lunes, 9 de agosto de 2010
Fachadas vegetales
El diseño de este tipo de fachadas integran el empleo de plantas a modo de una piel exterior de los edificios.
La vegetación tiene una serie de caacterísticas que permiten mejorar el comportamiento de los edificios y mejoran las condiciones ambientales a su alrededor debido a las siguientes razones:
Refrescan el ambiente a su alrededor, las plantas pierden agua hacia el medio mediante evapotranspiración empleando en este proceso el calor del aire del entorno, consiguiendo así refrescar y humidificar el ambiente.
Mejora en la calidad del aire, debido al efecto de la fotosíntesis absorbiendo CO2 y generando nuevo oxígeno.- Reducción de la contaminación por el efecto de la fijación de metales pesados como el plomo, el cadmio u otros cuyas partículas se encuentran en suspensión en el aire. Estas partículas se fijan al sustrato o suelo que mantiene esta vegetación siendo metabolizadas por los hongos y bacterias presentes.
- Ventilación natural, como consecuencia de la variación de temperaturas en su entorno que genera corrientes de aire naturales.
- Protección frente al viento.
- Proteción solar y aislamiento térmico, la vegetación obstruye, filtra y refleja la radiación solar.
En algunos casos resulta interesante el empleo de plantas de hoja caduca que garantizan protección frente a la radiación solar en verano permitiendo el paso de la radiación solar en invierno.
Existen diferentes tipologías de sistemas constructivos para las fachadas vegetales. Los más destacados son:
- Sistemas en base a paneles modulares, ya sean de aluminio, acero inoxidable u otros materiales, sirven de sustrato para la vegetación. Pueden incorporar sistemas de riego.
- Hormigón vegetal, los poros del hormigón sirven de sustrato a la vegetación. Se humedece con un sistema de tuberías y aspersores vistos.
- Sistemas a base de plantas trepadoras, en los que pueden emplearse enrejados para favorecer el crecimiento y fijación de las plantas.
En la actualidad existen diferentes proyectos de investigación que tienen como objetivo la obtención de modelos teóricos y la cuantificación de las mejoras proporcionadas por este tipo de fachadas.
Durante los próximos años veremos un creciente empleo de fachadas vegetales ya que constituyen una excelente alternativa para una arquitectura más ecológica y sostenible.
viernes, 6 de agosto de 2010
Aislamiento térmico: materiales reflectivos
La mayor parte de la demanda energética de los edificios proviene de la calefacción y refrigeración de los mismos. Esta demanda está condicionada por el aislamiento térmico de los cerramientos que constituyen su envolvente térmica.
Entre las múltiples tecnologías disponibles en el mercado para reducir la demanda energética en los edificios destaca el empleo de aislantes térmicos reflectivos.
El flujo de calor a través de los cerramientos de la envolvente térmica de los edificios se produce por métodos de transferencia de calor:
- Transmisión por conducción.
- Transmisión por convección.
- Transmisión por radiación.
Durante el invierno entre un 50-75% de las pérdidas de calor a través de las cubiertas y entre un 65-80% de las pérdidas por muros se deben a la radiación térmica. Mientras que en verano hasta un 93% de las ganancias de calor son debidas a la radiación térmica.
El empleo de materiales aislantes reflectivos en la construcción de edificios proviene de la experiencia acumulada en la industria aeroespacial.
La estructura de estos materiales combina el empleo de láminas delgadas de aluminio, con alta capacidad de reflexión de la radiación térmica, con una matriz de burbujas de polietileno.
Mediante el empleo de este tipo de materiales se puede reducir la demanda energética de climatización hasta en un 30%.
Presentan además las siguientes características:
- Buen aislamiento acústico.
- Fácil colocación.
- Impermeable al agua.
- Duración.
- Resistencia al fuego.
Cubiertas
Fachadas ventiladas
Fachadas
Suelos
Suelos radiantes
Cámaras de aire
jueves, 5 de agosto de 2010
Microcogeneración doméstica: turbinas de gas
Se entiende por cogeneración el proceso mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil.
Su principal ventaja es la eficiencia energética ya que aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso.
Este proceso es ampliamente aplicado en procesos industriales y en grandes edificios en los que el calor excedente se aprovecha para la calefacción, refrigeración (máquinas de absorción) o para la producción de agua caliente sanitaria.
En la actualidad existe una tendencia incipiente a la utilización de la cogeneración por parte de los consumiores finales, es los que se conoce como microcogeneración.
