Sistemas solares pasivos. Masa térmica (almacenamiento de calor). Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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La radiación solar que cae sobre paredes, ventanas, techos y otras superficies es absorbida por el edificio y almacenada como masa térmica. Luego, este calor se irradia al interior del edificio.

La masa térmica en un sistema de calefacción solar realiza la misma función que las baterías en un sistema solar fotovoltaico: almacenar energía solar para su uso posterior.

La masa térmica se puede integrar en un sistema solar pasivo de varias formas, desde suelos de baldosas hasta contenedores llenos de agua. Los materiales que absorben y retienen el calor incluyen: losas de piso de concreto, paredes de piedra y otros materiales de construcción pesados. Son el elemento principal en las casas que utilizan energía solar pasiva. Incluso si la mayoría de las ventanas del edificio están orientadas al sur, pero no hay reserva de masa térmica, dicha casa no será energéticamente eficiente. Debe saber que una superficie oscura refleja menos y absorbe más calor. Si el piso está cubierto con baldosas oscuras, absorberá calor durante el día y lo irradiará durante la noche. La magnitud del flujo de calor depende de la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el objeto al que se dirige.

Como se describió anteriormente, el calor se mueve de tres maneras: conducción (transferencia de calor por materiales sólidos), convección (transferencia de calor debido al movimiento de líquidos o gases) y radiación. La superficie de la casa también pierde calor por estas tres vías. Un buen diseño de un edificio solar pasivo ayuda a minimizar la pérdida de calor y maximizar su distribución eficiente. La cantidad de masa térmica requerida (materiales de almacenamiento de calor) depende en gran medida del clima. Los edificios pesados ​​con gran masa térmica son más cómodos en climas cálidos, secos o fríos, pero en climas cálidos y húmedos tales edificios son ineficientes. En climas frescos, la masa térmica actúa como reserva térmica en caso de tiempo frío, mejorando así el confort y reduciendo la necesidad de calefacción auxiliar, excepto en días nublados o muy fríos.

Asegurar una masa térmica adecuada suele ser la tarea más difícil para un diseñador solar pasivo. La necesidad de masa térmica está determinada por el área total de ventanas orientadas al sur y la ubicación del edificio. Para asegurar un diseño efectivo, se deben seguir los siguientes principios:

• Ubique la masa térmica en lugares donde incida la luz solar. Una masa térmica situada en lugares donde inciden directamente los rayos del sol es más eficiente que una masa situada en un lugar de difícil acceso desde el sol. Los edificios diseñados para la absorción solar indirecta necesitan 34 veces más masa térmica que los que utilizan la luz solar directa.
• Distribuir masa térmica. Las casas que utilizan un diseño solar pasivo son más eficientes cuando la masa térmica es relativamente delgada y se distribuye en un área grande. El área de superficie de la masa térmica debe ser al menos 3 veces y preferiblemente incluso 6 veces mayor que el área total de las ventanas orientadas al sur. Las losas de piso con un espesor de 8 a 10 cm son más efectivas que un piso con un espesor de 40 a 50 cm.
• No cubra la masa térmica. Las alfombras y los pasillos impiden la transferencia de energía hacia y desde las células solares pasivas. Las paredes de piedra pueden tener un acabado en seco, pero no deben cubrirse con tapices de pared grandes o paneles de madera. El acabado seco debe aplicarse directamente sobre la pared y no sobre revestimientos adheridos a la pared que crean un espacio de aire aislante no deseado entre el acabado y la masa térmica.
• Aislar las superficies internas de la masa térmica. Existen varios métodos para aislar losas de piso y paredes exteriores de piedra. Tales medidas son necesarias para ahorrar energía. Desafortunadamente, a veces pueden surgir problemas, como la aparición de termitas en el aislamiento de espuma para paneles de piso.
• La masa térmica debe ser polivalente. Para justificar los costos financieros, la masa térmica debe servir no solo como acumulador de calor, sino también para otros fines. Por ejemplo, los muros de piedra capaces de almacenar calor, aunque uno de los elementos del diseño solar pasivo, tienen un coste desmesuradamente elevado si se necesitan únicamente como masa térmica. Un suelo de baldosas retiene el calor, sirve como elemento estructural y es un hermoso elemento de diseño. Los muros internos de piedra son un elemento estructural que separa las habitaciones y mantiene el calor.

Al diseñar un sistema solar pasivo, el proceso de elección de los materiales de construcción debe prestar atención a su capacidad para retener el calor. Este valor se denomina capacidad calorífica volumétrica (J/m3-oC) o, en otras palabras, es la cantidad de calor que el material es capaz de absorber y almacenar.

Capacidad calorífica volumétrica para algunos materiales de construcción de uso común:

En el pasado, los diseñadores solares pasivos usaban agua almacenada en grandes contenedores como medio de transferencia de calor. Si bien el agua es barata, los recipientes y el espacio que ocupan son bastante caros. Algunos diseñadores se han trasladado a contenedores llenos de piedras, usándolos como depósitos de masa térmica. Debe tenerse en cuenta que para mantener la misma cantidad de calor, se requerirán tres veces más piedras que agua. Sin embargo, el ambiente húmedo que se forma en los lugares donde se instalan los recipientes de agua provoca un fuerte olor desagradable y es un ambiente propicio para la reproducción de hongos y bacterias. Estos problemas han socavado la reputación de esta opción de construcción solar pasiva.

Almacenar calor con agua y piedras requiere sistemas de control, bombas y ventiladores complejos. Tal proceso de conservación del calor casi nunca se usa hoy en día. La razón principal de esto es que el funcionamiento de dichos sistemas depende de la electricidad, estos sistemas requieren mantenimiento, están sujetos a averías periódicas y, en consecuencia, requieren reparación.

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