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CONSERVACIÓN DE ENERGÍA EN VIVIENDAS Y EDIFICIOS
Por Rodolfo Fernández y Alfredo Carella.
ESSO y la conservación de energía
Buenos Aires, circa 1981.
Índice
Pero, ¿es esto necesario?
Construcciones que conservan y ahorran energía
Los combustibles
Ubicación
Ahorrar energía
Forma y orientación
La vivienda confortable
Los espacios interiores
Los mecanismos
Las ventanas
Ganancias y pérdidas de calor. Los materiales.
Ahorro en iluminación
Las paredes y los aislantes.
Ahorro en calefacción
Los vidrios
Ahorro en aire acondicionado
Las infiltraciones de aire
Nota: Esta publicación fue digitalizada de una antigua ficha de divulgación fotocopiada de la cual no se conocen otras referencias. Es un trabajo que explica de manera clara, amena y muy bien ilustrada los conceptos básicos sobre el uso racional de la energía URE. Solo se han incorporado algunas notas aclaratorias. Se intenta rescatarlo del olvido para uso de docentes y alumnos ya que continúa vigente al haberse hecho poco o nada en la Argentina para implementar efectivamente el URE y ahorro de energía a más de dos décadas de realizado este artículo. Por otra parte las imágenes y contenidos conceptuales de este trabajo los conocí a fines de 1984 cuando el equipo encabezado por el Prof. Arq. Elías Rosenfeld dio un curso en la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de La Plata mientras cursaba el cuarto año de la carrera. Entre los expositores se encontraban las Arqs. Olga Ravella y Susana Finkelievich, el Arq. Carlos Ferreyro, el Ing. Mec. Carlos Díscoli y el Lic. en Física Jorge Guerrero. Un agradecimiento y homenaje a los que me introdujeron a partir de ese curso en un tema que no creo pueda abandonar.
Arq. Jorge D. Czajkowski
Profesor Titular de Instalaciones
Facultad de Arquitectura y Urbanismo, UNLP.
Desde hace pocos años, cada vez que leemos el diario, aparece alguna noticia relacionada con el petróleo, con la generación de electricidad, la inauguración de una nueva central hidroeléctrica o la realización de obras nucleares.
Día tras día, un inexorable bombardeo de noticias y slogans publicitarios, nos es lanzado desde el televisor, la radio, los diarios. Todo parece apuntar a la energía.
Esta trascendencia está dada porque sin energía las casas estarían a oscuras, las industrias no producirían, los automóviles permanecerían inmóviles En resumen, la vida tal como la conocemos sería imposible. Hoy, para el bienestar que nos brinda la electricidad y los medios de transporte por ejemplo, debemos gastar grandes cantidades de energía, proveniente del petróleo, en primer lugar, y de las represas hidroeléctricas en segundo término.
Nuestra civilización se caracteriza por su enorme consumo de energía. El hombre primitivo, aquel que vivía en las cavernas, no tenía más que la energía de sus músculos. El alimento que comía le proveía de las calorías necesarias para caminar, correr y realizar tareas múltiples. Durante su evolución, el hombre de las cavernas inventó algunas herramientas y con ellas alivió sus labores, Siglos más tarde, incorporo al trabajo animales como el caballo y el buey. Con ellos, pudo disponer de más fuerza y por lo tanto, por primera vez, contó con fuentes externas a su cuerpo.
Fue éste un extraordinario descubrimiento porque le permitió conocer los beneficios de disponer de grandes cantidades de energía.
El siglo pasado puso en funcionamiento la máquina de vapor, que le entregaba una cantidad de fuerza muy superior a la de los animales de carga. Desde entonces a la actualidad no se ha interrumpido la carrera tecnológica para poner en marcha fuentes que ofrecen más energía a menor costo. El hombre llegó así a domar el átomo poniéndolo a su servicio en centrales nucleo-eléctricas.
Hace muchos siglos, el hombre descubrió el fuego y al quemar leña liberó la energía que contienen los vegetales. Aprendió luego a elaborar el carbón vegetal, con lo cual se apropió de un factor de confort, puesto que las brasas de carbón no producen humo, muy molesto si se lo emplea para cocinar en interiores.
