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sol (…2…) – el muro trombe

Publicado por - 10/09/2014

Trato de entender el funcionamiento del Muro Trombe, un sistema nada convencional y creo que poco utilizado en la construcción actual. Se trata de un sistema de calefacción pasivo, que sirve para calefactar (o ventilar, incluso refrigerar levemente) un ambiente sin la necesidad de utilizar combustibles que dañen el ambiente o que afecte al efecto invernadero.

Creado en 1957 por Felix Trombe y Jacques Michel en un edificio experimental cons­truido en el Pirineo francés, el Muro Trombe es una estructura anexa a la fachada sur de un edificio que se divide en dos partes: un cerramiento transparente que deja pasar la radiación solar y un muro con determinada masa térmica, pintado de negro para absorber la radiación solar, formando una cámara de aire entre ambos; y unas aperturas para regular la circulación de aire. Los materiales utilizados para el muro son el hormigón, ladrillo o materiales con gran inercia térmica.

Su funcionamiento se basa en algo tan sencillo como es la diferencia de densidad entre el aire frío y el aire caliente que provoca corrientes en una u otra dirección dependiendo de la disposición de las trampillas del muro, y en el denominado (y famoso) efecto invernadero.

¿Y cómo se produce el efecto invernadero?

Es un fenómeno bastante interesante en relación con la luz y el calor que se produce en el cristal. El cristal corriente, que usamos en nuestras ventanas, es casi totalmente transparente a las radiaciones de luz visible, pero es casi totalmente opaco a las radiaciones caloríficas. Si queremos que un muro se caliente más, basta colocar un cristal a unos centímetros del mismo. La luz que atraviese el cristal se refleja en forma de radiaciones caloríficas y estas son reflejadas de nuevo por el cristal.

Durante el día, los rayos del sol atraviesan la lámina de vidrio calentando la superficie oscura del muro y almacenando calor en el mismo. En la noche, cuando las temperaturas bajan en invierno, el calor tiende a escapar del muro hacia afuera, en la dirección del gradiente máximo de temperatura, pero se encuentra con el vidrio que hace que ese calor sea devuelto al interior de la vivienda a través de las trampillas.

El muro y la cámara de aire existente puede alcanzar temperaturas mucho más altas que sin el cristal. El efecto se multiplica aún más si el objeto es o está pintado de negro, pues de esa forma no refleja luz visible y toda la luz recibida se convierte en calor. Este efecto se conoce como efecto invernadero, ya que en los invernaderos de cristal es donde con más intensidad se manifiesta este fenómeno.

En la imagen se observa la situación de los dos huecos del muro Trombe y de la circulación convectiva que se establece debido al calentamiento del aire de la cámara. El aire frío se extrae por depresión del interior del edificio (se debe recordar que el aire frío se encuentra en el nivel inferior de la habitación debido a su mayor densidad).

También puede utilizarse el muro Trombe para hacer descender la temperatura del edificio extrayendo el aire caliente interior. Para realizar este proceso es necesario cambiar la dirección de las lamas que regulan la circulación del aire para poder invertir el sentido del flujo. En la siguiente imagen se ilustran los diferentes comportamientos de este muro en función de la apertura y cierre de los huecos y su comunicación con el exterior.

¿CÓMO FUNCIONA EN CADA ESTACIÓN DEL AÑO?

El Muro Trombe se basa en la captación solar directa y la circulación de aire que se produce por la diferencia de temperaturas. Es básicamente un diminuto invernadero en la pared que, adecuadamente gestionado, entrega calor en los meses fríos y permite mejorar la refrigeración durante los meses cálidos a través una ventilación cruzada.

a) ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO PRACTICO EN INVIERNO:

En invierno, la radiación solar incide sobre la superficie del muro y lo calienta. Este calor se concentra gracias al efecto invernadero que provoca el cristal y calienta el aire en el interior de la cámara. El aire caliente asciende entonces por convección y se dirige al interior de la casa a través de los conductos superiores del muro que se abren para tal fin.

A su vez, para ocupar el vacío que se genera, el aire más fresco del interior del hogar ingresa por los orificios inferiores. Como naturalmente el aire caliente tiende a ascender y el frío a descender, el sistema se mantiene en funcionamiento constantemente, sin necesidad de empujar el aire con bombas o ventiladores.

