Arquitectura

Cómo implementar el diseño solar pasivo en tus proyectos de arquitectura

Publicado hace 5 años

Aunque el sol está a casi 150 millones de kilómetros de distancia, esta estrella tiene un gran impacto en nuestro planeta. Mientras que algunos están ocupados persiguiendo el sol para lograr un bronceado, otros como los arquitectos, lo persiguen día a día para crear los mejores espacios bañados de luz natural.

En definición, “la energía solar pasiva es la recolección y distribución de energía obtenida por el sol a través de medios naturales”. El simple concepto y proceso de implementación de sistemas de energía solar pasiva han proporcionado a los edificios calor, iluminación, energía mecánica y electricidad de la manera más ecológica posible.

En este artículo, proporcionaremos una guía completa de implementación de sistemas solares pasivos para tus diseños.

El sol

La energía solar pasiva se basa en un elemento, el sol. Una vez que la radiación del sol golpea la superficie de la Tierra, los rayos pueden ser absorbidos, reflejados y/o transmitidos. Los materiales transparentes transmiten la mayor cantidad de radiación solar; sin embargo, los materiales translúcidos transmiten la misma cantidad de radiación solar, pero también la dispersan a medida que van pasando.

No todos los materiales absorben el sol de la misma manera. Por ejemplo, una superficie pulida/brillante reflejará la radiación en cantidades mayores que las superficies mate. De manera similar, las superficies oscuras absorben el calor en cantidades más grandes que las claras. Algunas superficies transmiten radiación y la almacenan al mismo tiempo, creando lo que conocemos como el "efecto invernadero". Este sistema almacena el calor obtenido por el sol y lo conserva por un largo tiempo, en lugar de un "sistema de enfriamiento pasivo", que absorbe el calor en una etapa posterior.

¿Qué son los sistemas pasivos?

Los sistemas pasivos “recolectan y transportan energía por medios no mecánicos, o sea, naturales”. La albañilería (concreto, ladrillos, piedras) y el agua (pared de agua, estanques en el techo) son los dos materiales más utilizados para el almacenamiento de radiación. La configuración detrás de los sistemas pasivos consta de tres tipos: ganancia directa, ganancia indirecta y ganancia aislada. La ganancia directa se produce cuando el proyecto se calienta y se energiza cuando la luz solar directa llega a su superficie (por ejemplo, a través de una fachada de vidrio). La ganancia indirecta se produce cuando la luz solar incide sobre una superficie alternativa, se absorbe, se convierte en energía térmica y luego se transfiere al espacio (por ejemplo, una pared de albañilería absorbe la luz solar y transporta el calor absorbido al espacio interior). Los "invernaderos adjuntos" son una combinación de sistemas de ganancia directa e indirecta, ya que obtienen directamente la luz solar en la estructura en sí, pero también logran transformar esta energía en el edificio adyacente, forzando una ganancia indirecta. La ganancia aislada es un "circuito colectivo natural" que implica el uso de material alternativo para absorber energía. Estos materiales incluyen un tanque de almacenamiento de calor, un colector de placas de metal, almacenamiento de agua, aire y roca. Se produce una corriente natural cuando el agua recolectada por el contenedor es calentada por la luz solar, a medida que se eleva y entra en la parte superior del tanque de almacenamiento.

Diseñando energía solar pasiva
(Las siguientes estrategias de diseño son con respecto al hemisferio norte)

1 - Ubicación con respecto al sol: La absorción óptima del sol es crucial para la energía solar, por lo que el proyecto debe construirse de una manera que aproveche al máximo el sol tanto en verano como en invierno.

2- Diseño de la estructura: La forma general y la orientación de un proyecto puede determinar la cantidad de sol que se transfiere al espacio. Se observa, por ejemplo, que un edificio alargado en el eje este-oeste, conduce a una absorción adicional de luz solar en la fachada sur durante la temporada de invierno.

3- Prestar atención al lado norte: Ya que el sol no emite directamente radiación en el lado norte, los arquitectos pueden acortar su altura, minimizando la cantidad de exposición hacia esta fachada. Además, pintar una pared adyacente con colores claros puede ayudar a reflejar la luz solar en la pared norte.

4- Ubicación espacios interiores: La ubicación de los espacios altamente utilizados a lo largo de las fachadas sureste, sur o suroeste garantiza la máxima absorción de calor y luz. Los espacios que requieren un mínimo de calefacción/iluminación, como pasillos o salas de servicios públicos, pueden ubicarse a lo largo del lado norte.