Después del carbón vegetal, apareció el mineral y una nueva industria se desarrolló en su entorno. El carbón mineral tiene, en términos generales más energía por kilogramo que la leña o el carbón vegetal. Dos kilogramos de leña dan casi el mismo calor que uno de carbón mineral. Rápidamente, se comenzó a usar este nuevo combustible A pesar de que ensuciaba y dejaba mucho hollín, evitaba un doble trabajo; buscar y cortar leña. Al utilizarse la mitad de kilogramos con igual resultado, su empleo se masificó.
A principios de siglo, comenzó el uso del petróleo. Tampoco es una casualidad que este hidrocarburo se haya impuesto en tan pocos años. Es líquido y por lo tanto de práctico transporte y almacenaje. Tiene mayor poder calórico por kilogramo que el carbón. La alimentación de calderas y de otras fuentes generadoras de calor es más fácil puesto qué puede automatizarse su flujo. La operación de limpieza de una caldera a petróleo, por ejemplo, es incomparablemente mejor que una a carbón. Es posible recordar a los fogoneros, esos trabajadores ennegrecidos de pies a cabeza que paleaban el mineral en las locomotoras y salas de calderas. No es posible pensar en continuar con tareas tan sacrificadas e insalubres. Estas características llevaron al incremento vertical del consumo de petróleo, que en solo tres décadas, desplazó totalmente al carbón, en los usos industriales y domésticos
El hombre, con el petróleo, vio facilitado el camino de la evolución hacia comodidades cada día mayores. Las naciones, crecieron haciendo uso de sus bondades. La calidad de vida se fue acrecentando hasta llegar al que hoy posee. Pero este ascenso se realizó sobre la base de consumos cada año mayores, hasta que los consumos se transformaron en abusivos.
Los depósitos subterráneos de petróleo tienen capacidad limitada. Sin embargo la extracción se realizó como si fueran inagotables. Grave error. Un día, al perfilarse su escasez, los países que guardan en sus entrañas el preciado mineral comenzaron a pedir más y más dinero por su petróleo. Su precio comenzó a inflacionar la economía. Mientras que desde 1900 hasta 1970 prácticamente fue constante entre 1970 a 1980 es decir en solo 10 años se multiplicó por 25. En 1970 un barril de petróleo costaba 1,40 dólares, hoy cuesta entre 32 y 41 dólares.
Una escalada escalofriante. Esta inflación aparentemente sin fin ha producido un descalabro en la economía de las naciones que dependen de las importaciones de crudo. Estos países tienen que pagar cada día más dinero por la misma cantidad de energía.
El petróleo tiene corta vida. Según datos ,de los países exportadores las reservas alcanzan solo para 3.5 años en todo el mundo. (Nota: estas son cifras de la década del setenta que han variado significativamente en la actualidad debido a la reconversión tecnológica del sector consumidor y el desarrollo de nuevas tecnologías de exploración, prospección y extracción del petróleo que han modificado el escenario. En la Argentina en los últimos 15 años paso de ser un pais que se autoabastecía de petróleo a ser un exportador de hidrocarburos por más U$S 1200 millones en 2001. El sector automotor se reconvirtió al GNC (gas natural comprimido) y las redes de gas natural alcanzan ya al 65% de los 10 millones de hogares. Todo esto hace que sea difícil establecer un escenario cierto de la duración de los hidrocarburos. JDC 2002)
Pero, ¿se puede ahorrar? Por supuesto. Desde que se inició el desarrollo tecnológico de este siglo, se hicieron las cosas sin pensar demasiado en los hidrocarburos que se gastaban. ¡Total, eran tan baratos! Pero ahora, las reglas del juego son muy diferentes. Ha llegado la hora de un nuevo desafío a la imaginación creadora y al ingenio. Hacer lo mismo que hasta ahora pero consumiendo menos.
Estarnos en los umbrales de una nueva revolución, la de la eficiencia. A tal fin se deben reconvertir todos los procesos industriales, las maquinarias, los edificios, en otras palabras todo aquello que, de una u otra forma consume energía. En particular, poner énfasis en los ahorros de energía en viviendas y edificios.
