Sistemes passius de captació d'energia solar

Transcripción

1 Sistemes passius de captació d'energia solar Fabian López, Doctor Arquitecto Miembro de Societat Orgànica. Consultora Ambiental

2 Índice Introducción: Los sistemas de captación solar pasivos como parte de una estrategia bioclimática Estrategias: Captación, almacenamiento, distribución, conservación Ejemplos

3 Diagnostico de la situación actual: - Identificación del confort con los aparatos mecánicos - Habitabilidad conseguida con aparatos mecánicos y consumo de materiales proveedores d energia en ciclos abiertos - desarquitecturización de la habitabilidad y asumpción de los nuevos modos de habitabilidad propiciados por el nuevo sistema tècnico

4 El modelo alternativo: Condiciones - cerrar los ciclos materiales - recuperación de la centralidad de las estrategias para obtenerla desde la arquitectura

5 LA APROXIMACIÓN BIOCLIMÁTICA OFRECE: Entender el entorno a la vez como exigencia y fuente de recursos Entender la habitabilidad como objeto de la Arquitectura

6 La energía solar es la materia prima: Características: Dispersión sobre el territorio con baja potencia: La intensidad solar máxima es inferior a 1000 W/m2

7 La energía solar es la materia prima: Características: Dispersión sobre el territorio con baja potencia: La potencia de un automóvil familiar - como referencia- es alrededor de 80 KW (110 CV), con una ocupación del suelo - móvil, con condiciones de exposición solar cambiantes- de cerca de 6 m2, supone una densidad de potencia de W/m2.

8 La energía solar es la materia prima: Características Variabilidad de su potencia diaria y estacional: lo que impide contar con una potencia disponible constante. La variación de el máximo de cerca de 1000 W/m 2 hasta los 0 w/m2 nocturnos, obliga a tener sistemas que permitan ajustar los momentos de consumo con los periodos de ganancia energética, sea adaptando las actividades (y por lo tanto las demandas de energía) a las variaciones de la luz solar, sea con mecanismos de almacenaje de la energía. Ref: Albert Cuchí. Escola Sert COAC

9 Sistemes passius de captació d'energia solar Fuente: Fundamentos técnicos Calificación energética de viviendas IDAE

10 La energía solar es la materia prima: Características: Direccionalidad también variable: Obliga a diseñar sistemas y mecanismos que aprovechen y se adapten a las mayores ganancias solares

11 Características de la edificación para aprovechar la energía solar Unas demandas de potencia bajas, respeto a la radiación solar incidente. Actualmente la potencia mediana precisa para responder al consumo energético de una vivienda es del orden de los 10 W/m 2, aunque la potencia instantánea pueda llegar a los 300 W/m2. Casi tres cuartas partes de esta energía es en forma térmica, la mitad por calefacción, lo que permite disponer de sistemas de captación poco sofisticados. Ref: Albert Cuchí. Escola Sert COAC

12 Las Características de la edificación para aprovechar la energía solar son: una dispersión elevada de su masa por el territorio, con una gran cantidad de superficie por unidad de volumen - grandes posibilidades de captación- a la vez que una gran distribución por el territorio de la demanda de consumo.

13 Las Características de la edificación para aprovechar la energía solar son: La forma de emplazar el edificio: adaptándose a la direccionalidad variable

14 Las Características de la edificación para aprovechar la energía solar son: La forma de emplazar el edificio: adaptándose a la direccionalidad variable Fuente: Helder Gonçalves e João Mariz Graça Conceitos Bioclimáticos

15 Las Características de la edificación para aprovechar la energía solar son: Elementos adecuados para captarla y gestionarla, como ventanas, o estrategias útiles para su gestión, como la gran cantidad de masa que actúa como acumulador de la energía térmica.