El sistema sólo provoca que circule el aire frío del interior hacia la cámara de aire, en dónde se calienta y vuelve a entrar al interior del ambiente. Cuando la radiación solar deja de influir en este circuito, el ambiente recibe el calor a través de la inercia térmica de la pared, que fue acumulando energía y con el paso del tiempo fue atravesando el muro para calentarlo hacia el lado interno.

De esta manera, la energía calorífica que había quedado almacenada en la masa del muro, se va liberando poco a poco hacia la casa durante la noche.


b) ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO PRACTICO EN VERANO:

En verano, como el recorrido del sol es más alto, si sobre el muro colocamos un alero, entrará mucha menos radiación solar. En consecuencia, el efecto de calentamiento del muro será inferior al que se produce en invierno.

Por otro lado, al cambiar simplemente la configuración de los conductos se logra un efecto refrigerante. Se abren las compuertas de la parte superior del vidrio y el conducto de la parte inferior del muro, mientras que se cierran los conductos de la parte superior del mismo.

La radiación solar que incide en el muro calienta el aire que por convección asciende y sale al exterior por la compuerta superior del vidrio. El vacío dejado por el aire que ha salido es ocupado por aire procedente del interior de la casa que entra por los conductos en la parte inferior del muro. De esta manera, se establece un efecto de succión que provoca una corriente que renueva el aire del interior de la casa y produce un efecto refrigerante. También para mejorar este efecto se suele generar un sistema de ventilación cruzada.

COMPOSICIÓN DEL MURO TROMBE

El sistema se compone de las siguientes partes:

1. Un muro interior de gran inercia térmica; puede ser de ladrillo, piedra o adobe pintado de negro o de un material que refleje el calor, como una lámina metálica, pero en todo caso, siempre protegida con un aislante al interior.

2. Una lámina de vidrio lo más espesa posible; mejor si es triple o doble con una cámara de aire interior.

3. Un alero superior que proteja el espacio interior para que no caiga ningún cuerpo extraño entre el muro interior y la lámina de vidrio.

4. Un espacio intermedio delimitado por el muro y el vidrio, que debido a la radiación solar siempre tendrá una temperatura mucho mayor que el exterior e interior, a través del efecto invernadero. Ésta es la clave del funcionamiento del muro Trombe.

5. Unos reguladores inferiores y superiores para controlar la entrada de aire en la cámara entre el cristal y el muro (D).

6. Cuatro orificios con sus respectivas válvulas; dos superiores (interior y exterior) y dos inferiores (interior y exterior). Estos orificios de la parte que corresponde al ventilador poseen esclusas o rejillas, las cuales permiten el flujo de calor de una manera eficiente.

Hoy en día existen algunos diseños enfocados a utilizar una nueva tecnología para la parte del aislamiento térmico transparente, gracias a esta parte una cantidad específica de calor se absorbe durante el día lo que permite que las dimensiones del muro se reduzcan con respecto a la parte local.

Las modificaciones que ha permitido el muro trombe han sido muy variadas. Dentro de las mismas se encuentra las cortinas fijas o móviles las cuales reducen las perdidas de calor durante las noches; también la colocación de una cobertura aislante para la parte del vidrio durante la noche; tanques para el almacenamiento de agua, los cuales funcionan como masas térmicas; y las banderolas o las ventanillas las cuales permiten que se reduzca el aire caliente hacia la parte de fuera durante la época de verano.

CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO

Como ya se ha explicado, la finalidad básica del muro Trombe es conseguir una transmisión de calor constante a lo largo del día obteniendo una temperatura de confort en la vivienda entre 18 y 24ºC.

Para el dimensionado del muro se deben tener presente los siguientes aspectos:

1. Factores externos:

  • El clima: la diferencia de temperaturas exigirá una mayor anchura del muro cuanto mayor sea la misma.
  • Latitud y orientación: el tamaño del muro debe ser mayor cuanto más alta sea la latitud de la localidad.

2. Factores internos: espesor y anchura del muro, superficie acristalada y dimensiones de los orificios de circulación.

Realmente, es complicado realizar un cálculo preciso del funcionamiento de este tipo de muro, ya que entran en funcionamiento muchos parámetros difíciles de cuantificar. Ya hemos visto anteriormente que el funcionamiento del muro Trombe se basa en el calentamiento del aire que hay en la cámara mediante el efecto invernadero. Al ser el aire caliente menos denso que el aire frío, este se eleva por el interior de la cámara y se introduce en el edificio por una abertura situada en la parte más alta. Mientras tanto, el aire frío de la estancia a la que está adosada el muro Trombe escapa por un orificio que se conecta con la parte baja. El aire establece un ciclo por convección y va calentando el edificio.

