Facultad de Arquitectura

SISTEMAS PASIVOS, CUASI PASIVOS Y ACTIVOSECOTÉCNIAS Y ECO DISEÑO

Universidad Nacional Autónoma de Universidad Nacional Autónoma de MéxicoMéxico

SISTEMAS PASIVOS, CUASIPASIVOS, SISTEMAS PASIVOS, CUASIPASIVOS, ACTIVOS, ECOTECNIAS Y ECODISEÑOACTIVOS, ECOTECNIAS Y ECODISEÑO

Un sistema pasivo, es un sistema que capta la energía solar, la almacena y la distribuye de forma natural, sin mediación de elementos mecánicos. Sus principios están basados en las características de los materiales empleados y en la utilización de fenómenos naturales de circulación del aire. Una de las grandes ventajas de los sistemas pasivos es su durabilidad.

ARQUITECTURA SUSTENTABLE, también conocida como Arquitectura Sostenible, Arquitectura Verde, Edificios Verdes, Eco-arquitectura y arquitectura ambientalmente consciente, es un modo de concebir el diseño arquitectónico buscando aprovechar los recursos naturales de tal modo de minimizar el impacto ambiental de las construcciones sobre el ambiente natural y sobre los habitantes.

La arquitectura sustentable intenta reducir al mínimo las consecuencias negativas para el medio ambiente de edificios; realzando eficacia y moderación en el uso de materiales de construcción, del consumo de energía, del espacio construido manteniendo el confort higrotérmico.

Casa pasivaElementos fisicos

Parámetros climáticos básicos para el diseño de una casa pasiva

Un sistema pasivoEs un sistema que capta la energía solar, la almacena y la distribuye de forma natural,

sin mediación de elementos mecánicos. Sus principios están basados en las características de los materiales empleados y en la utilización de fenómenos naturales de circulación del aire. Una de las grandes ventajas de los sistemas pasivos es su durabilidad.

Los sistemas pasivos se encuentran en los distintos componentes del mismo edificio, como: pisos, paredes, recipientes con agua y techos.

Puede ser un muro de ladrillo, un cerramiento

de vidrio, una cubierta... que además de cumplir sus funciones habituales (estructurales, constructivas, estéticas...) se les exige algo más: que capten la radiación solar y la trasmitan al interior del edificio.

Los elementos básicos usados son: acristalamiento, que capta la energía solar y retiene el calor, y la masa térmica que está constituida por los elementos estructurales del edificio o por algún material acumulador específico como agua, tierra, piedras, que tiene como misión almacenar la energía captada.

Métodos de control de calor

ESQUEMAS DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS SOLARES PASIVOS.

Los sistemas solares pasivos se utilizan principalmente para captar y acumular el calor proveniente de la energía solar. Se los llama pasivos ya que no se utilizan otros dispositivos electromecánicos (bombas recirculadoras, ventiladores, etc.) para recolectar el calor. Esto sucede por principios fisicos básicos como la conducción, radiación y convección del calor.

GANANCIA DIRECTA Es el sistema más sencillo e implica la captación de la energía del sol por superficies vidriadas que son dimensionadas para cada orientación y en función de las necesidades de calor del edificio o local a climatizar.

MURO DE ACUMULACIÓN NO VENTILADO También conocido como Muro Trombe, es un muro construido en piedra, ladrillos, hormigón o hasta agua pintado de negro o color muy oscuro en la cara exterior. Para mejorar la captación se aprovecha una propiedad del vidrio que es generar efecto invernadero por el cual la luz visible ingresa y al tocar el muro lo calienta emitiendo radiación infrarroja a la cual en vidrio es opaco. Por este motivo se eleva la temperatura de la superficie oscura y de la cámara de aire existente entre el muro y el vidrio.

Muros de agua

Esquema de funcionamiento de un muro de agua.

MURO TROMBE

Un muro Trombe o muro Trombe-Michel, es un muro o pared orientada al sol, preferentemente al norte en el hemisferio sur y al sur en el hemisferio norte construida con materiales que puedan acumular calor bajo el efecto de masa térmica (tales como piedra, hormigón, adobe o agua), combinado con un espacio de aire, una lámina de vidrio y ventilaciones formando un colector solar térmico.Edward Morse patentó el diseño en 1881 (US Patente 246626), pero este fue ignorado hasta 1964. En los años 1960 el diseño fue popularizado por las construcciones que usaban los principios de la casas solares pasivas en Font-Romeu-Odeillo-Via, Francia, por el ingeniero Felix Trombe y el arquitecto Jacques Michel.

FUNCIONAMIENTO Su funcionamiento se basa en la diferencia de densidad del aire caliente y el aire frío, que provoca corrientes en una u otra dirección dependiendo de las trampillas que estén abiertas. Estas corrientes de aire caliente o templado calientan o refrescan introduciendo o extrayendo el aire caliente del edificio o las habitaciones donde se instale.

