Arquitectura solar pasiva

En el momento actual, se advierte una evidente preocupación por el cambio climático y el calentamiento global del planeta, siendo que los efectos son cada vez más violentos y casi catastróficos para los habitantes en la tierra, independientemente de las regiones donde viven.

Estos temas son reales y los gobiernos casi poco pueden hacer, sin embargo existen profesionales que se preocupan de estas situaciones que efectúan nuevas propuestas de construcción, es el caso del ingeniero Mario Guzmán Ortiz y el arquitecto Limberth Rodríguez B., Franz Pablo Rodríguez que crean un nuevo estilo de casa y con energía solar.

El acuerdo de Paris, donde Bolivia ratificó su participación, recomienda adoptar medidas y acciones inmediatas de Eficiencia Energética y Desarrollo de Energía Renovable como una forma inicial de recuperar el medio ambiente y reducir las emisiones de dióxido de carbono.

En Bolivia una de las aplicaciones más inmediatas y de plena factibilidad técnica y económica es el aprovechamiento de los procesos térmicos de la radiación solar, que trata de la transformación de la radicación solar incidente en energía en forma de calor.

ARQUITECTURA SOLAR

Uno de los aprovechamientos más desarrollados en este campo, es la arquitectura solar pasiva para proporcional confort térmico habitacional en sistemas de calefacción y ventilación en todo tipo de edificaciones, especialmente en viviendas unifamiliares.

Los sistemas pasivos no requieren ningún soporte o instalación de equipos y accesorios especializados como ser calderas, estufas, ductos, ventiladores o sistemas de aire acondicionado, ni el suministro de ningún tipo de energía comercial electricidad o derivados del petróleo y gas, es de alta eficiencia energética y desarrollo de energía renovable.

BASES

La radiación solar penetra en una edificación en forma directa y en forma indirecta; en forma directa por las ventanas y proporciona en el interior un ambiente tibio, la cantidad de radiación solar que penetra depende del tamaño y orientación de las ventanal y de la época del año; y en forma indirecta, por las paredes exteriores expuestas al sol y depende del tipo de materiales, en el día transmite el calor hacia el interior y en la noche pierde el calor hacia el exterior de la edificación, si el material es compacto el calor permanece almacenado.

Si se diseña y construye una edificación de forma y orientación compatible a las trayectorias del sol en su movimiento aparente en la esfera celeste, desde el solsticio de invierno al solsticio de verano y se establecen las relaciones geométricas entre la edificación y las posiciones del sol, se definirán los principios básicos de la arquitectura solar pasiva.

Para cada latitud geográfica del planeta existe un espacio teórico sobre la esfera celeste denominado “Ventana Solar” limitadas por las trayectorias del sol en el solsticio de invierno el día 21 de junio y el solsticio de verano en día 21 de diciembre; la forma y límites de la ventana solar para Bolivia para latitudes de 9º a 23º sur se obtiene de la carta solar para cada departamento de la publicación “Ángulos y Trayectorias Solares en el Territorio Boliviano” de Andrés Trepp de la Academia Nacional de Ciencias de Bolivia 2005.

La ventana solar en las latitudes de Bolivia es casi cenital, para los objetivos de la arquitectura solar, se divide en dos partes, los meses de templado a frio de marzo a agosto y los meses de frio a caluroso de septiembre a febrero (Fig. 2)

LA EDIFICACIÓN COMO COLECTOR SOLAR

El colector solar es el dispositivo que transforma la radiación solar incidente en energía en forma de calor, sus elementos componentes son: Una superficie transparente expuesta al sol, una placa de absorción, un sistema de almacenamiento y un sistema de distribución.

En una edificación solar pasiva las superficies transparentes son ventanas y lucernarios u otras superficies vidriadas ubicadas en la fachada solar; los materiales interiores, paredes, pisos y otros elementos de la edificación se constituyen como las superficies de absorción y a la vez de elementos de almacenamiento del calor, la distribución interior del calor, se efectúa mediante los procesos naturales de conducción, radiación y convección según el sistema pasivo seleccionado convenientemente dimensionado.

SISTEMAS PASIVOS PARA CALEFACCIÓN.

Se ha desarrollado varios sistemas pasivos para proporcionar confort térmico en la edificación que se caracterizan por la forma que interceptan la radiación solar y la almacenan:

1. APORTE DIRECTO.

El aporte directo se produce a través de la ventana, ventanillas y claraboyas, u otras superficies vidriadas, ubicadas en la fachada solar, la masa térmica el piso y las paredes.(Fig. 3)

2. PARED DE ALMACENAMIENTO.

Se dispone detrás de la superficie transparente una pared de material compacto, la superficie de color negro expuesta al sol calienta el aire y por convección natural introduce al interior de la vivienda y genera un ciclo de circulación del aire. (Fig. 4)

3. INVERNADERO

Es un recinto adicional vidriada convenientemente diseñado y se constituye en un ambiente habitacional, la pared interior y el piso se constituyen en la masa de almacenamiento del calor, el invernadero, posibilita el crecimiento de vegetales decorativos y/o de alimentación, regula la humedad y oxigena el ambiente. Se puede instalar adosado, semi contenido o contenido. (Fig. 5)

4. APORTE CENITAL

Permite el ingreso de la radiación solar por la cubierta de la edificación a través de lucernario de forma y dimensiones compatibles con las posiciones del sol en los solsticios, la masa térmica para el almacenamiento en el interior del ambiente, además de calor proporciona iluminación.(Fig. 6)

5. PERFIL DEL SÓLIDO DE EXPOSICIÓN

Con objeto de definir la forma geométrica del sólido de exposición de la edificación, primero se determina el perfil de la fachada solar, considerando las posiciones del sol en los solsticios de verano o invierno (Fig. 7), analizando gráficamente alternativas, según el sistema pasivo elegido (Fig. 8)

En base al perfil definido se diseña en proyección el sólido de exposición, que será la base y referencia para el diseño arquitectónico, distribución de los ambiente interiores, masa térmica de almacenamiento y todas las características propias que identifican a la arquitectura solar pasiva (Fig. 9)

6. PÉRDIDAS Y GANACIAS DE CALOR

Para el dimensionamiento de la superficie transparente del sistema solar, normalmente vidrio, previamente se deberán determinar la magnitud de las pérdidas de calor desde el interior de la edificación hacia el ambiente exterior; las pérdidas se producen por conducción térmica por paredes, puertas al exterior, ventanas, cielo raso, perimetrales y cambios de aire, todo expresado en unidades de potencia (vatios); la sumatoria de todas las pérdidas, es la potencia que debe ser interceptada de la radiación solar incidente en el lugar, que tiene unidades en Kwh/m2 día (Kilowatios hora por metro cuadrado día), información obtenida de registro solarimétrico para el lugar o zona del proyecto. Con los parámetros mencionados se determina la dimensión óptima de la superficie transparente.