5- Ubicación de las ventanas: Colocar ventanas grandes al lado sur del edificio garantiza la máxima emisión de sol en el espacio interior. Las fachadas que dan hacia el norte deben tener ventanas relativamente más pequeñas, ya que absorben la menor energía térmica.

6- Entrada protegida: Para evitar que el aire frío ingrese a la casa cada vez que se abre la puerta durante el invierno, oriente la puerta de entrada en dirección contraria a la del viento y/o agregue un elemento que detenga la brisa junto a la entrada.

7- Selección de material: Se consume más energía si cada material se utiliza en el lugar correcto. Eche un vistazo a la tabla a continuación para comparar los porcentajes de absorción de energía de cada material.

8- Selección del sistema: Cada proyecto posee requisitos de diseño específicos, por lo que diferentes proyectos requieren diferentes sistemas. A menudo hay ocasiones en que algunos sistemas de energía pasiva son inapropiados, como tener grandes fachadas de vidrio en un proyecto rodeado de edificios más altos, que en este caso, la mejor solución sería implementar un sistema en el techo.

9- Fachadas de vidrio / Ventanas solares: Las fachadas de vidrio orientadas al sur y las ventanas grandes absorben la mayor cantidad de radiación solar en el espacio. “Recomendación: en climas fríos, proporcione entre 0.19 y 0.38 pies cuadrados de vidrio orientado al sur por cada uno de pies cuadrados de área de espacio de piso. En climas templados, proporcione 0,11 a 0,25 pies cuadrados de vidrio orientado al sur por cada uno de pies cuadrados de área de espacio del piso ”.

10- Tragaluces: A menudo hay ocasiones en que no es posible tener una fachada de vidrio, por lo que la creación de un tragaluz y/o clerestorios permite la distribución directa de la luz solar en el espacio.

11- Almacenamiento de calor en albañilería: Se recomienda que las paredes se construyan con un espesor mínimo de 10 centímetros para evitar las fluctuaciones de la temperatura interior. Un interior de colores claros, pisos oscuros y varias pequeñas ventanas en la pared permiten una mayor difusión de la luz solar en el espacio.

12- Muro interior de agua: Cuando se usa un muro interior de agua en el edificio, hay que asegúrese de que el muro esté ubicado en un lugar que enfrente a la luz solar en su hora punta (11 h - 15 h). Elige una pared de color oscuro para optimizar la absorción del sol.

13. Muro térmico / Trombe: Similar al principio del invernadero, los muros trombe son una capa externa construida adyacente al "lado soleado" de un edificio, que ayuda a conservar el calor durante el día y lo libera lentamente durante la noche. Estas paredes, que a menudo están hechas de albañilería y vidrio, brindan calidez al edificio a través de la capa de vidrio y las aberturas en la pared.

14- Dimensiones de la pared: El dimensionamiento adecuado de cualquier tipo de pared térmica conservará la mayor cantidad de calor posible durante todo el invierno. “Recomendación: en climas fríos, use entre 0,43 y 1 pie cuadrado de pared de almacenamiento térmico con doble acristalamiento orientado al sur para cada área de un pie cuadrado (0,31 a 0,85 pies cuadrados de dimensiones de la pared de agua). En climas templados, use entre 0.22 y 0.6 pies cuadrados. de pared térmica (0.16 - 0.43 pies cuadrados para las dimensiones de la pared de agua) para cada uno de pies cuadrados de área de piso. "*

Detalles: El grosor de la pared, el material y el color/acabado, determinan qué tan efectiva es la pared térmica. Para aprovechar al máximo el muro trombe, elija un color oscuro en el lado que mira hacia el sol, agregue ventilaciones en los lados superior e inferior de la pared para aumentar su rendimiento e inserte paneles con bisagras sobre estas ventilaciones para evitar el flujo de aire inverso.

15- Invernadero adyacente: El uso eficiente del concepto de "invernadero adyacente" puede ser un poco complicado ya que la energía que se transfiere al edificio pasa de antemano por una estructura; por lo tanto, las dimensiones del invernadero deben ser calculadas adecuadamente. “Recomendación: en climas fríos, use entre 0,65 y 1,5 pies cuadrados de vidrio doble orientado al sur por cada uno de pies cuadrados de área de construcción. En climas templados, use 0.33 - 0.9 pies cuadrados de vidrio por cada uno pies cuadrados de área de construcción ”.

