La energía solar pasiva se basa en el aprovechamiento directo de la radiación solar, sin la necesidad de utilizar mecanismos de soporte externos, como motores eléctricos para orientar paneles solares u otros sistemas similares. El principal objetivo de este tipo de energía renovable es lograr un confort térmico natural en los espacios sin recurrir a fuentes externas de energía. En ocasiones, los sistemas solares pasivos se combinan con tecnologías activas, como la instalación de paneles fotovoltaicos, para maximizar la eficiencia energética.
Para aprovechar la energía solar pasiva, es esencial llevar a cabo una serie de intercambios energéticos, en los que la energía solar se transfiere de un sistema a otro. Un ejemplo de esto es la transferencia de calor de la radiación solar a un depósito de agua, que se utiliza para calentar el agua y obtener agua caliente sanitaria.
Esta transferencia de energía térmica se produce a través de tres procesos termodinámicos fundamentales: radiación, conducción y convección. A continuación, se detallan estos conceptos:
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 medio conductor, que puede ser aire o agua. En el ámbito de la energía solar pasiva, la conducción a través del aire es particularmente relevante.
En términos de energía solar pasiva, la conducción térmica puede ser tanto beneficiosa como perjudicial. En invierno, por ejemplo, necesitamos aprovechar el calor, mientras que en verano un exceso de calor puede generar temperaturas incómodas dentro de los espacios. Además, la infiltración no controlada de aire frío puede contribuir hasta en un 40% de la pérdida de calor en invierno.
La correcta ubicación de ventanas y sistemas de ventilación puede mejorar la convección natural, promoviendo la ventilación cruzada y el enfriamiento durante los meses más cálidos.
Los sistemas de ventilación con recuperación de energía son esenciales, ya que permiten eliminar la humedad, el polvo, el polen y microorganismos no deseados del aire sin necesidad de recurrir a sistemas de filtración energéticamente intensivos.
La convección natural, que provoca la subida del aire caliente y la bajada del aire frío, puede dar lugar a una estratificación desigual del calor, lo que podría generar variaciones incómodas de temperatura en los espacios. Sin embargo, esta estratificación también puede aprovecharse como un método para ventilar el aire caliente, o incluso como un circuito de flujo de aire para distribuir el calor solar de manera pasiva.
Transferencia de calor por convección
La transferencia de calor por convección se basa en el intercambio térmico entre dos cuerpos a diferentes temperaturas que están en contacto. Este proceso está regido por el primer principio de la termodinámica.
Un ejemplo común de este proceso es cuando tocamos un radiador caliente con la mano. En ese momento, el calor se transfiere desde el radiador (más caliente) a nuestra mano (más fría) por convección.
En los edificios construidos bajo los principios de la arquitectura pasiva, es crucial utilizar materiales con una alta capacidad de aislamiento térmico. Se debe evitar la presencia de puentes térmicos en las uniones de puertas y ventanas exteriores, para asegurar la eficiencia energética del sistema.
Transferencia de calor por radiación
La transferencia de calor por radiación ocurre a través de ondas electromagnéticas, sin la necesidad de un medio conductor. Este es el mecanismo mediante el cual la energía solar llega a la Tierra desde el Sol, viajando a través del vacío del espacio.
La radiación solar se absorbe principalmente a través de las ventanas y los techos. La energía térmica se transfiere desde las superficies calientes hacia las frías, lo que permite que la vivienda se caliente de manera natural durante el día. Sin embargo, durante la noche, esta misma radiación puede escapar a través de las mismas superficies.
En días fríos y despejados, la radiación solar es fundamental para la calefacción. Para controlar el calor que entra a través de las ventanas, es posible reducirlo mediante el uso de cristales aislantes, sombreado adecuado y una correcta orientación de las ventanas.
La radiación solar no solo proporciona calor, sino también iluminación. Para evitar el sobrecalentamiento en verano, se puede aplicar sombreado mediante aleros, persianas o árboles de sombra que pierden sus hojas en otoño, lo que permite aprovechar mejor la luz solar durante el invierno.
Un principio esencial del diseño solar pasivo es el almacenamiento de la energía térmica en ciertos materiales de construcción, lo que ayuda a estabilizar las variaciones de temperatura diurnas. Estos materiales liberan la energía acumulada durante las noches o en momentos de mayor demanda térmica.