Entre las principales ventajas de la microcogeneración destacan:
- La producción de la energía se realiza en el lugar donde se consumo evitando las pérdidas en el transporte.
- Independencia del suministro eléctrico externo.
- Independiente de los factores meteorológicos.
La microcogeneración emplea microturbinas de gas o pequeños motores de combustión para la generación de energí eléctrica, mientras que el calor residual se emplea para calefacción, refrigeración o para la producción de agua caliente sanitaria.
Existen microcogeneradores de reducido tamaño, similar al de cualquier electrodoméstico. en la siguiente figura se muestra la estructura interna de un micocogenerador con turbina de gas para la producción de energía eléctrica y un intercambiador de calor para la recuperación del calor de los gases de combustión.
La estrutura interna de la turbina es la que se muestra a continuación. Se produce una reacción de combustión del gas en el quemador de la turbina. Los gases generados se expansionan en la turbina produciendo el giro del eje del alternador generándose energía eléctrica.
Los gases una vez expansionados contienen una energía térmica residual que puede ser aprovechada para calentar agua que se puede emplear para distintos usos. Este calentamiento se realiza en un intercambiador de calor que es atravesado por los gases residuales y el agua a calentar.
En los próximos años veremos una creciente implantación de estos sistemas. Muchos fabricantes están desarrollando microcogeneradores que lanzarán al mercado durante el año 2011.
Estos sistemas están especialmente indicados para aplicaciones en las que se necesite un suministro continuo de agua caliente como pueden ser saunas, gimnasios, hoteles, piscinas...
En bloques de viviendas se recomienda su empleo en comunidades de más de 30 viviendas.
Fuente imágenes: Consumer Eroski Infografías http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/01/31/190411.php
lunes, 2 de agosto de 2010
Energía solar térmica: tipos de captadores
El aprovechamiento de la energía solar térmica o energía termosolar constituye una de las principales fuentes de energía renovable que emplen la energía procedente del sol.
Este tipo de tecnologías basan su funcionamiento en el calentamiento de un fluido térmico mediante captadores solares para su posterior aprovechamiento.
Entre las distintas aplicaciones de la energía solar térmica destacan:
- Producción de agua caliente sanitaria.
- Calefacción.
- Frío solar.
- Acondicionamiento del agua de piscinas.
Entre los tipos de captadores solares disponibles en el mercado se encuentran los siguientes:
- Captadores planos sin protección, formados por una caja en cuya base hay una plancha metálica de color negro. Estas planchas están unidas en su cara posterior a un serpertín por el que circula el fluido caloportador (generalmente agua con anticongelante). Estos captadores presentan bajo rendimiento y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).
- Captadores planos con protección, idénticos a los planos si protección pero añaden un vidrio protector transparente en su parte superior. Este vidrio provoca una especie de efecto invernadero al no ser opaco a la radiación infrarroja que emite la plancha metálica de color negro. Mejoran el rendimiento de los captadores planos sin protección y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).
- Panel de tubos de vacío, la superficie captadora está aislada del exterior por medio de un doble tubo de vidrio que crea una cámara de vacío. Presentan u rendimiento superior a los captadores planos y son adecuados para bajas temperaturas (hasta 80 ºC).
- Colectores parabólicos: poseen el mismo funcionamiento que los captadores planos con la diferencia de que la sección de la placa solar tiene forma de parábola concentrando toda la radiación solar hacia un tubo por el que circula el fluido a calentar. Presentan un elevado rendimiento y son adecuados para altas temperturas (a partir de 125 ºC).
El rendimiento de los captadores solares térmicos debe ser considerado a la hora de diseñar una instalación. Los fabricantes proporcionan coeficientes correspondientes a las curvas de rendimiento de los captadores, estas curvas son de la forma:
R=R0 - K (Tm-Ta)/I
Donde:
R es el rendimiento del captador.
R0 es el factor óptico o rendimiento máximo posible del captador.
K es el factor de pérdidas
Tm es la temperatura media del fluido en el colector (ºC)
Ta es la temperatura ambiente (ºC)
I es la radiación solar incidente en (W/m2)
Así cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura media del fluido en el captador (Tm) y la temperatura ambiente (Ta) menor es el rendimiento al aumentar las pérdidas por aumentar la emisión de calor del captador al ambiente circundante.
A la hora de realizar un correcto diseño de una instalación solar térmica se debe calcular el rendimiento medio estacional a lo largo del año, el cual es función de:
- Localización geográfica.
- Orientación de los captadores.
