Invernadero como sistema de calefacción pasiva en edificios de consumo nulo

¿Te imaginas calentar el aire de ventilación de forma gratuita y sin emisiones? Una propuesta de un grupo de investigación (CAVIAR y ENEDI de la UPV/EHU) propone la instalación de invernadero para el pretratamiento del aire de entrada del sistema de ventilación como sistema de calefacción pasiva ¿Te interesa? Sigue leyendo.

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Actualizado a 15-07-2021

Un grupo de investigación propone calentar el aire de entrada a los edificios de forma pasiva. Es decir, utilizando como sistema de precalentamiento el concepto de invernadero. Se trata de una propuesta del grupo de investigación CAVIAR y ENEDI de la UPV/EHU. Consiste en precalentar el aire de entrada del sistema de ventilación mediante un recurso pasivo. En este caso mediante su instalación en la cubierta del edificio y con el objetivo de reducir el consumo energético.

Para ello han diseñado y construido un prototipo de invernadero. Posteriormente han analizado su comportamiento térmico. El funcionamiento consiste en aprovechar la radiación solar para calentar el aire interior contenido en su interior. Un mecanismo sencillo y económico que funciona.

Invernadero en cubierta para ahorrar energía y reducir el consumo energético en los edificios

Lo que ha impulsado esta investigación ha sido el hecho de que existe la necesidad de expulsar el aire interior contaminado de los edificios para su renovación. El problema es que dicho aire supone cargas térmicas que se pierden, hecho que afecta al consumo energético del edificio. El porcentaje de pérdidas asociadas a la ventilación aumenta a medida que se construyen edificios más aislados y más herméticos. Por lo tanto, si el objetivo es construir edificios de consumo nulo, es necesario limitar estas pérdidas. Y la solución pasa por la optimización del sistema de ventilación.

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El prototipo tiene forma de triángulo rectángulo. Dispone de un vidrio que se orienta a Sur para captar la máxima radiación solar. Además este vidrio se orienta de manera que esté lo más perpendicular a la radiación solar. Evidentemente el ángulo de incidencia de la radiación solar varía a lo largo del año. Es por ello que el vidrio se orienta con un ángulo óptimo, en este caso de 55º para el territorio español. 

Por otro lado se ha concluido que la eficacia del invernadero depende del clima de la zona. Motivo por el cual se desaconseja su instalación en zonas más cálidas. Es decir, edificios donde la demanda de calefacción es menor respecto a edificios localizados en zonas más frías. El autor de la investigación indica que por ejemplo en Burgos, se pueden alcanzar ahorros del 58% en calefacción. Zona climática E de invierno del DB HE1 del CTE. Además la eficacia del sistema aumenta combinando el invernadero con un recuperador de calor.

Si quieres saber más sobre este prototipo consulta aquí.

Qué es un invernadero en la arquitectura pasiva

Un invernadero es un espacio construido con techo y paredes de vidrio, que se puede utilizar como vivero, como solarium o bien como sistema de calefacción pasiva de los espacios interiores de un edificio o parte de un edificio. Su funcionamiento óptimo como fuente de calor durante todo el año para alcanzar el confort interior, dependerá sin duda del correcto diseño del mismo. Para ello disponemos de herramientas informáticas de análisis energético con las que poder determinar los parámetros adecuados: el tamaño, tipo de vidrio, orientación, ventilación, orientación, etc. ¿Tienes conocimiento propio sobre la contribución energética de un invernadero? ¿Es eficiente este tipo de estrategia? ¿Qué consideraciones hay que tener en cuenta para un funcionamiento óptimo? Participa con tus comentarios.

Imagen. www.southmountain.com

Un invernadero es un espacio, construido con techo y paredes de cristal, de manera que la radiación solar puede atravesar el vidrio y calentar dicho espacio. El objetivo consiste en calentar dicho espacio mediante una estrategia pasiva (media de 8º de diferencia entre el interior y el exterior), evitando así tener que utilizar instalaciones mecánicas de apoyo, con el ahorro en energía y por tanto económico que esto supone. La radiación solar calienta el aire interior que se puede utilizar para diversos fines.

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Versiones actuales del invernadero tradicional

Existen versiones más actuales del tradicional invernadero que se puede encontrar en viviendas más tradicionales, donde este espacio se podía utilizar como zona de cultivo de plantas, o bien para tomar el sol y disponer de un espacio confortable durante las épocas más frías del año sin necesidad de encender la calefacción.

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Imagen. Pradenn Social Housing by Block Architects

Para qué sirve

Un invernadero consiste en una estancia que aprovecha las ganancias solares para cumplir una determinada función. Las funciones principales son:

Para cultivar plantas

En el interior del invernadero se crea un microclima que favorece el crecimiento de las plantas fuera de temporada, al aumentar la temperatura del aire y de la tierra de cultivo. También se puede utilizar como vivero, donde las plantas crecen a partir de las semillas.

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Como solarium

El invernadero puede ser un espacio adosado a la vivienda, muy confortable durante el invierno, que puede ser utilizado por sus usuarios para tomar el sol.

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Imagen. www arqhys com

Como sistema de calefacción pasiva

La radiación solar que pasa a través de los muros y del techo de vidrio, calienta el aire interior del invernadero, que puede ser utilizado para calentar el interior de la vivienda.

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El invernadero como sistema de calefacción pasiva

Adosado a un muro de fachada orientada a Sur puede ser una fuente pasiva de calor que permite reducir la potencia instalada del sistema de calefacción mecánico. El aire del invernadero funciona como un colchón térmico entre el interior y el exterior de la vivienda, e influye en la cantidad y dirección de calor transmitido a través del muro de fachada, según la época del año y la hora del día. Además el invernadero cuenta con aberturas para hacer circular el aire hacia un destino u otro según interese. Cuando las aberturas se cierran, y el aire se encuentra en reposo, el invernadero también tiene un efecto aislante, incluso por la noche.

