Dentro de la crisis energética mundial la refrigeración de las viviendas provoca en los meses del verano un colapso de la red eléctrica por el alto consumo de los aparatos de aire acondicionado, provocando a su vez un aumento de la contaminación ya que la generación de energía eléctrica en su mayor parte proviene de las centrales térmicas de carbón. Por otro parte es previsible que el coste energético continúe aumentando en una escalada sin precedentes hasta la fecha.
Para tratar de mejorar el medio ambiente el presentamos un nuevo muro estructural que a su vez actúa de intercambiador de calor con el terreno para enfriar el aire y elevarlo a la vivienda. Es conocido que la temperatura a partir de unos 2 metros de profundidad es igual a la temperatura media exterior de la localidad donde nos encontremos. Así por ejemplo en España podríamos decir que la temperatura media es de 15°C lo que significa que a dicha profundidad la temperatura es así de baja en verano. Este es el motivo del porqué los sótanos o las bodegas son “frías” en verano y “calientes” en invierno.
La esencia del nuevo muro bioclimático consiste en tomar aire del exterior del edificio o del interior del sótano y hacerlo serpentear por el muro hasta enfriar dicho aire cediendo calor a la tierra del trasdós o al propio sótano, para terminar subiéndolo a la vivienda a través de un conducto aislado térmicamente por la fachada del edificio, haciéndolo desembocar en una rejilla en la planta de la vivienda, en la habitación que deseamos enfriar.
Aunque lo normal será colocar en la rejilla que sube del sótano con el aire fresco un pequeño extractor eléctrico de baja potencia, la fuerza de succión se puede realizar con otra rejilla de extracción colocada en el otro extremo de la planta del edificio o habitación, que mediante un conducto hacia el tejado queda conectada a un extractor Trombe o chimenea solar, ampliamente conocidos en la arquitectura bioclimática. Para el correcto funcionamiento del sistema deberán estar cerradas todas las ventanas de la planta.
La succión del aire se debe realizar en una zona ajardinada de la fachada norte del edificio, a ser posible, a la que también se le puede poner alguna fuente de agua todo ello con el objetivo de que el aire, en esta zona, esté más fresco que el aire exterior normal.
UN POCO DE HISTORIA
Los sistemas de enfriamiento tierra-aire son ya conocidos en el ámbito arquitectónico de la construcción de viviendas bioclimáticas coexistiendo diferentes tipos de instalaciones basadas en tuberías enterradas en los jardines: tubos de chapa galvanizada, de plásticos, canales de ladrillo enterrados, tubos cerámicos, etc., teniendo el inconveniente todos ellos del elevado coste de instalación por la excavación, colocación de tubos, conexiones, etc., si lo comparamos con el coste de los aires acondicionados tradicionales.
No obstante y a la larga la amortización es rápida, de sólo 3 o 4 años, si la realizamos al precio del consumo eléctrico mensual de los aires acondicionados tradicionales. Sin embargo el usuario, por el momento, prefiere realizar una inversión menor en un aparato de aire acondicionado, a realizar una inversión mucho mayor en la colocación de tuberías por el jardín cuando en muchos casos no se dispone siquiera ni de jardín suficiente.
Otros tipos de enfriamiento que aprovechan la estabilidad de temperaturas de la tierra son las llamadas bombas de calor geotérmicas, que utilizan agua con anticongelante u otros líquidos para el intercambio de calor con la tierra a través de tubos enterrados a cierta profundidad. Al igual que el sistema anterior presentan el inconveniente del elevado coste de instalación, aunque posteriormente tengan menor consumo eléctrico, volviendo a ocurrir lo mismo que antes con el gasto inicial que está dispuesto a pagar un usuario.
Para solventar el problema del coste que presentan las instalaciones de tubos de aire en el jardín o de los tubos profundos para las bombas geotérmicas, este nuevo sistema presenta la ventaja de no tener coste de instalación extra como veremos a continuación. Con ello se facilita la decisión del promotor o del usuario, que estarán dispuestos a incluir este tipo de muros de sótano en sus viviendas con los tubos de refrigeración de aire ya colocados por su interior.
La idea está basada en que los muros de sótano para viviendas unifamiliares están muy sobrados estructuralmente en cuanto a hormigón se refiere, por lo que podríamos reducir en torno a un 50% su consumo y sustituirlo por conductos huecos de aire.