Toda vivienda o edificio es diseñado y construido para tener como mínimo, una vida de alrededor de treinta años, o sea, una vivienda construida hoy durará más allá del límite de agotamiento del petróleo. Permanentemente, se levantan viviendas que nada tienen que ver con la época en que vivimos. Edificios donde, dentro de unos años será imposible poder pagar los consumos de calefacción y refrigeración, están pensados para la era de la energía barata, donde una caldera o estufa más o menos grande a nadie le importaba, edificios que llevan consigo una auténtica crisis.
Cuando éramos hombres primitivos nuestra piel, se cubría de espesa pelambre para protegerla de las inclemencias del clima. Muchos siglos han transcurrido y es costumbre universal protegernos del clima con una construcción que llamamos casa. Lo que diremos sobre ella será válido para los edificios de oficinas o industriales. En todos ellos, el objetivo es la búsqueda de un refugio que nos mantenga apartados, separados del clima . Es inconcebible una vivienda que no nos proteja, que no mantenga una cierta temperatura y humedad constante. Todos protestamos cuando nos vemos obligados a trabajar o vivir en un ambiente demasiado caluroso o demasiado frío, en un ambiente que no tenga diferencia respecto al aire exterior.
"Mi casa es un nidito" expresamos cuando, en invierno nuestro hogar permanece caldeado y afuera hace frío. Inversamente, decimos que nuestra casa u oficina es una "frescura", cuando en el exterior los demás se achicharran. El concepto de confort, entonces, está ligado al de constancia de la temperatura interior de la vivienda y al de independencia de la temperatura exterior.
Por supuesto que esa sensación dependerá además de factores subjetivos, tales corno el tipo de actividad que desarrollamos, el mobiliario que nos rodea, etc. El objetivo del diseño y construcción de un edificio es, por lo tanto, dar satisfacción plena a las diversas de los ocupantes entre ellas las ambientales. Es entonces prioritario diseñar o reacondicionar estas construcciones con un nuevo criterio. Hasta ahora, poco se ha dicho en la Argentina sobre este tenia. Trataremos de dar algunas pistas para la solución de la tan intrincada cuestión.
¿Por qué tanta insistencia en el confort? . Porque de todos los factores es éste el que mayores consecuencias tiene sobre los consumos de energía. Una casa dentro de la cual hace frío mientras afuera hace calor, es la antítesis de lo que llamaríamos el ideal de casa. Sin embargo, los últimos años, es fácil observar cada vez con mayor frecuencia cómo las casas y edificios se construyen contra este criterio, haciendo prevalecer la belleza del diseño sin pensar en los gastos que se ocasionarán a los futuros habitantes. Total, la energía era barata. Pero esto se acabó. Ahora la energía cuesta y mucho. Hay casas y edificios donde los habitantes sufren frío porque los costos de calefacción son prohibitivos.
¿Es necesario llegar a tales sacrificios?
No.
Es suficiente con ejecutar sólo algunas medidas y los consumos de combustibles de nuestros edificios y casas serán reducidos a la mitad o menos. Eso sí, habrá que olvidarse de basar todo el confort en la calefacción o el aire acondicionado. La casa deberá ser diseñada o convertida en una construcción que conserve la energía.
Para esto, consideraremos algunos conceptos sobre el comportamiento del cuerpo humano ante el clima. Nuestro cuerpo es sensible a los cambios de temperatura, humedad, radiación y viento. La temperatura normal del cuerpo es de 37º Centígrados. Cuando enfermamos, la temperatura se eleva hasta llegar a límites de 41º o 42º donde se hace peligrosa. Nuestro cuerpo es muy sensible a los aumentos de su temperatura interior. Tan sólo 5 ó 6 grados más de lo normal pueden causar la muerte.
El cuerpo humano tolera aún menos las bajas temperaturas, pues con 35ºC el hombre comienza a sentir somnolencia hasta caer en un profundo letargo. Sentado en una habitación, la sensación de satisfacción ambiental dependerá de la temperatura del aire, que se considera adecuada si se encuentra entre 18ºC y 26ºC. Entre esos límites, el cuerpo se encuentra bien si se viste ropa no muy pesada y se cumple una actividad liviana.
