En los estudios de planeamiento estratégico en un país la energía es cada vez más el protagonista sobresaliente. En mis estudios sobre sistemas económicos y necesidades de energía, encuentro que la energía de uso diario, la de calefacción y refrigeración son prioritarias.
Dado que se estudia el tema desde el punto de vista sustentable, se prescinde de la consideración de petróleo y recursos similares que se agotan.
Entre las fuentes posibles para la satisfacción de necesidades de este tipo se encuentra: la energía solar, la eólica, la proveniente de biomasa, la geotérmica solar.
En este artículo efectúo consideraciones sobre la energía solar y la geotérmica solar.
El ser humano requiere un ambiente con condiciones entre 20 y 30 ºC, con una humedad de 45 a 50 % para una temperatura de 25 º C.
Una característica de la tierra es la de tener una temperatura aproximadamente constante en su capa externa. Ello se puede considerar así hasta una profundidad de 100 metros. Lo que interesa de esta característica es que dicha temperatura puede ser de unos 15 º C , con una variación de forma sinusoide ( aproximadamente) en el año, pero manteniéndose en ese orden.
Ello, sumado al hecho de considerar la masa de la tierra tan extensa en relación a la vivienda que debemos ambientar, que el supuesto de considerar constante la temperatura de la tierra es correcto.
De esta manera nos encontramos con la importante posibilidad de refrigerar con esa temperatura y en invierno, si la temperatura es muy baja, los 15 ºC pueden colaborar en calentamiento como economizador elevando la temperatura a ese valor, restando un valor menor para calefacción.
Los tipos de instalaciones se muestran en la primer figura: una serpentina de tubos enterrada en poca profundidad ( 2 m. y hasta 1,50 m) transporta agua y es movilizada por una bomba.
El movimiento entre una fuente fría de temperatura constante ( la tierra) y la fuente caliente de la vivienda, posibilita que la temperatura descienda constantemente en la vivienda. Los cálculos de extensión, diámetro, potencia de bombeo, etc. dependen de la superficie o volumen a refrigerar.
Una variante que no requiere enterrar la serpentina, consiste en efectuar una perforación doble, un ingreso y un retorno, con una "U" que enlaza ambos. Este sistema es más costoso porque requiere maquinaria especializada pero es más rápido y también es efectivo. En Europa es común que determinadas empresas se dediquen a esta actividad.
El sistema requiere potencia de bombeo, que consume energía eléctrica, pero la potencia es enormemente menor que la potencia de refrigeración eléctrica.
Los primeros 100 metros bajo tierra son aptos para proveer y almacenar energía térmica. Entre 10 y 20 metros la temperatura es constante. A mayor profundidad que 100 m la temperatura aumenta a razón de 3 º por cada 100 metros.
Ref: Energía geotérmica a poca profundidad . Dr Erich Mands y Dr. Burkhard Sanner
http//www.ubeg.de/downloads/EnergiaGeotermica.pdf
Se puede utilizar sistemas intermediarios en la vivienda como bombas de calor con un fluido compresible que circula en otro circuito de cañerías en la vivienda.
El rendimiento puede disminuir el costo de refrigeración hasta un 75% ( según expresa una empresa dedicada a ello en Europa: www.soliclima.com )
Acumulando energía
Una práctica común en países que utilizan estos sistemas desde hace tiempo ( USA; países nórdicos, Alemania, etc.) es guardar energía a profundidades determinadas para utilizarla en la estación correspondiente.
En Alemania , se refrigera y calienta el parlamento guardando energía en las profundidades. A los 60 metros guardan frío. A los 300 metros guardan calor. Esta energía es captada en la estación opuesta a la de interés. En ese caso, la reserva de los dos tipos permite un sistema que tiende a óptimo.
Viviendas construidas en zonas montañosas.
En zonas donde es posible llegar a construir pegado a la montaña, este concepto de energía geotérmica solar, se manifiesta directamente sobre la estructura, siendo que la vivienda es construida pegada a la montaña, y una parte de la misma está alojada ella. De esta manera el equivalente térmico es de un volumen a una temperatura variable que está en contacto con un volumen a temperatura constante. La transferencia de calor es permanente. Se dice que en estas viviendas, con una adecuada ventilación, es posible mantener la temperatura agradable sin ningún tipo de dispositivo adicional, durante todo el año.
