CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Para plantear correctamente el diseño de los componentes constructivos de una edificación se requiere, no solo de consideraciones estéticas, acústicas, estructurales o económicas, entre otras, sino también de consideraciones térmicas. Las características termo-físicas de los materiales a utilizar para disminuir la carga térmica en los climas cálidos y lograr condiciones de confort, así como el régimen de ventilación de una casa, deben ser decididas siempre en relación al contexto micro-climático y en función del uso que se le va a dar a la edificación.

En una edificación concretamente en un local, en general la temperatura interior es la resultante del equilibrio entre los aportes y las pérdidas de calor del mismo. En ausencia de un sistema de climatización, la evolución de la temperatura interna depende, en buena medida, de los flujos de calor que por conducción son transferidos a través de los paramentos (techos, paredes y suelo). La conductividad térmica y el calor específico volumétrico de los materiales, además de las características superficiales de los cerramientos, determinan la ganancia de calor en el interior del recinto a través de ellos. La edificación está sometida al efecto periódico de la radiación solar incidente y de la temperatura exterior. Bajo estas condiciones exteriores variables, los materiales utilizados regulan la entrada y la salida de calor de acuerdo con dos parámetros de cierta complejidad que determinan las características de todo material: la difusividad y efusividad térmica.

Su comprensión resulta de gran importancia para conocer el comportamiento térmico de cada material, especialmente, bajo un enfoque bioclimático, cuando se busca obtener el máximo rendimiento de la envolvente del edificio.

 

Actualmente entre las recomendaciones relativas a los distintos tipos de materiales a utilizar en la edificación, dependiendo siempre del tipo de clima, únicamente se hace referencia a una de sus características térmicas. Se recomienda la utilización de materiales aislantes, livianos o pesados, de alta o baja capacidad térmica, son algunas de las características más utilizadas. Estas referencias no deben ser únicamente respecto a una de sus propiedades térmicas, de forma independiente, ya que todo material posee esas propiedades y éstas están interrelacionadas. Un material aislante que tiene baja conductividad térmica, tiene también determinados valores de densidad y de calor específico, que lo pueden diferenciar de otro material con las mismas características aislantes o similares respecto a su conductividad térmica; basta que la densidad de ambos materiales sea distinta para que el comportamiento de ambos materiales con semejante conductividad sea diferente. Por esta razón, es necesario ser más preciso cuando se recomienda el uso de un determinado material, teniendo en cuenta el global de sus características técnicas. La correlación entre difusividad y efusividad térmica de los distintos materiales puede ser una herramienta de ayuda para la selección de los materiales durante la fase de proyecto.

DOMÓTICA

Como ya se comentó anteriormente en varias ocasiones, también se deben tener en cuenta estos sistemas como parte de los “sistemas activos” de la edificación. Este tipo de instalaciones no producen energía, sin embargo complementan y regulan el correcto funcionamiento de cualquier sistema. La incorporación de sistemas domóticos en los edificios supondrá la posibilidad de gestionar eficientemente la iluminación, climatización, agua caliente, el riego, los electrodomésticos, etc., además mediante la monitorización de consumos se podrá adaptar a las necesidades específicas de cada usuario.

Los cuatro grandes ámbitos en los que se manejan estos sistemas son la seguridad, comunicaciones, el confort y la gestión de energía. Siendo estos dos últimos ámbitos, el principal objetivo que se nos plantea.

Ámbitos domotica

Imagen: Ámbitos de la domótica. Fuente: casasrestauradas.com

Para lograr mejorar la eficiencia energética de las edificaciones podemos utilizar estos sistemas aplicándolos a las soluciones constructivas que se han descrito en los anteriores apartados. Pero antes de describir algunas de las funciones a las que se suelen destinar este tipo de sistemas deberíamos estudiarlos un poco más y conocer de éste modo los elementos básicos por los que están compuestos.

El esquema básico de un sistema de domótica sería:

  • Controlador: este dispositivo central gestiona el sistema según la configuración que se le determine y la información que reciben pudiendo haber uno o varios.

 

  • Actuador: son los encargados de ejecutar la orden que reciben del controlador, actúan sobre el aparato o el sistema modificando su estado (apagado, cierre, subida, etc.).

 

  • Sensor: estos dispositivos se sitúan en lugares determinados donde puedan realizar una labor de monitorización del entorno, encargados de captar la información que se transmite al sistema (sensores de viento, luz, temperatura, etc.).

 

  • Bus: es el medio por el que se transporta la información entre los diferentes dispositivos mediante un cableado que puede ser independiente, utilizando redes ya existentes o incluso mediante redes inalámbricas.

 

  • Interfaz: son aquellos dispositivos o formatos mediante los que el usuario puede interactuar con el sistema, modificar su configuración o comprobar su funcionamiento.

Esquema sistema domótica

Imagen: Esquema básico de un sistema de domótica. Fuente: grupotecmared modificado por el autor

Los dispositivos están interconectados, actúan e interactúan con los aparatos y sistemas eléctricos convencionales mediante el programa que se le instale al sistema y la configuración que se le dé al mismo. Tanto la información recogida por el sistema como la que se proporciona de manera directa por el usuario determinan su funcionamiento.

