Diseño de invernadero prefabricado para precalentar el aire de ventilación y reducir el consumo energéticoángulo óptimo de acristalamiento

Resumen

La necesidad de ventilar los edificios para expulsar el aire viciado provoca importantes pérdidas térmicas en el edificio. Mediante la instalación de invernaderos en la cubierta de los edificios es posible precalentar el aire de ventilación a introducir, reduciendo las pérdidas provocadas por la renovación de aire y disminuyendo la demanda de calefacción. Cuando los rayos del sol atraviesan el vidrio del invernadero, la radiación es absorbida por los elementos de su interior, que se calientan, emitiendo radiación de onda larga que no puede salir a través del vidrio, lo que provoca el calentamiento del espacio interior. Aprovechando este efecto invernadero, se ha diseñado un espacio solar prefabricado que se sitúa en la cubierta de los edificios y que sirve para precalentar el aire de ventilación que después se introduce en el edificio mediante el sistema de ventilación mecánica. El invernadero diseñado cuenta con una sección con forma de triángulo rectángulo, con la hipotenusa totalmente acristalada y orientada al sur para captar la mayor radiación solar posible. El resto de las superficies se han diseñado opacas y aisladas para evitar las pérdidas térmicas. Se ha elegido realizar módulos de pequeñas dimensiones que se puedan ir acoplando entre sí para formar un único invernadero mayor, lo que permite mejorar su adaptabilidad a distintos emplazamientos en las cubiertas de los edificios. Para determinar el tamaño del módulo se han teniendo en cuenta las dimensiones comerciales estándar del vidrio (1,25mx2,5m), lo que ha supuesto que cada módulo tenga una anchura de 1,25m. A este invernadero se le puede acoplar además un recuperador de calor entre la expulsión del aire viciado del edificio y el aire a introducir en el invernadero, lo que mejoraría aún más la eficiencia del sistema. Con el fin de determinar qué ángulo de acristalamiento es el idóneo y, por tanto, qué forma debe tener el invernadero, se han realizado una serie de simulaciones mediante el programa Design Builder y se han comparado las ganancias solares obtenidas en el invernadero para los siguientes ángulos: 70º, 65º, 55º, 50º, 45, 40º y 35º. Este mismo cálculo se ha realizado para seis ciudades europeas con distinto clima y emplazamiento: Madrid, Barcelona, Hamburgo, Paris, Munich y Viena. Los resultados muestran que, en Madrid, Barcelona, Munich y París es con una inclinación de 55 º cuando mayores ganancias solares se producen. En Viena, en cambio, el ángulo idóneo es 50º y en Hamburgo 60º. Una vez obtenida la forma idónea se debe analizar cómo afectan el resto de las características constructivas del invernadero para obtener los mayores ahorros energéticos posibles en el edificio: cuál es el tipo de acristalamiento óptimo, cómo influye el aislamiento de la envolvente opaca, la inercia térmica y cómo mejora la introducción de un recuperador en el sistema.