CONSTRUCCIÓN Es un dispositivo que puede perfectamente construir cualquiera con un mínimo de conocimientos de construcción. Aunque dependiendo del acabado y de los materiales usados, concretamente los cristales y aislantes, puede dar un rendimiento más o menos óptimo.

Calentamiento de la vivienda en invierno. Posición cuando no se utiliza

EL CONCEPTO DEL MURO TROMBEDurante el día, cuando los rayos del sol atraviesan la lámina de vidrio calentando la superficie oscura del muro calentándolo y almacenando el calor en la masa térmica de este. En la noche, el calor se escapa del muro tendiendo a enfriarse principalmente hacia el exterior. Pero como se encuentra con la lámina de vidrio (es semiopaca a la radiación infrarroja) el calor es entregado al interior del local. Debido a esto la temperatura media diaria del muro es sensiblemente más alta que la media exterior. Si la superficie vidriada es mejorada en su aislamiento térmico (mediante doble o triple vidrio) la pérdida de calor hacia el exterior es mucho menor elevando la temperatura del local a calefactar. Esto permite que mientras en el exterior hay bajas o muy bajas temperaturas el interior del local se encuentre en confort higrotérmico y adecuadamente diseñado y calculado se puede lograr una temperatura constante de 18 o 20ºC en el interior de la casa.En el diseño original, la superficie de captación solar era muy pequeña y había mucha pérdida de calor al ambiente exterior, debido a que la resistencia al paso del calor entre la superficie del colector y el interior es la misma en ambas direcciones.

ESQUEMAS DE FUNCIONAMIENTO En estos sencillos esquemas podemos ver como circulan las corrientes de aire frío (flechas azules) y aire caliente (flechas rojas), dependiendo de la posición de las trampillas (amarillas) que hay en el muro del edificio (naranja).

MURO DE ACUMULACIÓN VENTILADO Similar al anterior pero incorpora orificios en la parte superior e inferior para facilitar la transferencia de calor entre el muro y el ambiente mediante convección que se suma al aporte por radiación.

INVERNADERO ADOSADO En este caso al muro que da al mediodía se le incorpora un espacio vidriado que puede ser habitable y mejora la captación de calor durante el día y reduce las pérdidas de calor hacia al exterior.

TECHO DE ACUMULACIÓN DE CALOR En ciertas latitudes es posible usar la superficie del techo para captar y acumular la energía del sol. También conocidos como estanques solares requieren de complejos dispositivos móviles para evitar que se escape el calor durante la noche.

CAPTACIÓN SOLAR Y ACUMULACIÓN CALOR Es un sistema más complejo y permite combinar la ganancia directa por ventanas con colectores solares de aire o agua caliente para acumularlo debajo del piso. Luego de modo similar al muro acumulador ventilado se lleva el calor al ambiente interior. Adecuadamente dimensionado permite acumular calor par siete o más días.

ELEMENTOS BÁSICOS DE DISEÑO

Ejemplos de casas solares pasivas en Argentina. La casa solar de Mendoza.

Ejemplos de casas solares pasivas en Argentina. La casa solar de La Plata (Ver Muros de agua.

La casa solar de La Planta integra estrategias de diseño para minimizar el uso de energía en climatización. Tales como: muros de agua, agua caliente solar, aislamiento térmico, ventilación cruzada, ventilación selectiva, protección solar, techo ventilado, chimenea solar, secado solar de ropa, refrescamiento solar.

En la arquitectura bioclimática se utilizan, como una de las estrategias de diseño para amortiguar la variación de la onda térmica interior respecto de la exterior, sistemas simples que acumulen calor y luego lo cedan al ambiente interior, cuando en el exterior la temperatura baja.Entre estos se encuentran los muros de agua, que son recipientes o paredes llenas de agua que forman un sistema integrado de calefacción, al combinar captación y almacenamiento.Un buen ejemplo se encuentra en la "Casa solar de La Plata", construida en 1980 en la ciudad de La Plata, Buenos Aires, Argentina, en la esquina de 526 y 15.

Vista en corte de la casa solar de La Plata integra estrategias de diseño para minimizar el uso de energía en climatización. Tales como: muros de agua, agua caliente solar, aislamiento térmico, ventilación cruzada, ventilación selectiva, protección solar, techo ventilado, chimenea solar, secado solar de ropa, refrescamiento solar.

SISTEMAS CUASIPASIVOS Los sistemas cuasi pasivos, son aquellos que funcionan con los fundamentos básicos de un sistema pasivo, sin embargo si existe un funcionamiento mecánico, esto es que puede presentar movimiento de fluidos, como agua, viento y principalmente de energía. Generalmente se les considera sistemas cuasi pasivos a todos aquellos mecanismos como las celdas fotovoltaicas, los calentadores de agua solares y las torres de deshumificación.

