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Producción de calor interior con luz solar

altPresentamos un Estudio de Caso realizado en el Le Moyne College, Siracusa, de  Nueva York (EE.UU.). donde se instaló un sistema de colectores solares de transpiración que emplean la energía solar para calefacción y procesos de secado.

por Martin Misenhimer*

En 2008, cuando la universidad Le Moyne College se preparaba para dar inicio al más ambicioso proyecto de construcción que había emprendido en el campus en sus 65 años de historia, la comunidad universitaria estaba entusiasmada por sobrepasar las fronteras de la sostenibilidad. El proyecto consistía en una adición de 48.000 pies cuadrados al edificio Coyne Science Center.

Por el clima del estado de Nueva York, la calefacción es un gasto importante. La firma de diseño Ashley McGraw Architects decidió incorporar InSpire en el costado sur de la adición, con el doble propósito de reducir de forma significativa los costos que genera el calentamiento de aire fresco y de cumplir con los rigurosos requerimientos de ventilación de los laboratorios.

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La apariencia general del muro también fue una preocupación fundamental, debido a la preponderancia del edificio en el campus. Ashley McGraw trabajó en estrecha colaboración con el fabricante, Atas International Inc., para emplear un panel que nunca antes se había utilizado con el sistema de pared InSpire.

Desafío

Ashley McGraw desafió la forma convencional de diseñar laboratorios modernos. “Se tiende a desaprovechar las oportunidades de emplear la energía solar para calentar el gran volumen de aire exterior que se requiere en los edificios de laboratorios universitarios. Queríamos demostrar que las estrategias arquitectónicas sí marcan una diferencia”, afirmó Matthew Broderick, responsable de la división College and University Studio de Ashley McGraw.

Intervención

Cuando Ashley McGraw diseñó la adición del campus, quedó claro que el proyecto aportaría nuevos elementos al repertorio arquitectónico, así como un nuevo enfoque sobre la sostenibilidad. También ocuparía un lugar central a la entrada del campus, el cual fue asumido por la firma de diseño como un lienzo ideal para hacer una demostración sobre diseño sostenible.

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Adicionalmente, cuando el equipo de diseño se enteró de que el sistema InSpire Wall sería más económico de instalar que un muro de mampostería convencional, no lo tuvo que pensar dos veces. Se seleccionó el panel multipropóstio de Atas por su atractiva apariencia, otorgándole al edificio un aspecto contemporáneo y proyectando una sensación adecuada para un laboratorio de ciencias moderno.

Resultados

En febrero de 2013 el Coyne Science Center recibió la certificación LEED dorada por la mejora en el rendimiento energético esperado, en comparación con el modelo de base propuesto por la norma ASHRAE 90.1-2007.

Por otra parte, el edificio ha recibido dos premios, uno por diseño sobresaliente en la categoría postsecundaria del 2012 American School and University Architectural Portfolio y el otro, otorgado por el Central New York Chapter del American Institute of Architects. El edificio fue elogiado por sus medidas sostenibles y por su diseño, el cual “armoniza bien con la arquitectura del campus, pero sigue teniendo un carácter distintivo”.

Nuevas tecnologías eficientes

De toda la energía que se consume en los Estados Unidos, los edificios y procesos industriales representan el 39% y 33%, respectivamente. Los edificios también son responsables del 30% de todas las emisiones de gas de efecto invernadero. En consecuencia, año tras año el interés y la búsqueda de fuentes de energía renovables han registrado índices de crecimiento de dos dígitos en todo el mundo durante el período de recesión económica global. Una de las tecnologías que probablemente será adoptada de forma rápida en el mercado de la eficiencia energética es la calefacción solar por aire.

Los estudios científicos sobre la conversión directa de energía luminosa en calor son ampliamente reconocidos. Adicionalmente, la tecnología de los colectores solares de transpiración ha sido sometida a pruebas rigurosas y ostenta una trayectoria comprobada de implementación exitosa en una amplia variedad de edificios.

En este artículo se explora la justificación comercial práctica que subyace a los conceptos científicos de absorción de energía y transmisión de calor de los colectores solares de transpiración, un método práctico y contundente para mejorar la eficiencia energética en todos los segmentos del sector industrial y comercial.

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¿Qué son los colectores solares de transpiración?

Este tipo de colectores utilizan paneles de metal con perforaciones para precalentar el aire exterior. Luego, ese aire caliente es transportado hacia el sistema de ventilación de los edificios, reduciendo, de esta manera, el consumo de energía y suministrando aire fresco renovado a los ocupantes de los edificios.

Este sistema reduce los costos de calefacción en invierno, mejora la calidad del aire de espacios interiores, permite obtener atractivos incentivos fiscales y la inversión financiera se recupera rápidamente. Se puede emplear tanto en construcciones nuevas, como en proyectos de remodelación, contribuyendo a la obtención de créditos en ocho (8) categorías diferentes de la certificación LEED 2009.