- Inclinación de los captadores.
jueves, 29 de julio de 2010
Factor solar de un vidrio a incidencia normal
A la hora de poder determinar la transmitancia térmica de una fachada uno de los parámetros a ser considerados es el factor solar a incidencia normal de las partes semitransparentes de la misma (generalmente cristales de ventanas y lucernarios).
Este parámetro se define como el cociente entre la energía total que entra al local a través del acristalamiento y la energía total incidente en su superficie exterior de forma perpendicular.
La energía total entrante al local a través del acristalamiento es la suma de la energía transmitida y la energía absorbida por el cristal y transmitida posteriormente al interior del local por convección.
Se representa con la letra g y su valor está comprendido entre 0 y 1. Su método de cálculo viene descrito en la norma ISO 15099: 20003.
Cuanto menor es el factor solar una mayor fracción de la energía solar incidente es reflejada al exterior por el acristalamiento favoreciendo una disminución de la demanda energética de refrigeración.Los cristales que presentan valores más bajos del factor solar son los denominados bajo emisivos.
También es posible modificar el factor solar mediante el empleo de lámina solares adheridas a los mismos, están compuestas por un substrato de poliéster al que se aplica una capa acrílica resistente al rayado y la abrasión en un lado, mientras que por el otro se aplica una capa adhesiva y un protector que debe retirarse en el momento de su aplicarse sobre el cristal.
El adhesivo utilizado es una sustancia transparente, ópticamente neutra, que se activa en contacto con el agua, formando una unión perfecta entre el cristal y la lámina durante la instalación. Este adhesivo establece un vínculo fuerte entre cristal y lámina al tiempo que proporciona transparencia y longevidad a la instalación.
domingo, 27 de junio de 2010
Integración de la energía solar fotovoltaica en los edificios
La energía solar fotovoltaica es una forma renovable de obtención de energía eléctrica a partir de la energía aportada por la luz solar a partir de paneles fotovoltaicos.
Los paneles, módulos o paneles fotovoltaicos están formados por pequeños diodos semiconductores que se excitan al recibir la radiación solar produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos. El acoplamiento en serie de muchos de estos diodos permite generar difrencias de potencial eléctrico mayores que pueden ser aprovechadas para la alimentación de diferentes consumos.
El material más utilizado en su fabricación es el silicio, el cual se encuentra en proporciones muy abundantes en la tierra. La siguente figura ilustra su proceso de fabricación:
Esta tecnología se puede integrar en el diseño de los edificios para conseguir la producción de parte de la energía eléctrica que estos consumen.
El objetivo planteado por la Unión Europea de conseguir que todos los edificios de nueva construcción sean autosuficientes a partir del año 2020 convierte a esta tecnología en uno de los pilares básicos para conseguir este ambicioso objetivo.
Esta tecnología tienen múltiples ventajas, pero también existen problemas que salvar antes de conseguir que sea una energia rentable sin necesidad de ayudas administrativas. Pasaremos a analizar ambas:
Entre sus múltiples ventajas destacan:
- Es inagotable y gratuita depende exclusivamente de la radiación solar.
- No produce emisiones de ruido ni de gases contaminantes.
- Sistemas seguros y fiables que requieren de poco mantenimiento.
- Permite una integración estética con los cerramientos del edificio.
- Bajo rendimiento, sólo el 15% de la energía solar incidente se convierte en electricidad.
- Requiere de una alta ocupación en superficie (genera unos 75 Wp/m2 de panel).
- Su capacidad de generación varía según la intensidad de irradiación.
- Dificultades para el almacenamiento de energía.
- Su rentabilidad depende de las subvenciones administrativas.
Los fabricantes de paneles fotovoltaicos están trabajando en soluciones que permitan su integración total con los cerramientos que constituyen la envolvente del edificio. Como veremos a continuación su uso no está limitado a disponer una serie de paneles en la cubierta del edificio. Las alternativas son las siguientes:
- Integración en muros cortina y cristales de ventanas:
- Integración en cerramientos ciegos de fachada:
- Cubiertas:
La perspectiva para los próximos años será la de un avance tecnológico importante de esta tecnología y un amplio aumento en su utilización, tanto en edificios de nueva construción como en edificios ya construidos.
viernes, 25 de junio de 2010
Frío solar mediante máquinas de absorción
La alternativa más ecológica a la hora de climatizar un edificio es el empleo de fuentes de energía renovables o el aprovechamiento de excedentes de energía de otros procesos.