La eficiencia energética es una de las principales metas de la arquitectura sustentable, aunque no la única. Los arquitectos utilizan diversas técnicas para reducir las necesidades energéticas de edificios mediante el ahorro de energía y para aumentar su capacidad de capturar la energía del sol o de generar su propia energía.

Entre estas estrategias de diseño sustentable se encuentram la calefacción solar activa y pasiva, el calentamiento solar de agua activo o pasivo, la generación eléctrica solar, la acumulación freática, y más recientemente la incorporación en los edificios de generadores eólicos.

UN PANEL SOLAR es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a

los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

PANELES FOTOVOLTAICOSArtículo principal: Panel fotovoltaicoLos paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz

en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, que significa "luz-electricidad". Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico para transformar la energía del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas con cargas eléctricas opuestas.

ctor Solar.ctor Solar.

Colector Solar

Esquema de funcionamiento.

Esquema de funciona

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico.

Las placas fotovoltaicas se dividen en:Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su

forma circular o hexagonal).

Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.

Su efectividad es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 1%, sin embargo su coste y peso es muy inferior

Paneles solar Barra de silico policristalino

SISTEMAS ACTIVOS La característica principal de los sistemas activos es que estos utilizan un fluido de trabajo en movimiento que puede ser agua, aire, aceites o algún otro fluido. Los principales componentes que intervienen en estos sistemas son: el colector solar, la unidad de almacenamiento, sistemas de conversión y control y el lugar donde se hace la descarga de energía.

Son elementos de un cierto valor arquitectónico, dada su integración dentro de la solución constructiva del edificio

trata de una solución económica, ya que no representan un sobre costo frente a una construcción convencional, pues tienen un ciclo de vida muy largo, semejante al del conjunto de la edificación, al no tratarse de mecanismos complicados que puedan estropearse.

SISTEMA SOLAR ACTIVO o simplemente activo es un término acuñado por la arquitectura bioclimática y solar para definir al principio de captación solar, almacenamiento y distribución que necesita para su funcionamiento el aporte de energía externa.

Por oposición se dice sistema solar pasivo al que utiliza medios físicos naturales para su funcionamiento.

Un sistema solar activo requiere de la energía solar para su funcionamiento y permite la captación y acumulación de calor, la generación de electricidad mediante la conversión fotovoltaica o mediante la generación eólica. En la captación de la energía del sol se utilizan paneles solares, que pueden transferir dicha energía a fluidos como el aire, el agua, u otros.

PANEL SOLAR

Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

Paneles fotovoltaicos Artículo principal: Panel fotovoltaicoLos paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas

a veces son llamadas células fotovoltaicas, que significa "luz-electricidad". Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico para transformar la energía del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas con cargas eléctricas opuestas. Numerosas empresas e instituciones están trabajando para aumentar la eficiencia de los paneles, principalmente compañías privadas las que realizan la mayor parte de la investigación y desarrollo en este aspecto.

Por otra parte, una serie de universidades trabajan en artefactos que usan la energía solar a través de estos paneles, especialmente vehículos eléctricos y recientemente los barcos solares, las que compiten para alcanzar la superioridad en este campo de la tecnología. Se reúnen en competiciones como la Solar Splash[1] en América del Norte, o la Frisian Nuon Solar Challenge[2] en Europa.

En 2005 el problema más importante con los paneles fotovoltaicos era el coste, que ha estado bajando hasta 3 o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles ahora está tendiendo a subir. Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio más delgados para bajar los costes de producción. Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que se aumenta la producción los precios continuarán bajando en los próximos años.

El área de mayor crecimiento lo forman los sistemas conectados a la red pública (grid tied systems). En los Estados Unidos, con incentivos de los estados, compañías eléctricas y (en 2006 y 2007) del gobierno federal, el crecimiento continuará. Los programas de contadores conectados a red (net metering) permiten a los usuario recibir una compensación por cualquier energía extra que incorpore a la red. La mayor parte de este sistema compra la energía al mismo precio de venta, aunque algunas compañías la compran a un precio cercano a 1/3 de lo que cobran. Como contraste, en Alemania se ha adoptado un sistema extremo de net-metering para incentivar el crecimiento del mercado de las energías renovables, de forma que se paga ocho veces lo que la compañía cobra. Este alto incentivo ha creado una enorme demanda de paneles solares en ese país.

AGUA CALIENTE SOLAR

Artículos principales: Colector solar y Energía solar térmicaUn calentador solar de agua usa la energía del Sol para calentar un líquido, el cual

transfiere el calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente de sanitario puede ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.

Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula líquido adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) asegura la transformación de radiación solar en calor, mientras que el líquido que circula por los tubos transporta el calor hacia donde puede ser utilizado o almacenado. El líquido calentado es bombeado hacia un aparto intercambiador de energía (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energía solar.