El criterio básico para dimensionar un muro de Trombe es que éste transmita a lo largo del día suficiente energía térmica (calor), y esto supone que la energía trasmitida por el muro debe ser suficiente para mantener una temperatura media en el interior de 18°C a 24°C durante 24 horas. A partir de este criterio se puede establecer proporciones necesarias por unidad de superficie útil. Entiéndase superficie útil como aquella superficie “encerrada” en la habitación o cuarto a calentar. Para ello hemos de tener en cuenta que el grosor del muro ha de ser de unos 20 cm como mínimo y que existe una relación entre la superficie de muro que necesitamos para calentar determinada superficie de vivienda que llamaremos superficie útil.

La siguiente tabla proporciona diferentes valores de área para diferentes climas.

En cada margen se elegirá el coeficiente según la latitud. Para latitudes bajas, se debe tomar el valor menor del margen y para latitudes altas el valor mayor del margen. También es importante tener en cuenta el tipo de aislante que tenga el muro, que para algunos casos el valor a tomar será del 85% o del 57%. Por ejemplo, para temperatura media de +2°C, en un ambiente bien aislado, se necesita aproximadamente 0.4 m2 de pared por metro cuadrado de superficie útil, entonces, para un espacio de 60 m2 se necesita 24 m2 .

En la tabla se muestran los coeficientes por los que se habrá de multiplicar la superficie útil que queremos calentar para obtener la superficie de muro Trombe necesaria para conseguirlo según el clima. En cada margen se elegirá el coeficiente según la latitud en la que nos encontremos, tomando el valor más bajo para latitudes bajas y el mayor valor para latitudes superiores.

No obstante, todo esto puede resultar relativo, debiendo atender a otras varias consideraciones, como la posición del sol en cada momento, los vientos locales, obstrucciones solares…

CONCLUSIONES

Como vemos la función principal del muro Trombe es proporcionar calor adicional a coste cero durante los meses de invierno consiguiendo una temperatura de confort entre 18 y 24ºC. Durante el verano habremos de cerrar las trampillas para que los efectos del muro no sean negativos.

Si bien no utilizamos el reciclaje o reutilización de materia para su nuevo uso, sí estamos hablando de un beneficio para el medio ambiente, ya que este sistema se nutre de un actual problema que es el calentamiento global a causa del efecto invernadero para generar calor dentro de las viviendas. No recuperamos energías ni materiales, pero hablamos de un ahorro económico, ya que al beneficiarse directamente de los rayos ultravioleta es posible calefactar un espacio sin la necesidad de consumir combustibles fósiles.

Para un muro Trombe de 20 cm de grosor, el calor tarda de 8 a 10 horas en alcanzar su cara interior. Esto significa que las habitaciones recibirán el calor y lo irradiarán al interior muchas horas después de que el sol se haya puesto, reduciendo significativamente las necesidades de calefacción convencional. Las habitaciones calentadas mediante muros Trombe se perciben como mucho más confortables que aquellas que se calientan mediante radiadores o calefactores de aire, precisamente por la gran superficie radiante que ofrecen.

Es conveniente combinar muros Trombe con ventanas, voladizos y otros elementos constructivos para regular el flujo de radiación solar. Los ventanales, estratégicamente situados, permiten la entrada de la luz y el calor del sol mediante ganancia solar directa. Al mismo tiempo, los muros Trombe absorben y almacenan el calor para su uso al finalizar el día, por lo que su uso combinado resulta perfecto. Los voladizos protegen los muros Trombe de la radiación solar en los meses de verano, cuando el sol está más alto, evitando que estos acumulen calor cuando éste no es necesario.

La rehabilitación de edificios antiguos o abandonados es una excelente oportunidad para hacerlos eficientes desde el punto de vista energético, aprovechando además los incentivos y exenciones impositivas gubernamentales. Podemos incorporar estrategias solares pasivas usando los gruesos muros como acumuladores de calor, pintándolos de negro, dejamos luego una cámara de aire, por fuera un colocamos un fachada vidriada con aberturas, estamos aplicando la termocirculación en este muro Trombe, la cual puede ser usada en invierno y verano.

Fuentes:
Apuntes – Curso de Arquitectura Bioclimática – EXITAE
Presentación en slideshare – Claudio González S.
Plataforma Arquitectura
Documento “Muro de Trombe”, Juan Manuel Bohórquez Peñuela



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