanda térmica de una casa sin aislamiento (construida a partir de 1979) B: Demanda térmica de una casa de bajo consumo energético C: Demanda de agua caliente sanitaria D: Aporte de energía solar en caso de una superficie de paneles de captación de 2.5 m2 E: Aporte de energía solar en caso de una superficie de paneles de captación de 7.5 m2 Medio Ambiente,Tema II, La Energía Solar Térmica

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Observando la figura de la página anterior podemos concluir que si sólo pretendemos cubrir las necesidades de A.C.S. con energía solar, deberemos dimensionar la instalación para que nos cubra el 100% de las necesidades de agua caliente en verano, según la curva D, para obtener el máximo rendimiento de la instalación de paneles, puesto que si dimensionáramos la instalación para cubrir el 100% de las necesidades en invierno, resultaría que durante la mayor parte del año tendríamos un aporte excesivo que deberíamos disipar o bien reducir la superficie de captación, la instalación sería mucho más cara y mucho más largo el tiempo de amortización de todo el conjunto.

Si pretendemos cubrir el A.C.S y la calefacción nos encontraremos que deberemos dimensionar la instalación como mínimo para cubrir el 100 % de las necesidades de A.C.S. con lo que cubriremos una parte pequeña de las necesidades de calefacción, por ejemplo si seguimos la curva E. Pero resulta que durante el verano tenemos un exceso de calor que deberemos disipar. Por este motivo, en las viviendas que disponen de piscina, se puede utilizar ésta para disipar el calor que nos sobra de la instalación durante los meses de primavera, verano y otoño, puesto que la piscina tiene una gran capacidad de absorber energía sin aumentar excesivamente la temperatura del agua de la piscina, y además conseguimos alargar el período de baño si cubrimos la piscina con un cobertor térmico en los meses más fríos.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S

Orientación e inclinación del campo de colectores solares.

El rendimiento máximo de los colectores solares se obtiene colocando la superficie del colector perpendicular a los rayos del Sol; pero como los colectores son generalmente fijos, para no complicar la instalación y por consiguiente no aumentar su coste, habrá pocas horas y pocos días al año en que el Sol incida perpendicularmente sobre los colectores puesto que sólo podremos escoger una orientación, mientras que el Sol en su ruta en el firmamento cada día del año hace un recorrido diferente. Así pues, deberemos escoger la orientación y la inclinación de los colectores más cercanas a este punto ideal durante el período del año en que tengamos más demanda de energía, siguiendo las pautas que daremos a continuación:

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Orientación.- Sea cual sea la época del año en que estemos, el Sol está más alto y durante más tiempo en la orientación del Sur geográfico, no del magnético; por otro lado, la experiencia nos dice que una desviación en + - 15 º en la orientación del campo no influye sensiblemente en el rendimiento de los colectores. Por éste motivo la orientación que deberemos dar a nuestro campo de colectores será la orientación sur + - 15º; si nos interesa que los colectores tengan mejor rendimiento por la mañana o por la tarde será lo que nos hará aumentar o disminuir estos 15º en la orientación. Generalmente se orientan 15º hacia el Este, para mejorar el rendimiento del campo de colectores por la mañana puesto que es cuando el sistema de acumulación estará más frío, y por lo tanto aprovecharemos mejor el calor del Sol

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S 

Inclinación.

Para decidir la inclinación de los paneles deberemos considerar la época del año en que necesitamos mayor aportación de calor, según las necesidades de la instalación, y la Latitud del lugar para determinar en cada época la altura del Sol sobre el horizonte. Si la instalación se va a utilizar durante todo el año (A.C.S), o preferentemente en invierno, el día más desfavorable será el solsticio de invierno, el 21 de diciembre. En ese día el Sol alcanza la altura mínima de todo el año sobre el horizonte, si llamamos A al ángulo de los rayos de Sol con la línea horizontal de lugar, L = a la latitud del lugar y B = al ángulo que debe formar los colectores solares con la horizontal, resulta que A = (90º L – 23º), y B = 180º - 90 – A, substituyendo en la ecuación obtenemos que B = L + 23º. Esta inclinación sería la óptima para un solo día del año; para que sea óptima durante un período más largo se restará 10º, substituyendo en la fórmula resulta que B = L + 13º.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S

