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Principios de transferencia de energía solar pasiva

Principios de transferencia de energía solar pasiva

La energía solar pasiva se fundamenta en el aprovechamiento de la energía solar sin la necesidad de utilizar mecanismos de soporte externos. Por estos mecanismos nos referimos a la utilización de motores eléctricos para orientar paneles solares o sistemas similares.

El objetivo es obtener un confort térmico personal. El confort térmico personal es una función de los factores de salud personal (médicos, psicológicos, sociológicos y situacionales), la temperatura del aire ambiente, la temperatura media radiante, el movimiento del aire (sensación térmica, turbulencia) y la humedad relativa (que afecta el enfriamiento evaporativo humano).

Para utilizar la energía solar pasiva se requiere realizar una serie de intercambios de energía, de transferir energía de un sistema a otro. Por ejemplo, transferir la energía de la radiación solar a un depósito de agua para calentarla y obtener agua caliente sanitaria.

Esta transferencia de energía térmica se realiza básicamente mediante tres procesos termodinámicos. En los edificios el intercambio termodinámico se produce a través de la convección térmica, la conducción térmica y la radiación térmica a través del techo, paredes, pisos y ventanas.

Transferencia de calor por conducción

La transferencia de calor por conducción se basa en el transporte de calor de un cuerpo a otro a través de un tercer elemento. Este tercer elemento conductor puede ser el aire o el agua. En el campo de la energía solar pasiva el transporte de energía a través del aire es muy importante.

En términos de energía solar pasiva, la transferencia de calor por conducción térmica puede ser beneficiosa o perjudicial y suele ir muy relacionada con la transferencia de calor por convección.

La infiltración de aire no controlada debido a la mala climatización / impermeabilización / impermeabilización del aire puede contribuir hasta el 40% de la pérdida de calor durante el invierno. Sin embargo, la colocación estratégica de ventanas o ventilaciones operables puede mejorar la convección, la ventilación cruzada y el enfriamiento en verano cuando el aire exterior tiene una temperatura y humedad relativa cómodas.

Los sistemas de ventilación con recuperación de energía filtrada pueden ser útiles para eliminar la humedad, el polvo, el polen y los microorganismos no deseados en el aire de ventilación sin filtrar.

La convección natural que provoca la subida del aire caliente y la bajada del aire más frío puede provocar una estratificación desigual del calor. Esto puede causar variaciones incómodas en la temperatura en el espacio acondicionado superior e inferior, servir como método para ventilar el aire caliente o diseñarse como un circuito de flujo de aire por convección natural para la distribución pasiva del calor solar y la ecualización de la temperatura.

El enfriamiento natural por la transpiración y la evaporación humana puede facilitarse mediante el movimiento de aire convectivo natural o forzado por los ventiladores, pero los ventiladores de techo pueden perturbar las capas de aire aislante estratificado en la parte superior de la habitación y acelerar la transferencia de calor desde un ático caliente o por las ventanas cercanas. Además, alta humedad relativa. Inhibe el enfriamiento por evaporación de los humanos.

Transferencia de calor por convección

La transmisión térmica por convección se basa en el intercambio de calor entre dos cuerpos que están en contacto y que cada uno de ellos tiene una temperatura distinta. Este proceso termodinámico lo observamos cuando tocamos un radiador con la mano, en este momento, el radiador (más caliente) nos transfiere energía térmica a nuestra mano (más fría) por convección.

En edificios construidos siguiendo los parámetros de la arquitectura pasiva es muy importante utilizar elementos constructivos con una gran capacidad de aislamiento térmico. Conviene evitar los puentes térmicos en los revestimientos de puertas y ventas exteriores.

La transferencia de calor por radiación

La transferencia de calor por radiación se produce a través de ondas electromagnéticas sin que haya ningún elemento de por medio. De esta forma la energía solar puede viajar desde el Sol hasta la Tierra a través de un espacio vacío.

La principal fuente de transferencia de calor es la energía radiante, y la fuente principal es el Sol. La radiación solar ocurre predominantemente a través del techo y las ventanas (pero también a través de las paredes). La radiación térmica se mueve desde una superficie más cálida a una más fría. Los techos reciben la mayor parte de la radiación solar entregada a una casa. Un techo fresco, o un techo verde, además de una barrera radiante, puede ayudar a evitar que su ático se caliente más que la temperatura máxima del aire exterior en verano.

Las ventanas son un sitio listo y predecible para la radiación térmica. La energía de la radiación puede moverse hacia una ventana durante el día y salir por la misma ventana durante la noche. La radiación utiliza fotones para transmitir ondas electromagnéticas a través de un vacío o medio translúcido.

El aprovechamiento de la radiación solar también es importante en días fríos y despejados. Si se quiere reducir el calor que entra a través de las ventanas se puede reducir mediante el acristalamiento aislado, el sombreado y la orientación de las ventanas. Las ventanas son particularmente difíciles de aislar en comparación con el techo y las paredes. La transferencia de calor por convección a través y alrededor de las cubiertas de las ventanas también degradan sus propiedades de aislamiento. Cuando se sombrean las ventanas, el sombreado externo es más efectivo para reducir la ganancia de calor que las cubiertas internas de las ventanas.

El sol occidental y oriental puede proporcionar calor e iluminación, pero es vulnerable al sobrecalentamiento en verano si no está a la sombra. En contraste, el sol del mediodía bajo admite fácilmente la luz y el calor durante el invierno, pero puede ser fácilmente sombreado con salientes apropiados o persianas angulosas durante el verano y árboles de sombra de verano que arrojan sus hojas en el otoño. La cantidad de calor radiante recibido se relaciona con la latitud de la ubicación, la altitud, la cubierta de nubes y el ángulo de incidencia estacional / por hora.

Otro principio de diseño solar pasivo es que la energía térmica puede almacenarse en ciertos materiales de construcción y liberarse nuevamente cuando la ganancia de calor facilita la estabilización de las variaciones de temperatura diurnas (día / noche). La interacción compleja de los principios termodinámicos puede ser contradictoria para los diseñadores primerizos. El modelado preciso por computadora puede ayudar a evitar experimentos de construcción costosos.

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Última revisión: 6 de febrero de 2019