16 Índice Introducción: Los sistemas de captación solar pasivos como parte de una estrategia bioclimática Estrategias: Captación, almacenamiento, distribución, conservación Ejemplos

17 Principales climas: Cálidos secos Cálidos húmedos o tropicales, ecuatoriales Templados o Fríos mediterráneo, continental, con períodos calurosos y fríos

18 Fuente: F. J. Neila, 2004

19 Análisis del clima local: Barcelona

20 Análisis del clima local: Barcelona

21 Análisis del clima local: Barcelona - El efecto de la inercia térmica

22 Análisis del clima local: Barcelona - El efecto de la ventilación natural

23 Análisis del clima local: Barcelona - El efecto de la calefacción pasiva

24 Análisis del clima local: Barcelona - El efecto conjunto de las estrategias pasivas

25 Como intervenir desde el proyecto? La definición de una estrategia de proyecto

26 Fuente: Anna Pagés, Albert Cuchí Burgos

27 Fuente: Anna Pages, Albert Cuchí Burgos

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29 Como intervenir desde el proyecto? Las estrategias: Reducir la demanda Aumentar la eficiencia de los sistemas Optimizar la gestión

30 Como intervenir desde el proyecto? Las estrategias: Reducir la demanda Aumentar la eficiencia de los sistemas Optimizar la gestión

31 Reducción de la demanda energética aprovechamiento de las condiciones locales: inercia térmica ventilación cruzada iluminación natural captación directa a través de la organización de ventanas y muros captación a través de colectores térmicos y fotovoltaicos Otros recursos locales (temperatura de los freáticos, etc.)

32 Principios para el aprovechamiento: 1- Captación solar diurna, en el que la energía solar es recolectada y convertida en calor. 2- Almacenamiento de calor, en el que el calor recolectado durante el día es almacenado dentro del edificio para ser usado en el futuro. 3- Distribución del calor, en el que el calor recolectado/almacenado es distribuido hacia habitaciones o zonas que requieran de acondicionamiento térmico. 4- Conservación de calor, en el que el calor es retenido en el edificio por el mayor tiempo posible Fuente: Reconsost -Fernando Martín-Consuegra Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción

33 La forma del edificio Variaciones en la demanda de calefacción para un edificio con diferente superficie de envolvente pero con el mismo volumen a acondicionar

34 Aprovechamiento de las condiciones locales: -la cantidad de cerramiento

35 Aprovechamiento de las condiciones locales: - La orientación de los cerramientos % de ahorro anual

36 Aprovechamiento de las condiciones locales: -La captación directa por aberturas/ protección solar

37 Aprovechamiento de las condiciones locales: -la cantidad y disposición de la inercia térmica del edificio el retardo (de la temperatura interior respecto la temperatura exterior) y la amortiguación (la variación interior de temperatura no es tan grande como la variación exterior).

38 Los sistemas captadores de la radiación solar se pueden clasificar en: Sistemas captadores directos Sistemas captadores semidirectos Sistemas captadores indirectos Sistemas captadores independientes. Se caracterizan por su rendimiento a la captación y por su factor de retardo. El rendimiento (r) es la relación entre la energía que penetra en el ambiente interior y la energía radiante incidente, Desfase (d) en horas. Expresa el tiempo que tarda en ceder la energía para ser útil en un local Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

39 Sistemas de captación directa: Aberturas La energía radiante penetra directamente en el espacio interior. La radiación solar atraviesa superficies transparentes a la radiación de onda corta, como es el caso del vidrio de ventanas o lucernarios. Una vez ha penetrado es absorbida por las superficies interiores y las calienta. Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

40 Sistemas de captación directa: Aberturas La energía térmica acumulada se cede al ambiente con retardo y amortiguación, por convección y radiación de onda larga, siendo esta radiación del tipo que no atraviesa el vidrio. La masa térmica en contacto con las superficies del interior sirve para reducir las oscilaciones de la temperatura del aire. Rendimiento a la captación (r) variable entre 0,4 y 0,7, según el tipo de vidrio, las carpinterías y el grado de limpieza. desfase (d) es muy bajo casi nulo Habitatge Unifamialiar a Lleida. Josep M. Puigdemassa amb l assesorament de Societat Orgànica. Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

41 Aprovechamiento de las condiciones locales: -La protección solar

42 Aprovechamiento de las condiciones locales: -La protección solar

43 Sistemas de captación semidirecta: invernaderos adosados Son aquellos donde, entre el ambiente interior y el exterior, se interpone un espacio que capta la energía solar. Este espacio intermedio o invernadero tiene una alta capacidad para captar radiación y por lo tanto, unas condiciones térmicas medias mayores que las del exterior, con una oscilación de temperaturas muy acentuada. La radiación que penetra en el invernadero es absorbida dentro del mismo, se convierte en calor y se puede ceder al ambiente interior por conducción o por convección. Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