Esta eliminación de hormigón en el muro ahorra un cierto coste que invertiremos en los conductos internos del serpentín para el aire, realizados con tubos por ejemplo de material plástico, tubos de chapa galvanizada, de fibrocemento, o de cualquier otro material equivalente que nos aporte la misma finalidad.
Ciertamente se podría pensar en instalar los conductos en los muros “in situ” convencionales de hormigón armado, pero presentan el inconveniente que no tendremos garantía de un buen hormigonado del muro, pudiendo presentarse coqueras bajo los tubos, entre los tubos, o entre estos y la cara exterior del muro, por lo que se desaconseja su empleo. La mejor solución sería incluirlos en los muros prefabricados de hormigón elaborados en factoría o instalación industrial controlada, y hormigonados en sentido horizontal con mesas vibrantes, lo que evita la aparición de coqueras.
Plataforma de la Construcción opta por combinar este sistema de enfriamiento con sus muros prefabricados de tipo sándwich, ya que éstos permiten hormigonar sólo las caras exteriores del muro, dejando el interior libre para instalar los serpentines del aire en la propia factoría, además de permitir concentrar ciertos núcleos macizos de hormigón verticales, que servirán luego para conexionar los muros con la cimentación o con los forjados, así como albergar pilares nacientes sobre el propio muro.
Al utilizar muros tipo sándwich podemos aprovechar las caras exteriores de hormigón como paramento de los conductos del aire, y solamente incluir paredes transversales de chapa galvanizada, plástico o cualquier otro material equivalente al fin deseado de compartimentar y crear serpentín. Esto mejora la eficiencia de la transmisión de calor entre la tierra y el aire del conducto.
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
El nuevo muro bioclimático está formado por un muro prefabricado constituido por dos losas de hormigón exteriores, separadas por unas celosías tipo sándwich entre las cuales se configuran unos conductos para aire en forma más o menos serpenteante con la finalidad de favorecer el intercambio de calor entre el aire y las paredes externas del sándwich, que a su vez intercambian calor con la tierra exterior del sótano. A su vez debe permitirse que cada cierta distancia haya pilastras internas que bajen verticalmente para transmitir las cargas verticales del edificio, no sólo a través de las caras del sándwich sino también a través de estas pilastras o macizados verticales. Macizados que a su vez permitirán alojar las armaduras de arranque de cimentación, en el caso de que queramos que el muro también soporte momentos flectores en su unión con la zapata del muro, o que presente continuidad de esfuerzos con otro muro de sótano superior o inferior en el caso de un edificio con varias plantas de sótano.
Los paneles bioclimáticos están fabricados con anchos de 1,2 metros para aprovechar el ancho de 2,4 m de los transportes. Cada panel del muro bioclimático está compuesto, como hemos dicho, por dos losas de hormigón exteriores (normalmente de 4 a 7 cm de espesor) que se unen mediante celosías triangulares realizada con la ferralla, la cual interconexiona la ferralla o armadura de tracción de una cara con la de la otra cara.
En la versión que aquí presentamos, unas chapas onduladas galvanizadas configuran el conducto interior que normalmente tendrá su entrada de aire por debajo de la cara superior de la solera, subiendo luego entre 1 y 2 metros para volver a bajar y volver a salir el aire al encachado por debajo de la solera. Un tubo flexible de plástico unirá de dos en dos los paneles y quedará alojado en dicho encachado de la solera.
Esta configuración de muro bioclimático podemos altenarla con muros prefabricados tipo sándwich “prEcomur” de sótano, de manera que desde el exterior no sabremos qué panel es bioclimático y qué panel es normal de sótano de la vivienda.