16- Invernadero independiente: Ya que los invernaderos dependen en gran medida del vidrio (u otros materiales translúcidos), el sol se irradiará a todo el espacio; sin embargo, el lado norte del invernadero recibirá menos sol que el resto de los lados. Es preferible alargar el eje este-oeste y pintar el lado norte con colores claros para reflejar el sol en esta área.

Detalles: Para evitar la fluctuación de la temperatura interior en los invernaderos, aplique una pared interior de agua, use un sistema de almacenamiento de roca y/o use una construcción de albañilería sólida.

17- Estanque en el techo: el área de un estanque en el techo depende de si se está utilizando para sistemas de calefacción o enfriamiento, los materiales de los que se compone y el tipo de aislamiento que se usa. Aquí hay una tabla para comparar las proporciones de los estanques en los techos dependiendo de las características de cada uno.

Detalles: Los estanques en los techos requieren una atención especial a los detalles, ya que dependen de la estructura y el techo del edificio. El techo debe estar sujeto por una cubierta impermeable de metal o concreto, y dejarlo expuesto para que absorba la mayor cantidad de calor posible. El estanque podría tener una profundidad de 15 a 30 centímetros y estar hecho de recipientes impermeables de color oscuro con tapas transparentes para permitir que los rayos del sol toquen el agua cuando están ocultos. En cuanto a los paneles de aislamiento, es preferible que los paneles sean lo más grandes posible con material reflectante, lo que reduce el riesgo de fugas de agua y aumenta la eficiencia del sistema.

18- Aislamiento móvil: El vidrio y/o el material translúcido admiten la mayor cantidad de sol en el espacio; sin embargo, algunas de estas radiaciones se pierden debido a la misma fuente que les permitió ingresar. Cubrir los paneles de vidrio con sistemas de aislamiento móviles disminuirá la cantidad de calor liberado durante la noche.

19- Reflectores: A veces, tener grandes fachadas de vidrio no es parte del diseño propuesto, por lo que agregar reflectores aumenta la cantidad de sol que ingresa al espacio. “Recomendación: para el acristalamiento vertical, use un reflector horizontal de ancho aproximadamente igual y de una a dos veces la altura de la abertura acristalada. Para tragaluces inclinados al sur, ubique los reflectores sobre el tragaluz a un ángulo de inclinación de aproximadamente 100 grados, haciendo que las dimensiones del reflector sean iguales a las del tragaluz ".

20- Sombreado: El control de la cantidad y la trayectoria de la luz solar que ingresa al espacio es altamente eficiente y evita que ingrese a las habitaciones donde no se requiere ganancia solar. “Recomendación: Sombree el acristalamiento sur con un elemento horizontal ubicado por encima del cristal. Las sombras deben tener una longitud igual a un cuarto de la altura de la abertura en las latitudes sur y la mitad de la altura en las latitudes norte ".

21- Aislamiento exterior: Si las paredes exteriores se utilizan como paredes térmicas, hay que colocar paneles aislantes en el lado exterior para evitar que se libere el calor almacenado.

Consejos adicionales

Almacenamiento en días nublados: los lugares nublados requieren un aumento en los sistemas solares pasivos. Aumentar la cantidad de acristalamiento sur, implementar una pared de agua más grande (si es posible múltiples), así como engrosar las paredes térmicas (con respecto a las recomendaciones estándar mencionadas anteriormente), estos sistemas lograrán absorber mayores cantidades de sol en el espacio.

Enfriamiento en verano: El mayor énfasis en el sistema solar pasivo es a menudo la importancia de permitir el calor y la luz en el espacio durante el invierno, sin tener en cuenta la importancia del enfriamiento durante el verano. Elegir un techo de color claro, ventilar por la noche y cerrar el edificio durante el día son algunos de los procedimientos simples que se pueden hacer para asegurar el enfriamiento durante el verano.

Herramientas: hay varias herramientas y aplicaciones disponibles que pueden ayudar a calcular la cantidad de sol que ingresa al espacio. La carta solar estudia la altitud, el azimut, la posición del sol, la trayectoria del sol, las trayectorias mensuales, la latitud y las variaciones magnéticas. Otras herramientas como la calculadora de radiación solar y las máscaras de sombra pueden ayudar a determinar todas las estimaciones necesarias antes de construir el proyecto.

Nota: Todas las recomendaciones se obtienen del The Passive Solar Energy Book by Edward Mazria(Libro de energía solar pasiva).