La experiencia ha sancionado que una desviación de + - 10 º en la inclinación de los paneles no representaba una pérdida sensible de rendimiento de los mismos, por lo tanto esta inclinación será la más aconsejable para todo el periodo invernal. Si la instalación se va a utilizar sólo en el período de verano, los días más desfavorables son los equinoccios, en los cuales el Sol tiene una altura sobre el horizonte de A = 90 – L; por lo tanto, siguiendo el mismo criterio expuesto más arriba, la inclinación optima sería B = 180º - 90 – A , que substituyendo resulta B = 90º - (90º - L) = L , si le restamos 10º resultará mas adecuado para una utilización de sólo verano, por lo tanto: B = L – 10º.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S 

Sombras.

Otra consideración que debemos hacer es la de las sombras de posibles edificios u obstáculos fijos sobre el campo de colectores en el período de utilización del sistema, teniendo en cuenta la altura del Sol en el citado período.

Asimismo deberemos calcular la separación de las líneas de colectores teniendo en cuenta el día en que el Sol esté más bajo en el período de utilización del sistema. Así si suponemos una utilización anual o invernal, el día en que el sol está mas bajo es el solsticio de invierno en que el ángulo que forma el sol con la horizontal es, tal como hemos indicado más arriba resulta que ese día A = 90 – L – 23º; A = 68 – L. Por lo tanto deberemos separar lo suficientemente una línea de paneles de la otra, para que la sombra que ese día proyectan cada línea sobre la siguiente no llegue a la parte inferior del panel. La distancia D que tendremos que separar una línea de paneles de la otra será la altura H del panel anterior dividida por la tangente del ángulo A , que es el ángulo que forma el Sol con la horizontal en el solsticio de invierno; así la fórmula será la siguiente: D = H / tg A

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S De esta forma, si suponemos una latitud de 40º norte, resulta que el ángulo A en el solsticio de invierno será A = 68º – 40º = 28º y, en consecuencia, si la altura de nuestros paneles es de 1.25 m si aplicamos la fórmula, resultará que debemos separar las líneas de colectores en 2.35 m.

Para el cálculo de los paneles necesarios en una instalación solar deberemos calcular la energía que necesita la instalación, a continuación calcular la energía que puede captar cada panel y al final calcular los paneles dividiendo la energía necesaria por la energía que puede dar cada panel para saber el número de paneles.

Para calcular la energía necesaria utilizaremos la fórmula Q = m ce Λtº, en donde Q es el calor necesario en termias ( 1 termia es igual a 1.000 Kcal, y equivale aproximadamente a 4, 18 MJ.) m es igual a las toneladas de agua que hay que calentar, ce es el calor específico del agua que equivale a la unidad expresado en termias por tonelada y grado, y Λtº es el incremento de temperatura a conseguir entre la temperatura del agua de la red y la de consumo. Aplicando esta sencilla fórmula a nuestro caso obtendremos el calor que necesitamos conseguir en un año de nuestra instalación.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Ahora tenemos que calcular la energía aprovechable E que nos puede facilitar nuestro colector solar en un año. Lo primero que tendremos que determinar es la inclinación que daremos a nuestro colector en función de lo que hemos comentado más arriba. Después podemos partir de las tablas que puede facilitar CENSOLAR en las que, en función de la latitud, nos da la cantidad de MJ que inciden por metro cuadrado de superficie horizontal en un día medio de cada mes del año.

Este valor se puede corregir según un factor que varia entre 1.05 y 0.95 en función de si debemos instalar nuestros colectores en una zona de montaña con aire muy limpio, o bien en una gran ciudad con aire polucionado. También deberemos corregir este valor por otro factor que dependerá de la inclinación del colector, de la latitud y del mes del año, que también está tabulado por CENSOLAR. Podemos mejorar el cálculo introduciendo correcciones para tener en cuenta que en los primeros momentos de las horas de insolación el colector no aprovecha la energía del sol, multiplicando el resultado obtenido por 0,94. Después tenemos que obtener la fórmula de la curva de rendimiento del panel elegido, que deberá ser facilitada por el fabricante. Una vez calculada la energía aportada por el colector deberemos calcular las pérdidas de la instalación, las cuales si no tenemos datos más fiables, podemos estimar en un 15 %.