Cuando se afirma que la domótica mejora el confort de los usuarios significa que este tipo de instalaciones facilitan una gestión integrada de los distintos mecanismos que podemos encontrar en una edificación, (iluminación, toldos, persianas, cortinas, puertas, ventanas, cerraduras) pudiéndose incluso modificar según las necesidades con los denominados “escenarios”, el sistema actúa de manera inteligente, programándose para determinadas situaciones como por ejemplo el escenario “me voy de casa”, en el que con pulsar un botón en la interfaz antes de salir, se cierran las persianas, se apagan las luces y se desactivan las instalaciones o se reducen al mínimo.

Todos los sistemas de confort como es lógico, están relacionados con una mejora en la gestión energética, estos sistemas son capaces de medir y responder en todo tipo de situaciones, son capaces de medir la temperatura del aire o la calidad del mismo, el nivel de iluminación o detectar la presencia del usuario entre otras. Además de esto, sirven para monitorizar y almacenar los datos que se han obtenido para aplicarlos posteriormente en su propio funcionamiento, mejorando así su eficiencia.

Mediante la utilización de sistemas domóticos podemos controlar:

  • La iluminación: activar o desactivar, control de presencia, control de intensidad, nivel de luz en las estancias, etc. Tienen pues un control automático mediante sistemas de iluminación inteligentes que son capaces de adaptarse a la presencia o no de usuarios, de luz solar, reducir la intensidad en zonas comunes que no se desarrolle actividad o desactivarlas cuando no se estén utilizando determinadas estancias.

 

  • Calefacción y refrigeración: aumentar o reducir la calefacción central o detectar variaciones según los diferentes espacios de la edificación, llevando un seguimiento y control de la temperatura. Son capaces de regular la temperatura de la edificación de forma inteligente según la temperatura exterior o la hora del día. Además, nos permite llevar un seguimiento de la producción energética de los sistemas de captación activa de nuestra edificación y de ese modo gestionarlos adecuadamente.

 

  • Control del riego: mediante sensores de humedad permite controlar este sistema de forma autónoma, detectan por ejemplo si se han producido precipitaciones y no es necesario el riego.

 

  • Electrodomésticos: son capaces de activar o desactivarlos según sea necesario, utilizando por ejemplo un control secuenciado de la puesta en marcha programando su funcionamiento en horarios de menor coste energético

 

  • Elementos constructivos: mover paredes, mecanismos de ventilación, suelos o techos, cambiar las características o la distribución, etc. La aplicación de estos sistemas es ideal para los sistemas bioclimáticos, ya que dependiendo de la época del año o las condiciones que se nos presenten se pueden modificar el sistema para conseguir así su aplicación a lo largo de todo el año.

 

La monitorización que se puede llevar a cabo, del comportamiento del edificio mediante este tipo de sistemas es realmente útil. Ya que nos puede servir para detectar posibles anomalías constructivas, variaciones que se produzcan a los largo del año o simplemente comprobar la eficacia de los distintos sistemas que han sido aplicados a la edificación en cuestión. Además, toda la información que se recoja se estudiará y aplicará al propio sistema para que su eficiencia vaya aumentando progresivamente y corrigiéndose  según las pautas de comportamiento.

COGENERACIÓN

La cogeneración es un sistema de producción de energía basado en el aprovechamiento del calor generado durante un proceso, el principio de su funcionamiento es básico; La generación de energía convencional tiene una eficiencia del 35% mientras que se pierde el 65% de la energía en forma de calor residual. Actualmente mediante la generación de ciclo combinado se puede lograr un 55% de eficiencia teniendo en cuenta las pérdidas por transmisión y distribución de la electricidad. La cogeneración reduce estas pérdidas utilizando el calor residual generado por edificaciones industriales, comerciales y los sistemas de calefacción y refrigeración de los edificios de uso residencial. Por lo tanto, la cogeneración consiste en la generación simultánea de calor y energía térmica (vapor, agua caliente, agua fría para refrigeración, etc.), en los que ambos son aprovechados. Abarca un amplio abanico de sistemas, siempre incluyendo la electricidad como generadora de energía y un sistema de recuperación de calor.

De modo que un sistema de cogeneración va ligado a un centro consumidor de la energía térmica que se produce. Gracias a la reducción de las pérdidas, la cogeneración consigue mejorar la eficiencia energética de los sistemas, así como reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Al producir energía junto al punto en el que será consumida supone una reducción de la perdida energética que pueda suponer el transporte (“Efecto Joule”, aprox. 25 y 30%).

Estos sistemas generalmente son utilizados a gran escala en forma de plantas de cogeneración pero tienen otro tipo de aplicaciones principalmente industriales y en edificaciones de grandes dimensiones en los que se emplean aprovechando el calor para el calentamiento de agua sanitaria, calefacción o refrigeración (sistemas de absorción).

Se aprovecha mucho más la energía en grandes volúmenes que en su aplicación en viviendas residenciales de menor tamaño. Sin embargo, en algunos países del norte de Europa su uso es más generalizado mediante sistemas de micro-cogeneración.

