Arquitectura bioclimática: Los avances en el Cicese para reducir el consumo de energía en edificaciones

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Con el propósito de atender el problema de calefacción y ventilación de edificaciones, y con ello disminuir el consumo de energía, una investigadora del grupo de Energías Alternas del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) construyó con éxito un módulo con materiales económicos y accesibles, le adaptó un muro Trombe, acopló una chimenea solar y evaluó el desempeño del sistema.

 

Roberto Ulises Cruz / Todos@Cicese / Edición de 4 Vientos

Imagen destacada: Los proyectos con sistemas pasivos de aclimatación en el interior de los hogares empiezan a crecer en Baja California (News panasonic.com).

 

Ensenada, B.C., México, jueves 20 de octubre de 2022.- Ahora, la especialista busca promover el uso de este tipo de sistemas pasivos entre la población, pues su prototipo resultó bastante eficiente en ciudades como Ensenada, cuya temperatura máxima en verano oscila en 32 grados Celsius.

La doctora Ivett Zavala Guillén explicó que su proyecto “Módulo para evaluación de sistemas pasivos de ventilación y calefacción con propósitos de ahorro de energía en edificaciones”, nace de una convocatoria del Conacyt para atender problemas nacionales, pues el consumo de energía en edificaciones en México representa casi una quinta parte de la demanda total nacional, según datos de la Secretaría de Energía.

Para probar el sistema construyó dos módulos de madera: en uno adaptó el muro Trombe -un método de captación solar pasivo que no tiene partes móviles y que no necesita casi ningún mantenimiento, por lo que propone potenciar la energía solar que recibe una pared y así convertirlo en un sencillo sistema de calefacción- y la chimenea solar –técnica para mejorar la ventilación natural de edificios usando la convección del aire calentado por energía solar pasiva-, utilizando vidrio, pintura negra y, en general, materiales económicos y fáciles de conseguir.

Como necesitaba medir la temperatura exterior e interior en cada pared, utilizó termopilas y termopares de alta precisión en todas las paredes. Para monitorear el flujo de aire tanto en el canal de la chimenea como en el interior del módulo, utilizó anemómetros de hilo caliente que miden la velocidad del aire.

El otro módulo solo lo usó de referencia, por lo que ni siquiera se pintó pared alguna. Ambos se probaron bajo condiciones de invierno y de verano en Ensenada.

Un muro Trombe, agregó, es un sistema compuesto por un muro absorbente que puede ser de concreto, piedra, incluso de agua o aceite.

Ese muro debe tener la característica de absorber y almacenar gran cantidad de energía. Generalmente están pintados de negro, y esa pared de almacenamiento se cubre con una pared de vidrio (dejando un espacio de 15 centímetros, en el caso específico de Ensenada) para formar un canal.

 

“Cuando estamos en el hemisferio norte, la pared orientada al sur es la que recibe mayor cantidad de horas de sol. Entonces, en esa pared perforamos dos conductos, uno abajo y otro arriba, y posteriormente se coloca un vidrio”, explicó.

 

El vidrio tiene la función de generar el efecto invernadero; es decir, permite que ingrese radiación solar de forma directa debido a sus propiedades ópticas, pero evita pérdidas de calor del muro hacia el exterior.

 

La doctora Ivett Zavala Guillén y su proyecto social de dotar de hogares ambientalmente acogedores (Cortesía).

 

“La radiación solar que incide y que se transmite a través del vidrio es almacenada en el muro. En el invierno, o bajo condiciones de climas fríos, esa cantidad de energía se transfiere al aire del canal y lo calienta. Al calentarlo, tiende a subir o a flotar y regresa a la habitación a través de la apertura superior con una temperatura mayor”.

Al final se logra un ciclo en donde, al ingresar aire caliente a la habitación, el aire frío también tiende a moverse al canal por la apertura inferior, generando así un ciclo convectivo (transferencia de calor debido al movimiento masivo de moléculas dentro de fluidos como gases y líquidos).

 

“Así es como el muro Trombe calienta el interior del edificio durante el invierno”.

En verano lo que se busca es ventilar las edificaciones. Se aprovecha la misma estructura, solo que se cierran las ventilas en la parte superior del muro y se acopla una chimenea solar en la parte superior del canal.

La radiación solar incide en la misma placa absorbente, lo que calienta el aire contenido en el canal. Ese aire caliente tiende a subir, succionando así el aire contenido en el canal y como las ventilas superiores del muro están cerradas, el flujo sube por toda la chimenea y sale al exterior, generando un flujo que permite la ventilación del edificio.

Zavala Guillén recordó que el principal problema de las casas habitación en verano es la alta radiación solar. La temperatura exterior puede estar cercana a 30 grados Celsius, pero por pocas horas al día.

El asunto es que las casas absorben radiación durante toda la mañana y después del mediodía.

“Cuando las personas regresan del trabajo en la tarde, ese calor se ha disipado hacia el interior, y eso es lo que percibimos. Pero si ventilamos, ese aire caliente que está contenido dentro de la vivienda se estará removiendo”.