La humedad relativa, "que siempre tiene la culpa de todos nuestros malestares", es la menos culpable. La tolerancia a su variabilidad es grande: desde 20% a 75%. Claro que un día con un 90% de humedad relativa barre con todos los buenos recuerdos y tolerancias.
Nuestro cuerpo es muy sensible a los cambios en la radiación que recibe, por ejemplo, desde el sol. Si la temperatura es inferior a 18ºC, pero hay buen sol y nos colocamos bajo su protección comenzamos a sentir de inmediato que nuestra sensación de confort aumenta. No en vano tantas generaciones de jubilados toman el solcito en las plazas. El sistema de calefacción conocido como losa radiante o el de radiadores, utiliza el principio de irradiación para alcanzar una temperatura agradable.
Así como una persona se siente bien cuando está al sol en un día de frío, lo contrario es también cierto. El sol es muy molesto cuando la temperatura del aire es alta. En consecuencia, una habitación donde entra el sol en invierno es confortable. En verano ocurre lo contrario. Esta habitación actúa como un elemento conservador de energía.
La humedad relativa es altamente molesta cuando se combina con los extremos de temperatura. Una habitación con 30ºC y 80% de humedad relativa ofrece un ambiente muy molesto. Si aumentamos la temperatura sin bajar la humedad, transformaremos la habitación en un baño turco, con el peligro del golpe de calor, enfermedad producida por combinación de alta temperatura y humedad.
A la inversa, las altas temperaturas con muy baja humedad pueden provocar peligrosas insolaciones. Existen límites muy bien trazados por sobre los cuales es casi imposible el desarrollo de cualquier trabajo. Se trata de la zona por arriba del 80% de humedad relativa y 35ºC o 25% y 45ºC. A mayor temperatura se necesita más humedad y a menos temperatura, menos humedad.
Si la temperatura es superior a lo deseable, el cuerpo comienza a transpirar, enfriándose por medio de la evaporación. Pero, para evaporar adecuadamente, es necesario poseer buena ventilación, otro factor más que se agrega al complejo confort.
En un clima muy húmedo, es deseable contar con mucha ventilación para evaporar rápidamente la transpiración. Sabemos lo desagradable que puede ser un ambiente cerrado y húmedo en pleno verano.
Todos estos datos y descripciones sobre el confort de las casas, tienen condicionantes muy grandes en la edad, sexo y vestimenta del ocupante, Los varones soportan uno a dos grados menos de temperatura que las mujeres. En invierno, las mujeres necesitan más temperatura y en verano menos. Igualmente, a medida que avanzamos en edad, se necesita mayor temperatura en invierno y menor en verano. La ropa hace variar mucho la temperatura necesaria en una habitación. De modo general, sabernos que vestidos con ropas muy abrigadas, soportamos temperaturas más bajas durante un largo tiempo.
Definimos entonces un triángulo del confort, con vértices colocados en 20% y 75% de humedad relativa y temperaturas ambientales de 18ºC y 26ºC. Pensamos en los extremos: desarrollar una actividad física intensa en un galpón de chapa al sol con 40ºC y 75 % de humedad, parece realmente incómodo. Sin embargo, ¡cuántos edificios fabriles se han construido así! El confort dentro de tal edificio solamente se puede restaurar si se coloca aire acondicionado, con el cual se deberán gastar impresionantes cantidades de electricidad, para eliminar un defecto que pudo ser corregido al construirse el local. El camino es exactamente el opuesto: deben diseñarse edificios adaptados al clima y a la actividad a desarrollar en ellos.
El hombre se ha desarrollado mejor en estrecho contacto con la naturaleza. Un edificio del tipo "coraza" que aísle totalmente del entorno es dañino, no sólo desde un punto de vista energético, sino también médico.
Cuando hablamos de ahorro de energía, nos referimos al ahorro de los combustibles que generan esa energía.
En un edificio, la energía se consume de varias formas, pero fundamentalmente en calefacción, refrigeración e iluminación. De los consumos mencionados, el primer puesto lo ocupa la climatización de ambientes. la iluminación reviste importancia pero únicamente en los edificios para oficinas.