ESTADO DE LA TÉCNICA ACTUAL
La temperatura que la bibliografía sobre construcción bioclimática atribuye a los intercambiadores tierra-aire enterrados, oscila entre 4 y 5 grados centígrados, a la cual hay que sumar otra reducción de temperatura si tomamos el aire de la fachada norte ajardinada y con alguna fuente de agua, lo que nos aportará otros 4 o 5 grados. Es decir, se puede lograr con nuestro sistema, en función de la profundidad de los muros y de la longitud del serpentín, entre 8 y 10 grados de diferencia de temperatura con el exterior. De esta forma, si en el exterior tenemos 35 grados, podemos lograr a la entrada del aire en la vivienda una corriente de aire a 25 grados. Consultando la bibliografía más especializada, la potencia de enfriamiento puede llegar a ser de 2.000 a 5.000 kcal/hr, lo que si tenemos en cuenta que el coeficiente de transmisión global de calor de una vivienda unifamiliar de unos 300 metros cuadrados de superficie, es del orden de 300 a 400 kcal/hr/°C, para bajar 10 grados la temperatura necesitamos de 3.000 a 4.000 kcal, lo que teóricamente indica que tenemos potencia suficiente de enfriamiento. En lo que sí parecen coincidir todos los expertos bioclimáticos consultados, es que actualmente con los intercambiadores de conducto enterrado se reduce el consumo eléctrico en verano del aire acondicionado (de apoyo) entre un 70% y un 80%. Esto significa que al no tener un gran coste de instalación el sistema desarrollado por , logra directamente ahorrar entre un 70 y un 80% el gasto eléctrico empleado en refrigeración en verano. En futuras pruebas no descartamos poder llegar al 100% del ahorro, si los muros con su cimentación se construyen más profundos que el propio sótano, para lograr serpentear con el conducto de aire en una zona por debajo de los 2 metros de la superficie de la tierra, ya que a partir de estos 2 metros la temperatura de la tierra es de unos 15 grados de media en España sea invierno o verano, con lo que el enfriamiento del aire será mayor, aunque habrá algo más de coste al tener que hacer la cimentación más profunda y ser los muros más altos.
El número de paneles interconectados dependerá de la longitud de muro de que dispongamos en la fachada y de la temperatura que queramos lograr. Cierto es que a partir de una cierta longitud no se logran bajadas sustanciales de temperatura y sin embargo se aumenta el rozamiento del aire necesitándose más potencia de succión desde la vivienda, o mayor lentitud en la extracción con la misma potencia.
En ensayos REALES realizados en la Comunidad de Madrid se logra una reducción de la temperatura de 13°C y una humedad relativa muy buena para el verano. En los gráficos anexos en última página se observa el resultado de los ensayos reales en una vivienda.
Para una cómoda extracción de aire, sin variar la geometría y el diseño de la vivienda con muros tipo Trombe o extractores solares en la cubierta, podemos utilizar un pequeño extractor eléctrico colocado en la rejilla que viene del sótano de manera que ahora no será tan necesario cerrar puertas y ventanas, pues el extractor (de bajo consumo comparado con una bomba de refrigeración) hará que el aire suba forzado y penetre en la vivienda.
En la parte a macizar en obra de hormigón, hemos situado la unión entre paneles de manera que al verter el hormigón quedarán solidarizados dichos paneles contiguos con dicho hormigón formándose el muro propiamente dicho. Además en estos macizados verticales bastante anchos, alojaremos las armaduras de espera o arranques de cimentación. De esta forma habremos logrado que el muro trabaje monolíticamente con la cimentación, con el forjado superior, e incluso con otros tramos de muro superiores si el sótano dispone de 2 o 3 plantas.
Como resumen de todo lo dicho, este sistema logra una sinergia que, por un lado, aprovecha el monolitismo de los muros tipo sándwich para sótanos que pueden trabajar en ménsula desde cimentación o en continuidad con otras plantas de muro, y por otro lado, aprovecha los conductos ventilados interiores para intercambio de calor aire-tierra, logrando también la misma ligereza de los paneles tipo sándwich “prEcomur” para su transporte o para su elevación con grúas convencionales de obra de 1000 kg en punta, teniendo además una ausencia total de encofrados en obra pues sólo se necesita el aplomado de cada panel prefabricado, todo ello con un acabado visto de los paneles
por sus caras exteriores, y por último y dado que establecemos las conexiones entre conductos en la parte inferior de los muros, la ausencia de coqueras alrededor de los conductos horizontales de conexión, etc., etc.
No podemos dejar sin destacar la renovación constante del aire de toda la vivienda con una humedad óptima como se observa en los ensayos reales que aportamos, en contra de la nula renovación de los sistemas de aire acondicionado de consola
Es precisamente en esta combinación de características técnicas tan singulares, donde se sustenta la ventaja de esta solución constructiva, cuya finalidad última es lograr una reducción drástica del consumo eléctrico para aires acondicionados en verano, con lo que supone para el sector energético y para el medio ambiente.
A continuación se muestran los resultados de los ensayos REALES en una vivienda unifamiliar…