ECOTECNIAS

Las ecotecnias son sistemas que ayudan al hombre a aliviar algunas de sus necesidades, tomando en cuenta, primordialmente, el equilibrio ecológico.Por ecotecnias se entienden aquellas tecnologías que garantizan una operación limpia, económica y ecológica.

El manejo de la energía es un elemento fundamental para definir como ecológico un proyecto de ecoturismo.

La aplicación de ecotecnologías en las instalaciones ecoturísticas es obligada sobre todo si se ubican en sitios apartados de la ciudad donde no hay servicios como agua entubada, drenaje y corriente eléctrica. Con la aplicación de las ecotecnologías es posible dar una solución para el hospedaje cuente con agua fría y caliente, agua para uso y consumo humano, energía eléctrica para hacer funcionar bombas, algunos aparatos y la iluminación nocturna del centro.

PASOS DE ECODISEÑO

Una herramienta efectivaEl Ecodiseño es una metodología ampliamente probada y los resultados de proyectos llevados a

cabo tanto en Europa como en América Central prometen una reducción de un 30% a un 50% del deterioro del ambiente que a menudo

es factible a corto plazo. La experiencia ha demostrado que comenzar el proceso es relativamente sencillo. El enfoque “paso a paso” nos guía a través del proceso y la metodología está planeada de manera muy práctica. A través de su aplicación en empresas centroamericanas se ha comprobado que este método es capaz de generar excelentes resultados aun desde la primera vez que se aplica

VENTAJAS DE ECOTECNIAS

• Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores; el consumo de energía eléctrica es totalmente gratuito.

• La instalación con paneles fotovoltaicos es de tipo modular; si aumentan las exigencias de consumo, puede aumentarse el número de paneles sin necesidad de intervención de especialistas.

• No usa combustibles, eliminando la incomodidad de tener que aprovisionarse y el peligro de su almacenamiento.

• La electricidad que se obtiene es en forma de corriente continua y generalmente a bajo voltaje, con lo que se evita el riesgo de accidentes, tan peligrosos en las líneas actuales.

• La energía solar se produce en el mismo lugar donde se consume: no necesita transformadores, ni canalizaciones subterráneas, ni redes de distribución a través de las calles.

• Impacto ambiental nulo: la energía solar no produce desechos, ni residuos, basuras, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc. Al ser la única energía natural, origen de toda la demás, no contamina la naturaleza, ni descompone el paisaje con torres, postes y líneas eléctricas.

ECODISEÑO Es la técnica que permite diseñar espacios arquitectónicos en los cuales se considere el clima, el efecto del paso del viento, ganancias solares y la forma en que reacciona el cuerpo humano y logra el equilibrio ante las variaciones de temperatura y humedad que la naturaleza le impone.

EL PRODUCTOCon el fin de aprovechar las oportunidades de mercado existentes y frente a las posibilidades de mejora en el desempeño ambiental, se

escogió la cámara de refrigeración vertical como el producto a rediseñar.

La principal oportunidad de mejora de la cámara la constituyó el desempeño del sistema de enfriamiento, ya que éste operaba con considerables variaciones de temperatura en diferentes áreas del interior de la cámara.

El rediseño del producto se enfocó principalmente en los siguientes aspectos: mejorar la eficiencia de enfriamiento de la

cámara, reducir el consumo energético durante su uso, mejorar el aprovechamiento de los materiales y facilitar el mantenimiento:

limpieza y reparación.Beneficios La nueva cámara de refrigeración alcanzó los siguientes logros:Enfriamiento más rápido

Mejor distribución del aireUso más eficiente de energía: cumplimiento de su función de enfriamiento, haciendo un mejor trabajoSe crearon oportunidades para eliminar la resistencia de la puerta, la cual consumía el 28% de la energía total consumida

por la cámara anteriorMantenimiento más fácil: limpieza y reparaciónMejor imagen de calidad, lo cual permite a Waiman acercarse

Rosenfeld, E; Czajkowski, J & San Juan, G. (2004). Voz: Bioclimática / Bioambiental / Solar pasiva / Sustentable / Ambientalmente consciente. (Arquitectura).. En libro: Diccionario de la arquitectura en la Argentina. Edit Clarín, Arquitectura. Buenos Aires. ISBN 950-782-423-5

Categoría: Arquitectura sustentable

BIBLIOGRAFÍA

The American Institute of Architects. (1984). La casa pasiva. Clima y ahorro energético. Editorial Blume, Barcelona. Título original en inglés: Regional guidelines for building passive energy conserving homes.

Centro de Espacio Subterráneo de la Universidad de Minnesota. (1983). Conjuntos de viviendas semienterradas. Comportamiento energético y aspectos urbanísticos. Edit G Gili, México

http://www.cegesti.org/ecodiseno/que_es.htm