Los artefactos domésticos tales como lavarropas, heladeras, etcétera, tienen también bajos consumos. Un lugar aparte merece la televisión. ¿Por qué? Por el gran número de horas de funcionamiento. Suele ser común tener encendido el televisor durante 8 horas, con un consumo equivalente a 4 horas de planchado de ropa.
Un fenómeno generalizado en la naturaleza es el de hacer circular la energía desde los lugares más calientes a los más fríos. En tal caso decimos que hay un flujo de calor. Jamás ocurre lo contrario. Una habitación se enfría si el ambiente externo está más frío y se calienta sí la temperatura externa es superior.
El calor circula desde los lugares de mayor temperatura a los de menor temperatura.
La energía contenida en un lugar caliente que se está enfriando, se pierde de tres formas posibles. En primer lugar, los materiales calientes en contacto con materiales más fríos les pasan el calor de tal modo que los materiales calientes se enfrían. Este es un fenómeno de contacto, donde los materiales necesitan tocarse para que ello ocurra.
La velocidad con que un material pierde calor, depende de su conductividad, una propiedad que tiene cada material en particular. Hay materiales que conducen más que otros. los metales son mucho más conductores del calor que los materiales de construcción.
Cuando una superficie está caliente, el aire en contacto con ella se calienta por conducción, como explicamos antes. Pero como el aire tiene la posibilidad de moverse y elevarse, esta capa caliente en contacto con la pared se desprende y se lleva el calor con ella hacia lugares más fríos, donde en contacto con aire de menor temperatura le pasará el calor, se enfriará y se iniciará un proceso de convección del aire. De esta forma, se produce el enfriamiento convectivo natural de una pared, techo u otro elemento: caliente y en contacto con el aire.
Existe otro tipo de enfriamiento convectivo aquel en el cual el aire circula forzado sobre el material caliente. Es la convección forzada, que por hacer circular el aire más rápidamente traslada más energía que el proceso natural.
Cuando el viento sopla sobre una superficie, la masa de aire que pasa sobre ella se está llevando el calor de la superficie, siempre y cuando ésta esté más caliente que el aire. Si es a la inversa, el aire se enfría y la superficie se calienta.
Un techo al sol se calienta al recibir radiación solar y se enfría al circular aire sobre él. Una cuchara con sopa caliente es enfriada soplando sobre ella; haciendo circular viento sobre la sopa.
El tercer proceso de transporte de energía a distancia es por radiación. La luz del sol nos llega desde muy lejos; entre el sol y la tierra no hay materia alguna que sirva de medio de transporte, tal como en los dos procesos antes descriptos. Es que la luz del sol es una onda electromagnética que puede viajar en el vacío y lo hace a gran velocidad, la de la luz. Se puede comprobar que todo cuerpo emite ondas y que estas ondas llevan consigo cierta cantidad de energía. Es lo que se conoce como irradiación. Cuanto más caliente está un cuerpo, más energía es capaz de irradiar. Si la temperatura es suficientemente alta, alrededor de 6.000ºC -como el sol- entonces las ondas irradiadas se pueden ver y las llamamos luz. Todos los cuerpos sobre la superficie terrestre emiten o irradian ondas llamadas infrarrojas. Hay varios tipos de ondas infrarrojas, dependiendo la potencia y cantidad de energía que transportan y de la temperatura del cuerpo que las emite la calefacción por infrarrojo, esas placas tan comunes que se ven en las paredes, emiten un infrarrojo muy poderoso, pues proviene de una fuente de alta temperatura.
La energía solar, en consecuencia, es una clase de energía que se transporta por radiación desde el sol.
Las ondas de radiación pueden ser absorbidas, tanto más fuertemente cuanto más oscura o cercana al negro es la superficie. A nadie se le ocurriría ponerse ropa negra para pasear bajo el sol de verano.
En cambio el blanco es todo lo contrario, produce un rechazo, un reflejo de la luz del sol. Para un día de verano, lo mejor para pasear al sol es vestir con ropa blanca. Hay otros colores muy reflectantes del sol, como el plateado y el oro.