44 Sistemas de captación semidirecta: invernaderos adosados El espacio intermedio o invernadero puede ser temporalmente habitable y actuar como una prolongación del espacio interior. rendimiento (r) variable entre 0,12 y 0,30, dependiendo básicamente de su forma (conveniente que sea lo más compacta posible) y del sistema de comunicación con el interior (mejor rendimiento si es con aislamiento móvil). Fuente: Reconsost -Fernando Martín-Consuegra Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción desfase (d) es bajo, alrededor de 1, si la comunicación con el interior básicamente es por convección y más alto, cercano a 8, si la transferencia se hace a través de muros separadores poco perforados y con inercia. Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

45 Sistemas de captación indirecta: La captación se hace mediante un elemento acumulador que almacena energía, para ceder posteriormente el calor al ambiente interior. La radiación, después de atravesar un vidrio, es absorbida y se acumula como calor en un elemento opaco de gran capacidad térmica. Desde este elemento se cede al ambiente interior como radiación de onda larga y por convección superficial y en el proceso se produce un retardo y una amortiguación de la oscilación de temperaturas. La pérdida de energía del sistema hacia el exterior puede reducirse con aislamientos móviles y vidrios dobles. rendimientos (r) entre 0,15 y 0,28, desfase (d) entre 2 (por convección hasta 12 a través de muros Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

46 Sistemas de captación indirecta: El muro de inercia es un sistema indirecto por fachada, que tiene un elemento de acumulación vertical, protegido por un cristal y acabado con una superficie selectiva cálida o de color oscuro. Este elemento puede ser un muro construido de obra de fabrica de ladrillo, hormigón o piedra, con gruesos de 30 a 40 cm. Esta gran masa retarda unas 12 h el máximo aporte de energía térmica al interior del edificio. Los valores típicos r = 0,27 y d = entre 8 y 12 según características Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

47 Sistemas de captación indirecta: En el muro Trombe se añaden unas perforaciones en la parte superior e inferior del muro para comunicar la cámara de aire que hay entre el vidrio y el muro con el ambiente interior. Con esto se aumenta la cesión de calor, por termocirculación en el circuito de aire resultante, que además puede controlarse. Se puede evitar la termocirculación invertida de noche, colocando postigos manuales o automáticos en los orificios del muro. Fig.: Sección de la vivienda Trombe en Odeillo, Francia. Fuente: Libro de la energía solar pasiva, Mazria Los valores típicos son: r = entre 0,20 y 0,35 y d = entre 1 y 3 según el esquema de convección Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

48 Sistemas de captación indirecta: El muro de agua es un tipo de muro invernadero con la pared formada por contenedores de agua, que almacenan la energía que entra y la ceden por radiación y convección, prácticamente sin retardo, pero con una fuerte amortiguación de su oscilación temporal. Si además existen huecos entre los depósitos que forman el muro, también existe termocirculación de aire caliente que aumenta el rendimiento y reduce el amortiguamiento. Insulated reflector/shades in front of four banks of south facing 55-gallon steel drums behind single glazing. Baer Zome Cluster, Corrales, NM 1972 Se utilizan unos 200 litros de agua por metro cuadrado de captación. Los valores típicos son: r = 0,22 y f = entre 1-3 según características. Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

49 Sistemas de captación indirecta: Variantes Cubierta de agua o cubierta estanque, La masa de agua se utiliza como almacén de calor, captando en invierno la radiación solar para reemitirla hacia el ambiente interior. En verano el sistema puede refrigerar, por emisión de radiación hacia el cielo. Los valores típicos son: r = 0,12 y d = 12 sistemas indirectos por suelo el elemento captador y acumulador acostumbra a ser un depósito de piedras o agua, con una alta masa térmica, cuidadosamente aislado y que capta la energía radiante por una superficie orientada hacia el Sur. Los valores típicos son: r = 0,22 y d = Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

50 Sistemas de captación independientes: La captación de la energía radiante, su acumulación y su cesión al ambiente interior se hacen mediante componentes que son independientes entre ellos. La transferencia de calor entre componentes se hace por flujos naturales de aire o agua, que circulan por conductos que conectan entre ellos los diferentes elementos. Se pueden incorporar dispositivos de control o regulación a lo largo de estos conductos. rendimientos r diversos según la disposición de elementos, los tipos constructivos y su aislamiento, con valores normales de 0,2 a 0,55. Desfase d es bueno, a causa de que el control puede ser voluntario entre 1 y 3 Fuente: Arquitectura y Energía Natural R. Serra, H. CoCh Ediciones UPC

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