Funcionamiento de un invernadero como fuente continua de calor

El invernadero utilizado como sistema de calefacción pasiva, consiste en un sistema de aprovechamiento del aire calentado en su interior por la radiación solar, para obtener una fuente continua de calor durante todo el año. Para conseguir este efecto la envolvente del solarium tiene que estar totalmente sellada, de manera que se puede controlar el destino del aire caliente.

Diseño correcto

El diseño correcto del invernadero permite enviar el aire caliente hacia el interior de la vivienda en invierno. Por el contrario, en los días de verano o cuando la temperatura en el interior de la vivienda es demasiado alta, el aire caliente se puede conducir hacia el exterior. Por lo tanto, la ventilación correcta de dicho espacio, juega un papel fundamental para conseguir el funcionamiento óptimo del invernadero durante todo el año, teniendo en cuenta la temperatura que se puede alcanzar en su interior según la época del año y la zona climática.

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Imagen. Esquema de funcionamiento de invernadero. Más información en soluciones bioclimáticas. Blog de Juan Miguel Sánchez.

Aprovechamiento de la radiación solar

La radiación solar que entra a través de las superficies de vidrio del solarium y de las ventanas que lo comunican con el interior de la vivienda, sirve para calentar el aire, pero también para calentar otros elementos como el suelo, las paredes, algún mueble estratégicamente situado etc.. que reciban dicha radiación solar. Si además dichos elementos tienen inercia térmica, durante las horas de sol acumularán calor y posteriormente lo empezarán a emitir, cuando la temperatura descienda en el interior de la vivienda.

Bloquear la radiación solar no deseada

Para bloquear la radiación solar en verano, o bien cuando la temperatura es muy alta en el interior, se utilizan sistemas que generen sombras, como toldos o voladizos por ejemplo. El mecanismo que se utilice para generar sombras, cuando no se desea acumular calor, puede ser mecánico o bien manual. Por otro lado, según la zona climática donde se localice la vivienda, el invernadero también permite mantener una temperatura de confort más o menos constante en el interior en verano (junio a octubre), sin necesidad de bloquear la radiación solar, e introduciendo aire fresco durante la noche.

Para la construcción del invernadero es fundamental elegir el tipo de vidrio más adecuado para las paredes y el techo. Un vidrio bajo emisivo permite el paso de la radiación solar hacia el interior. Pero además impide las pérdidas de calor hacia el exterior.

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Imagen. Información sobre ventanas.

Contribución energética de un invernadero

La contribución energética de un invernadero en un edificio depende de diversos factores. Entre ellos: el tamaño del invernadero, el sistema constructivo elegido, el aislamiento del muro de fachada al que se adose o el tipo de vidrio de las paredes y techo del invernadero. También la estanqueidad al aire del recinto. También de las horas de radiación solar en función de la localización del edificio. Y por supuesto, de la orientación del muro de fachada al que esté adosado. Dicha contribución se puede estimar dentro de un intervalo de entre el 10 % y el 60%.

Simulación energética de un invernadero

La simulación energética de un invernadero es un recurso muy útil para diseñar el invernadero y obtener un resultado óptimo. Un invernadero mal diseñado puede convertirse en una fuente de calor innecesaria y por tanto poco confortable. Gracias a la simulación energética del invernadero, se puede determinar diferentes parámetros. Entre ellos: el área de las ventanas, el tipo de vidrio, la orientación óptima o la sección necesaria para la ventilación. También la necesidad de enfriamiento nocturno o de elementos que proyecten sombra sobre el propio invernadero.

El programa Lider-Calener (HULC) permite conocer los valores mejorados de demanda energética de calefacción y de refrigeración del edificio. Ya sea global o por meses. Se pueden incluir capacidades adicionales del tipo: muro solar, muro trombre, fachada ventilada y otros. La herramienta permite calcular los resultados de demanda con y sin capacidades adicionales y compararlos:

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Imagen. Manual usuarios Lider-Calener p. 159.

¿Tienes conocimiento propio sobre la contribución energética de un invernadero? ¿Es eficiente este tipo de estrategia? ¿Qué consideraciones hay que tener en cuenta para un funcionamiento óptimo del invernadero? Participa con tus comentarios, y compártelo entre tus contactos.

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2 pensamientos en “Invernadero como sistema de calefacción pasiva en edificios de consumo nulo

  1. Francisco José

    Hola buenas noches,
    Tengo una marquesina en casa que se acristaló hace años y ahora hace las veces de invernadero adosado.
    ¿Sabéis como puedo incluir esta fuente pasiva de calor en el programa CE3x para realizar la certificación energética de mi vivienda?

    Muchas gracias de antemano.

    Responder
  2. Marcelo

    Vivo en la Patagonia Argentina. Diseñé mi casa “Mirando” al norte y mis ventanas pensando en el sol del invierno. En el centro de mi vivienda hay un pequeño invernadero, con distintas especies de plantas. Hay días de invierno soleados, donde la temperatura afuera no pasa de cero grado y debo bajar la calefacción. apenas baja el sol, con con sistema de cortinas, evito la pérdida de temperatura a través de los cristales. Si bien no tengo un sistema sofisticado, con solo la orientación adecuada se encuentran grandes resultados. Tener en cuenta que aquí tenemos 8 o 9 meses de frío y puede helar durante todo el año.

    Responder

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