Aislación es fundamental.
Los estudios correspondientes a estos temas no deben obviar estudiar los sistemas de aislación de paredes, techos y pisos.
Las pérdidas a través de estos sectores representan una gran parte de la energía que se aplica para lograr bienestar en el interior de ambientes.
Las enormes superficies vidriadas, los techos sin aislación intermedia, y las paredes sin cámara de aire, inciden notablemente en las pérdidas.
Existen frentes con una separación entre pared y el frente mismo que trabajan naturalmente por convección natural, logrando disminuir la temperatura sobre el frente real y en el interior en consecuencia.
Las paredes y techos en exteriores deberían tener una terminación blanca que refleje la energía solar.
Energía solar.
El sol permite captar energía en un rango de frecuencias. Se estima como valor de prueba en celdas solares 1kW/m2 que es definido como 1 Sol, una unidad afín a este tema.
Si se toma un determinado país se puede establecer el número de horas en que el sol entrega unidades Sol. Por ejemplo, en un país el sol puede entregar 5 kWhora/m2 de promedio de insolación diaria. La insolación está relacionada con la posición del sol respecto a la superficie de recepción. De allí que sea conveniente el seguimiento del sol por mecanismos automatizados.
(Ref: La radiación solar. http//www.enalmex.com/docpdf/libro/ch01.pdf.pdf)
no olvidar ; frigorías del aire ,,,
Las características de la energía solar hacen que pueda ser utilizada directamente como calor, en calefacción, por medio de conductos que transportan agua por convección. O que calienten por medio de concentradores solares un líquido que soporte temperatura superior a 100 º C sin cambiar de estado, como ser un aceite. Ese aceite puede circular hasta cocinas diseñadas especialmente que pueden cocinar alimentos directamente sin energía adicional.
Es posible mediante el uso de un sistema de gases de características especiales, convertir el calor en frío. En ese caso el calor refrigera.( sistema de absorción). Para ello utiliza una instalación con Bromuro de Litio y agua.
Es interesante notar que una vivienda puede consumir unos 4 kWhora diarios para una cantidad de dos personas o tres, por vivienda. Ello implica que es posible solo con energía solar satisfacer esa necesidad. Este valor no implica la energía de refrigeración y calefacción que considero en otro apartado.
Es necesario efectuar nuevos desarrollos en el control del clima , como des humectadores por filtrado, que reciclan su componente con calor directo. De esta manera es posible extraer humedad con calor solar, por decirlo sintéticamente.
Es posible tener en cuenta por medio de sistemas de ventilación automática que detecten temperatura interior y exterior, cuando tomar aire desde el exterior para disminuir la temperatura interna en locales. Esto además de ventilar periódicamente que es una función no prevista en general.
Los criterios en refrigeración y calefacción de ambientes.
En general el criterio de refrigeración general es bajar la temperatura y nada más. Los modernos equipos familiares no poseen dispositivo de ventilación de locales. No poseen control de humedad ( que lo traen como algo decorativo, pero no como un uso previsto en forma automática, con medición de humedad, etc.)
Es posible pensar en aceptar una temperatura más elevada que la normal, digamos que la normal aceptada es 25 ºC. Entiendo que se puede llegar a utilizar hasta 30 ºC si el aire es controlado en humedad, lo que no pueden hacer los equipos de aire acondicionado comunes.
Este tipo de problemas los estoy observando concretamente en mi proyecto de sala de dormir en ambiente controlado, donde estoy evaluando las condiciones.
Dicha sala es un concepto diferente que implica:
Utilizar un espacio mínimo, aislado en la habitación de dormir para ello. El espacio se cierra. Tiene ventilación automática. Está aislado térmicamente (por lo que consume menos energía al ser aislado y de poco volumen). Tiene control de parámetros: temperatura, humedad, con humectador y des humectador. Proceso de tratamiento de aire con lámpara germicida.
El sistema tiene un control electrónico diseñado para mantener la cantidad de humedad constante para todas las temperaturas, en un rango de trabajo. Este diseño está pronto a ser patentado.
(en edición,,,)
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