Para este tipo de aplicaciones se emplean las máquinas de absorción. Estas máquinas se diferencian de las máquinas de climatización por compresión de vapor convencionales en que la fuente exterior de energía necesaria para su funcionamiento es de origen térmico y no eléctrico.
En particular una excelente fuente de energía es la energía solar térmica, en muchas instalaciones se emplea únicamente para la generación de agua caliente sanitaria, presentando importantes excedentes que en muchos casos se disipan directamente al ambiente exterior, especialmente en los meses de verano en los que la demanda de refrigeración es más elevada.
En particular una excelente fuente de energía es la energía solar térmica, en muchas instalaciones se emplea únicamente para la generación de agua caliente sanitaria, presentando importantes excedentes que en muchos casos se disipan directamente al ambiente exterior, especialmente en los meses de verano en los que la demanda de refrigeración es más elevada.
Entre los distintos tipos de máquina de absorción destacan::
- Máquinas de efecto simple amoníaco/agua.
- Máquinas de doble efecto agua/bromuro de litrio.
Explicaremos en primer lugar el modo de funcionamiento de las máquinas de efecto simple a partir de cada uno de los elementos que la constituyen y que se muestran en el siguiente esquema:
Generador: contiene una solución de amoníaco disuelto en agua a elevada presión (unos 20 bar). Por efecto de la energía térmica exterior aportada al sistema el amoníaco disuelto se vaporiza, separándose del agua. Este vapor generado se dirige hacia el condensador.- Condensador: en este intercambiador el amoníaco se condensa cediendo calor a otro fluido, que puede ser agua o aire.
- Válvula de expansión: el amoníaco en estado líquido a presión elevada se expansiona bajando bruscamente su presión, de manera que pasa a estado bifásico (liquido + vapor).
- Evaporador: el amoníaco se evapora absorbiendo energía del circuito de utilización, generalmente agua que alimenta a un conjunto de fan coil que se encargan de climatizar las diferentes estancias.
- Absorbedor: el vapor a baja presión pasa a éste disolviéndose de nuevo en el agua procedente del generador.
- Bomba: se encarga de circular la mezcla el amoníaco disuelto en agua hacia el generador.
Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra entre 70-90 ºC. En caso de emplear energía solar térmica son adecuados los captadores de vacío.
MÁQUINAS DE DOBLE EFECTO
En cuanto a las máquinas de doble efecto su funcionamiento es similar con la salvedad de que el fluido refrigentante en este caso es el agua y el absorbente es una sal (bromuro de litio).
Presenta los mismos elementos que una máquina de simple efecto añadiendo un generador de baja temperatura.
La generación de fluido refrigerante (agua) y la regeneración del absorbente se realiza en 2 etapas distintas, de ahí la denominación de doble efecto.
El siguiente esquema ilustra su funcionamiento:
La solución concentrada de LiBr es aspirada desde el absorbedor y transportada hacia el generador de baja temperatura. Una vez allí hierve gracias al calor transferido por el refrigerante (vapor de agua) producido por el generador de alta temperatura, liberando vapor de agua y produciendo una solución de LiBr aún más concentrada, parte de la cual es aspirada por una bomba y transportada hasta el generador de alta temperatura y la otra parte vuelve de nuevo al absorbedor pasando antes por un recuperador de baja temperatura donde es enfriada.
En el generador de alta temperatura esta solución concentrada hierve por el efecto de la fuente de calor externa, generando refrigerante a alta temperatura. Como hemos indicado anteriormente este vapor a alta temperatura pierde calor en el generador de baja temperatura, produciéndose una condensación parcial del mismo. Por tanto el generador de baja temperatura actúa también como condensador.
El vapor generado en el generador de baja temperatura fluye hacia el condensador donde cede calor latente al circuito agua de refrigeración cambiando de estado (de vapor a líquido).
El refrigerante producido en los dos generadores, ya en estado líquido, es rociado mediante unos sprays sobre un intercambiador de tubos, por el interior de los cuales circula agua que es enfriada en este proceso. El agua rociada se evapora en este intercambio de calor, pasando de nuevo al absorbedor donde se encuentra con parte de la solución saturada procedente de los generadores siendo absorbido por ésta.
Este proceso un tanto complejo consigue aumentar el COP de la máquina hasta 1 - 1.2.
Estas máquinas requieren de un fluido térmico a una temperatra superior a 150 ºC. En caso de emplear energía solar térmica se requiere el empleo de captadores parabólicos orientables.
Esta tecnología ofrece una excelente oportunidad para una climatización ecológica aprovechando de la mejor manera la energía solar que tan accesible tenemos en los países mediterráneos.
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