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C.3 Cálculo de una instalación de energía solar para A.C.S Luego, dividiremos el total de la energía necesaria por la energía neta que nos proporciona cada colector y obtendremos el número de colectores que deberemos instalar.

El cálculo de la capacidad de los tanques del subsistema de acumulación se hará en función del consumo de agua previsto, cubriendo la demanda de uno o dos días de A.C.S. Para los niveles de insolación que tenemos en España se suele optar también por dimensionarlos entre 60 y 100 litros de acumulación por cada m2 de colector. Aumentar la acumulación de agua caliente a valores superiores no resulta práctico puesto que disminuye la temperatura media del tanque y encarece la instalación.

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C.4 Instalaciones de calefacción En nuestras latitudes, la mayor insolación es en verano cuando no se necesita la calefacción. En invierno, cuando los requerimientos de calefacción son altos, el rendimiento de los colectores será muy bajo con lo que se podrá cubrir sólo una parte de las necesidades de calefacción. De otra forma la instalación sería antieconómica y no se podría amortizar, por lo tanto, partiendo del cálculo de las necesidades de calefacción de cada mes del año, podemos diseñar una instalación que permita cubrir una parte del aporte calorífico necesario.

Las instalaciones que mejor aprovechan el calor producido por los colectores solares son las instalaciones de calefacción por suelo radiante, puesto que la temperatura de funcionamiento de la instalación está por debajo de los 50º, temperatura perfectamente compatible con las que se consiguen en los colectores solares, mientras que las instalaciones de radiadores convencionales aprovechan peor la energía solar, puesto que su temperatura de funcionamiento es del orden de 80º, con lo que en el mejor de los casos la caldera de soporte deberá calentar el agua desde la temperatura que venga de los colectores hasta la temperatura de funcionamiento sólo la primera vez, puesto que la temperatura del retorno de los radiadores será superior a la que den los colectores y no se podrá aprovechar, ya que si pasáramos el agua del retorno de los radiadores por los colectores solares, enfriaríamos el agua en vez de calentarla.

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C.4 Instalaciones de calefacción

Generalmente las instalaciones de calefacción con energía solar están combinadas con las de A.C.S, porque así se cubre el 100 % del agua sanitaria y una parte de las necesidades de calefacción por suelo radiante. Si además se puede combinar con el calentamiento de una piscina, la instalación solar funciona durante todo el año con lo que su rendimiento aumenta.

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C.5 Instalaciones para piscinas Para las instalaciones de piscinas descubiertas, por lo tanto que tendrán solamente uso en verano y parte de primavera y otoño, si no se combinan con otra instalación, se utilizarán instalaciones muy simples con moquetas de EPDM que resiste muy bien la intemperie y el cloro del agua de la piscina y además son mucho más baratas, las cuales pueden ser alimentadas por la propia agua de la piscina, no utilizándose intercambiador de calor, y siendo el subsistema de acumulación la misma Piscina. La bomba que alimenta los colectores se sitúa a la salida del filtro.

En cambio, para las piscinas cubiertas, en que su utilización es para todo el año, deben instalarse paneles de más rendimiento, generalmente como los instalados para calefacción o A.C.S., y realizarse los cálculos como si de una instalación de calefacción se tratase. La temperatura requerida por una piscina es de 25 º, lo cual hace ideal la aplicación de los colectores solares, ya que como hemos dicho su rendimiento será óptimo a estas temperaturas, puesto que pueden conseguirse temperaturas muy superiores; pero a pesar de ello deberán contar con un sistema de apoyo, debido a que no es rentable dimensionar la instalación para que cubra el 100% de la energía requerida durante todo el año, y su puesta en funcionamiento deberá tener en cuenta los largos períodos que el sistema solar necesitará para calentar toda el agua de la piscina.

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1878

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Bibliografía.

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CURSO PRÁCTICO DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA APLICADA A L’EDIFICACIÓN Colegio de aparejadores y arquitectos técnicos de girona 2002 Víctor almagro, sr. Manuel lópez, sr. Aleix boada y sr. Ramon gento Ayuntamiento de st. Joan despí, viesmann y comercial tecca

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1880

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