Con este mecanismo, construido con materiales fáciles de conseguir y muy económicos, logró evitar que la temperatura interior fuera mayor que la exterior, igualando ambas.

 

Imagen: Cortesía.

 

– Entonces, si el costo de los materiales no es elevado, ¿cuáles son las principales limitantes para que la gente use este tipo de sistemas?

“El desconocimiento. La falta de divulgación a la sociedad. Muchas personas ni siquiera ubican cuál es la parte más soleada de sus casas o que para evitar la absorción en paredes y disipación del calor hacia el interior lo único que necesitan es un toldo para cubrir. Lo primero que piensan es que necesitan aire acondicionado, en lugar de utilizar procesos pasivos que han surgido a la par de la llamada arquitectura bioclimática, para reducir las ganancias de calor y racionalizar el uso de energía”.

El prototipo que construyó para el proyecto permitió caracterizar la fachada solamente. Lo que sigue, con modelación matemática, es conocer cómo se comportará una casa habitación que, además de la fachada, tiene ventanas, puertas, gente que entra y sale a diferentes horarios, y probablemente un segundo piso.

De esta manera se podría saber qué tan eficiente puede llegar a ser en una vivienda común; es decir, determinar la temperatura que podría alcanzar tanto en verano como en invierno, así como extrapolar la información para otros climas.

Es relevante señalar que estos sistemas no excluyen que las familias utilicen otros métodos pasivos para reducir las ganancias de calor en verano y mejorar las condiciones térmicas en invierno, como el aislamiento de techos y paredes, el uso de ventanas dobles, parasoles y vegetación, entre otros.

 

“Por sí solo, ningún sistema que trabaje con energía alterna logra subsanar el problema. Es la suma de sistemas lo que permite mejorar las condiciones al interior de la vivienda y disminuir el consumo de energía. El punto es que cada edificio constituye un problema diferente”.

 

¿Cómo consideras la adopción de la arquitectura bioclimática en las construcciones de Baja California y en el resto del país?

“Comparado con hace 9 o 10 años en que empecé a estudiar arquitectura bioclimática, ahora tenemos mayor difusión. Si has observado, en ese tiempo tú no sabías que una ventana de vidrio doble era mejor que una de vidrio normal. Ahora conocemos más sobre el uso de este tipo de ventanas, el uso de vidrios selectivos, techos verdes, los impermeabilizantes blancos llamados cool roof. Hace años no los teníamos y no había tanta difusión, ahora llegas a Comex y el proveedor ya te los está ofreciendo. No somos un mercado maduro ni estamos implementando lo que ya deberíamos en cuanto a arquitectura bioclimática, pero estamos en vías de desarrollo”.

El gobierno de Baja California está por publicar el Programa Estatal de Vivienda que, por lo que se ve, no considera el uso de estas tecnologías alternas.

 

Imagen: Cortesía.

 

“En sexenios anteriores se impulsaron diferentes iniciativas y normas. Por ejemplo, la Comisión Nacional de Vivienda (Conavi) otorgaba cierto apoyo para quien utilizara paneles solares u otras tecnologías más conocidas, no necesariamente modificaciones en una vivienda.

“También impulsó que tuviéramos normas para aislamiento en México, para el uso de impermeabilizantes blancos, o en cuanto a cantidad de ventanas de acuerdo al clima, o un incentivo para el uso de techos verdes solamente en la Ciudad de México. En este sexenio no tenemos ningún incentivo o norma y al parecer se han dejado de lado”.

Y las normas que existen, ¿se aplican?

 

“Eso es el problema, que generalmente no hay regulación en México. Tal vez en algunas ciudades las aplican y en otras no. También tenemos mucha autoconstrucción, pero eso viene del problema de la carencia de recursos, porque no le puedes exigir a alguien que gana un salario mínimo en una maquiladora, que se apegue a la norma ya que construyen con lo que tienen de acuerdo a su presupuesto.

 

“Lo que le vende el constructor, por así decir, es una jaulita con los materiales más baratos, diseñada como le conviene al que la vende, no a conveniencia de la persona que la construirá y habitará. Entonces no hay una regulación bien establecida”.

El trabajo que desarrolló Ivett Zavala para este proyecto fue en colaboración con investigadores de la Universidad de Sonora, del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico y de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.

Asimismo participaron tres estudiantes de licenciatura y un técnico.

“Nos interesa, como grupo, tener conocimiento de la mayor cantidad de climas en México. Participamos en una red con gente de Cuernavaca, Puebla, Campeche, Quintana Roo, Tabasco, Yucatán, Sonora y aquí de Ensenada”, informó.

Y concluyó: “Probablemente, el sistema sirva para un clima como el nuestro, donde no tenemos temperaturas extremas en invierno ni en verano, pero adicionando otro sistema como un intercambiador tierra-aire para pre acondicionar la temperatura del aire, tal vez sirva en el sur del país. Por eso es bueno que participen personas de diferentes instituciones distribuidas a lo largo de México”.

 


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