Calefacción solar por aire

El sistema de calefacción solar por aire InSpire es un concepto sencillo que utiliza un revestimiento de planchas metálicas para calentar el aire fresco del exterior. La tecnología se conecta fácilmente a cualquier unidad de calefacción existente para suministrar calor adicional, ya sea para un edificio o para equipos de secado. Si bien el sistema no reemplaza por completo la fuente primaria de calor, permite ahorros significativos de energía y un atractivo retorno sobre la inversión.

Beneficios

Los siguientes son los principales beneficios de la tecnología de calefacción solar por aire:

  • Menos consumo energético.
  • Reducción de costos de calefacción.
  • Mejor calidad del aire interior.
  • Período de recuperación de la inversión corto.
  • Disminución de emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Ideal para la mayoría de aplicaciones industriales y agrícolas en procesos de secado.

El aire caliente producido por el sistema InSpire libera de una carga considerable al sistema de calefacción, ahorrando, así, una cantidad significativa de energía y dinero. El colector de transpiración es incluso efectivo en los días nublados, aunque en un nivel menor.

Adicionalmente, cuando se emplea este sistema de aire fresco precalentado para calentar el aire interior de un edificio, se reduce la estratificación en el interior de los edificios industriales donde el aire caliente se eleva hasta el cielo raso y, por lo general, se pierde por el techo o es expulsado con extractores. Debido a que el aire interior de los edificios está siendo constantemente reemplazado, el sistema es ideal para talleres de mecánica, talleres de máquinas, plantas de almacenamiento de productos químicos y aplicaciones industriales donde se produzcan emisiones. El sistema también crea presión positiva en el edificio. Al abrir una puerta o ventana, el calor del interior sale, pero el aire frío del exterior no entra.

Adicionalmente, desde una perspectiva ambiental, el sistema de colectores solares de transpiración emplea energía natural limpia, lo cual reduce, por consiguiente, la necesidad de usar combustibles fósiles para calentar, así como la producción de gases de efecto invernadero.

Función

El panel InSpire, un colector solar de transpiración, se instala a pocas pulgadas de la pared externa del edificio. Las perforaciones permiten que el aire exterior viaje por la superficie del panel. El aire calentado por el sol que se encuentra en la superficie del panel pasa por las perforaciones, donde se eleva entre las dos paredes y entra al sistema central de ventilación del edificio o al ventilador de suministro.

Diseño

Se usan componentes estructurales verticales y horizontales para formar pasajes para el flujo de aire. En la pared exterior del edificio se ponen partes en forma de “Z”, las cuales crean una cámara para el desplazamiento vertical del aire hacia la parte superior del muro.

Se fijan perfiles horizontales laminados en “U” a las partes en forma de “Z” para sujetar los paneles colectores. La profundidad de la separación está diseñada de tal modo que el flujo de aire sea relativamente uniforme en todas las partes del muro. Completan la instalación distintos tapajuntas y cerramientos.

Aplicaciones en edificios

Esta tecnología diseñada como una pared exterior completa del edificio, suministra calefacción a una amplia variedad de tipos de edificios, entre ellos, plantas e instalaciones de producción, bodegas, oficinas y salas blancas, así como construcciones residenciales y comerciales. En el sector agrícola, el sistema sirve para calentar graneros, instalaciones de compostaje, estables y cobertizos.

Aplicaciones modulares

Además, la tecnología de colectores solares de transpiración por aire se fabrica en unidades modulares (dimensión aproximada = 1.5m x 3m), el aire caliente se canaliza directamente hacia el equipo de secado. De esta manera, se puede emplear en una gran variedad de aplicaciones en procesos de secado de productos como frutas, verduras, nueces, especias, hierbas, fibra de coco, flores, cocoa, caña de azúcar, té, granos, leche, pescado, compost, estiércol, , turba, materiales de construcción en madera, astillas de madera, leña, mangueras contra incendios y minerales de operaciones mineras.

Información técnica

Cada pie cuadrado del panel produce aproximadamente 150 a 200 BTU por hora. Los panales vienen en aluminio calibre .032 y están revestidos con acabados de polifluoruro de vinilideno (PVDF) de Kynar 500® o Hylar 5000®. Gracias a su desempeño, este revestimiento brinda protección contra la desintegración o el desvanecimiento.

Mantenimiento

Los paneles colectores de InSpire prácticamente no requieren mantenimiento. Los residuos de la superficie son transportados de forma natural por elementos atmosféricos como el viento y la lluvia. Los componentes BOS (balance del sistema) no contienen líquidos ni partes móviles, excepto por los ventiladores de entrada, los cuales requieren de mantenimiento convencional.

Reconocimientos

El concepto del colector solar de transpiración ha recibido distinciones y premios, entre ellos, el premio de los lectores de Building Operating Management, en 2008, el premio Top Ten Green Building Products de Sustainable Industries, en 2009 y el premio PIA Product Innovation, en 2011, por mencionar solo algunos.

* Martin Misenhimer es un profesional en desarrollo comercial, cuyo campo de especialidad es la energía renovable. Como gerente de productos para la construcción sostenibles, de Atas International, su trabajo es difundir y crear nuevas oportunidades para InSpire®, una tecnología ecológica innovadora que emplea la luz solar para producir calor interior en aplicaciones comerciales e industriales.

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