Calefacción solar por colectores de aire: muy poco usada pero con un potencial enorme

La calefacción de viviendas con energía solar ha sido una de las aplicaciones que más interés ha despertado en los últimos tiempos. Hacerlo empleando exclusivamente aire es una opción aún muy poco usada pero con un potencial enorme.

La calefacción por energía solar ha sido una de las aplicaciones que más interés ha despertado en los últimos tiempos. La calefacción de edificios requiere de importantes cantidades de energía y y por lo tanto de dinero. Es por ello por lo que ha suscitado gran interés la idea de poder calefactar edificios través de la energía gratuita y ecológica del Sol.

Sin embargo en invierno cuando más se necesita la energía solar es cuando menos llega (causa por la que se produce el propio invierno).

Existen dos sistemas fundamentales de calefacción que utiliza la energía solar, aquel que emplea colectores de agua y aquel que emplea colectores de aire. El método que mejores resultados ha mostrado hasta ahora ha sido el que emplea aire, debido a que este tipo de instalaciones ofrece ciertas ventajas con respecto a las instalaciones que utilizan agua.

La primera y principal diferencia entre ambos sistemas radica en la sustancia que hace de fluido transportador de calor y sus diferentes propiedades físicas.

El agua presenta ciertas ventajas en cuanto a su capacidad para transportar calor. Ya que puede llevar hasta 5 veces más calor por unidad de masas que el aire (su calor especifico es de 1 cal/gr frente a la del aire que es de 0.24 cal/gr).

Por otro lado la densidad del agua es también mayor que la del aire siendo de 1000 kg/ m3 frente a los 1,225 kg /m3 (valor para aire seco a nivel del mar a temperatura de 15 grados a presión atmosférica estándar). De acuerdo con estos datos, significa que necesitaremos aproximadamente 3400 veces más volumen de aire que de agua para transportar la misma cantidad de calor.

Sin embargo el aire presenta determinadas ventajas con respecto al agua para las instalaciones de calefacción por energía solar. Por un lado es inmune al congelamiento y a la ebullición por lo que se hacen innecesarios determinados dispositivos y estrategias que se adoptan en las instalaciones de agua para evitar sus nocivos efectos. Además, al trabajar en circuito abierto con la atmósfera, no existen problemas de fugas.

Las instalaciones solares por aire son más sencillas y simples que las de agua. Dado que la finalidad última de la calefacción es calentar el aire resulta mucho más sencillo que el fluido que se hace pasar por los colectores solares sea directamente el aire que se quiera calentar por lo que sólo se hace necesario los colectores, los conductos y un aerocirculador.

Las instalaciones de calefacción por agua requieren en cambio de otros muchos elementos. Dado que la instalación está expuesta a sufrir de bajas temperaturas nocturnas, se hará necesario un circuito primario con agua y anticongelante que evite la congelación en los colectores y la ruina de éstos. Al tener un elemento tóxico como es el anticongelante se hace necesario instalar un circuito secundario, con su respectivo intercambiador de calor, que comunique con el depósito acumulador de agua. Las instalaciones de calefacción solar por agua caliente sólo son efectivas en combinación con suelo radiante, con lo que se requiere una instalación compleja que ha de ser tenida en cuenta en el momento de la construcción del edificio. En cambio las instalaciones de calefacción por aire son posibles de realizar en edificios ya construidos.

La calefacción, al requerir importantes cantidades de energía, obliga a la instalación de un número significativo de colectores. En las instalaciones de agua estas grandes áreas captadoras plantean importantes problemas al llegar el verano, ya que la energía que se capta es mucho mayor que en invierno, y la demanda nula, con lo que contaremos con un gran excedente de calor que si no es convenientemente tratado, puede arruinar la instalación. Esto no ocurre con los colectores de aire ya que son inmunes al exceso de calor.

Si la única finalidad de una instalación de energía solar por agua es la calefacción, entonces resulta más interesante hacerla de calentamiento de aire. En cambio sí es interesante realizar una instalación de agua que englobe obtención de agua caliente sanitaria, apoyo a calefacción en invierno y que en verano emplee el gran exceso de producción de agua caliente en la climatización de una piscina.

Exteriormente no es posible distinguir un colector de aire de uno de agua ya que ambos están montados sobre caja y cuentan con un vidrio para provocar el efecto invernadero.

Es en el absorbedor donde se encuentran las mayores diferencias. En los colectores solares de aire el absorbedor presenta una forma rugosa y carece de la clásica parrilla de conductos de los colectores de agua. El aire circula libremente por la superficie del absorbedor recogiendo el calor que éste transforma. Por otro lado partiendo de que los conductos de aire son más grandes que las tuberías de agua debido a la distinta naturaleza en la fluidez de ambos elementos, la entrada y la salida del colector son también más grandes en los colectores de aire que en los de agua.

Al ser una aplicación poco difundida hasta ahora, no existe un modelo estandarizado de colector solar de aire, realizando cada fabricante su propio modelo. Por la misma razón, no existen pruebas oficiales que midan el rendimiento de estos colectores, existiendo diversas concepciones en cuanto a su rendimiento. Mientras algunos le otorgan valores de hasta el 90 % otros afirman que su rendimiento es en un 10 % inferior a los colectores de agua para cualquier temperatura e intensidad de la radiación.

Gran parte del resultado en el rendimiento depende del caudal de aire que le suministre cada diseñador. Hasta que no existan unas pruebas específicas para los colectores de aire de igual modo de los que existen para los colectores de agua, no se podrá realizar una correcta comparación entre ambos modelos.

Los aerocirculadores y los conductos de aire son los mismos que los empleados en ventilación. Es conveniente que los conductos aparezcan aislados térmicamente para evitar pérdidas de calor, sobre todo en los tramos externos al edificio. Para su correcto dimensionado es recomendado contar con gente capacitada para ello.

Es importante disponer de elementos que paren o activen la instalación en función de la presencia o ausencia de la radiación solar sobre los colectores y de la temperatura del aire en el interior del edificio. De esta manera se evita hacer funcionar el aerocirculador en momentos que no hay Sol o seguir forzando aire caliente en momentos en que la temperatura en el interior del edificio y en los elementos acumuladores ya es la requerida.

Los elementos de regulación son similares a los empleados en las instalaciones térmicas de agua y aire convencionales y constan básicamente de unos sensores térmicos adecuadamente dispuestos en colectores, acumuladores e interior del edificio y de un termostato diferencial que activa o paraliza el aerogenerador en función de la información recibida desde los sensores.

Fuente:
https://ecoinventos.com/calefaccion-solar-por-colectores-de-aire/