Estos sistemas se pueden aplicar en:

  •        Dimensionamiento ACS
  •        Dimensionamiento ACS + Calefacción
  •        Enfriadora absorción (Frío solar)

 

Por lo tanto, este sistema es capaz de desempeñar simultáneamente funciones de generación de energía eléctrica y energía térmica en forma de vapor o para calentar agua, si además se utiliza para la producción de frio se denomina trigeneración.

No debemos olvidar que este tipo de sistemas a diferencia de los anteriores, durante su uso general aplicado a sistemas de energía convencionales, siguen produciendo emisiones de CO₂, aunque se reduzcan. Debido a que no se trata de un sistema independiente en sí, esto quiere decir que requiere de otro sistema que lo alimente, éstas emisiones pueden ser eliminadas si se combina con otras instalaciones basadas en fuentes de energía renovables, como es el caso de motores de biomasa o biogás.

Cogeneración

Imagen: Planta de cogeneración con biomasa en Vizacaya. Fuente: energías-renovables.com

Dicho esto, la cogeneración es compatible con:

  •        Fotovoltaica
  •        Eólica
  •        Geotermia
  •        Biomasa
  •        Enfriadora por absorción – trigeneración

Es incompatible con:

  •        Solar térmica

Dimensionar la cogeneración para cubrir ACS maximizando el número de horas de funcionamiento, cargas bajas y acumulación energética. Si se quiere incrementar su uso, calefacción + trigeneración.

GEOTERMIA

La energía geotérmica es aquella producida a partir del calor del interior de la Tierra. Consiste en perforar y posteriormente canalizar el agua y el vapor, que se encuentran a elevada temperatura a presión, para ello se utiliza una turbina conectada a un generador, con el que se produce finalmente la energía. Existen diversos tipos de energía geotérmica, según su mayor o menor temperatura, que van desde las de alta temperatura (150 y 400°C), pasando por las de media y baja temperatura (70 a 150°C y de 50 a 70°C respectivamente), son las utilizadas en las centrales eléctricas y se suelen ubicar en zonas activas de la corteza terrestre y cuencas sedimentarias aprovechando así el gradiente geotérmico.

Por último se encuentran las de muy baja temperatura, utilizadas para cubrir las necesidades de las edificaciones, ya sea en uso residencial, agrícola o urbano. Centrándonos en éstas últimas, las temperaturas que los fluidos pueden alcanzar rondan entre los 20 y 50°C y su uso más extendido es el de generación de electricidad o aprovechamiento del calor, como refrigeración por absorción y como calefacción o aire acondicionado.

Los sistemas de geotermia destinados a la edificación, en los que se aprovecha el calor del subsuelo que se mantiene homogéneo durante todo el año, con independencia de las condiciones meteorológicas externas, consisten en la perforación o excavación de la Tierra hasta una profundidad en la que su temperatura sea constante. En el caso del invierno, y debido a que la temperatura media del subsuelo es aproximadamente de unos 17°C, resulta más sencillo conseguir un confort térmico adecuado en nuestra edificación, mucho más asequible energéticamente hablando que si tuviéramos que lidiar con temperaturas muchos más bajas y también de manera inversa, si en el exterior la temperatura es de 30 a 40°C supondría un menor esfuerzo para la instalación reducir esa temperatura hasta una temperatura adecuada.

Este aprovechamiento energético se realiza mediante una bomba de calor geotérmica que se encuentra conectada a un circuito de intercambio de calor con el terreno y otro con la edificación, según de donde proceda se pueden distinguir dos tipos principales, las que aprovechan la energía del suelo o de lazo cerrado y las que utilizan las aguas freáticas conocidas como de lazo abierto.  La principal diferencia radica en que estas últimas no utilizan el mismo fluido y requieren de un pozo, que tenga el mismo sentido que el del flujo de la capa freática, de manera que se pueda devolver el agua después de su utilización.

Instalación geotérmica

Imagen: Instalación geotérmica uso de suelo, horizontal, vertical y suelo radiante. Fuente: soliclima.com

En la imagen superior pueden apreciarse las distintas soluciones que se pueden realizar con estos sistemas. Podemos encontrar instalaciones de lazo cerrado, en las que las sondas por donde circula el fluido transportador, por ejemplo agua y anticongelante, se entierran en contacto con la tierra. En el caso de los sistemas verticales se debe alcanzar una profundidad mayor (cimientos geotérmicos), sin embargo en el caso de los sistemas horizontales se requiere una superficie mayor pero no requieren de una gran profundidad de excavación. Su disfrute final puede aplicarse a los sistemas convencionales de calefacción o ACS, así como a los sistemas de suelos radiantes.

 

La Geotermia es compatible con:

  •        Dimensionamiento para cargas base de calefacción y refrigeración.
  •        Puede convivir con todas las tecnologías asegurándose un balance neutro energético en el terreno.
  •        Se adapta muy bien a sistemas radiantes (techos fríos, suelos refrescantes y radiantes) o radiadores de baja temperatura.