Los colores claros son buenos para climas cálidos, los oscuros para los fríos. Cuanto más oscuro es un color más absorbe la energía del sol. Esto vale también para la energía proveniente de radiación infrarroja. Además de los colores, hay elementos que absorben luz o cierto tipo de radiación. El vidrio es sumamente curioso en su comportamiento pues deja pasar la luz del sol pero no el infrarrojo. En consecuencia, en toda ventana se produce un efecto caracterizado por el pasaje de luz y el no pasaje de infrarrojo. El vidrio impide, así, que la emisión de calor de paredes y pisos se vaya por la ventana a través del vidrio. Si la habitación se ha calentado porque entró sol, no se podrá enfriar por irradiación desde adentro hacia afuera mientras la ventana permanezca cerrada.
Otro efecto muy conocido, es el de los autos colocados al sol y totalmente cerrados. Esta situación causa más de un disgusto, pues al volver al auto, el desprevenido conductor generalmente no puede tocar, sin quemarse, el volante y menos aún, sentarse. Se ha producido un efecto invernadero. La radiación del sol ha sido absorbida en los asientos y carrocería y no pudo ser remitida enfriando el auto, pues las ventanas estaban cerradas impidiendo el paso del infrarrojo. Además, los vidrios también impiden el paso del viento, con lo cual el enfriamiento por convección forzada no se produce.
Además de absorber la luz del sol y la radiación infrarroja, los materiales tienen otra propiedad, la de almacenar calor.
Sabemos perfectamente que en toda vivienda o edificio se produce una carga de energía durante las horas en que el sol penetra a través de las ventanas o se proyecta sobre las paredes.
Esa energía, acumulada durante las horas de sol, es irradiada hacia el interior de la vivienda y hacia el exterior cuando el sol se pone. La radiación producirá un efecto calefaccionador. Ese mismo efecto, en verano, es indeseable y producirá un recalentamiento del ambiente.
GANANCIAS Y PERDIDAS DE CALOR. LOS MATERIALES.
Si las leyes físicas dicen que los flujos de calor van de lo más caliente a lo más frío, es inevitable concluir que en el invierno las habitaciones tienden a perder calor desde adentro de la casa hacia afuera y en verano a ganar calor de afuera hacia adentro. La calefacción se inventó para calentar ambientes cuya temperatura era demasiado baja para vivir con confort; en consecuencia se logró inyectar calor con una estufa para que la temperatura subiera a niveles agradables. De igual manera, el aire acondicionado fue creado para extraer calor de un ambiente demasiado caluroso.
Vamos a introducir el concepto de velocidad de la pérdida de calor. Una habitación puede perder energía desde adentro hacia afuera y hacerlo lenta o rápidamente. Esto dependerá de los materiales con que esté construida, de la temperatura interna y de la externa. No es lo mismo hablar de la Patagonia que de Buenos Aires o Formosa. Los inviernos en el sur, son muchos más crudos y las casas pierden energía más rápidamente. A menor temperatura exterior mayor pérdida de energía.
Desde el punto de vista del ahorro, la temperatura interna de una casa deberá ser de alrededor de 18ºC. Parecerá baja, no obstante es suficiente para mantener el confort del ambiente.
De ahora en más consideramos que todas las casas ahorrativas tienen una temperatura de 18ºC. Mayor temperatura significa automáticamente más gasto.
De igual forma, fijaremos para verano, una temperatura de ahorro de 27ºC en el interior de las viviendas y edificios. Si dos viviendas están colocadas en el mismo lugar y una de ellas necesita más calefacción que la otra, es que tiene mayores pérdidas de calor.
En toda habitación, las pérdidas se producen a través de las paredes, techos y ventanas por conducción del calor hacia el aire frío exterior. Además, todas las puertas y ventanas tienen rendijas por donde se infiltra aire frío, que hace bajar la temperatura del ambiente.
Las pérdidas de calor a través de la mampostería, son significativas cuando los materiales con que está construida la vivienda son muy livianos. El caso extremo es el de las casas de chapa, donde las pérdidas de calor son muy superiores. En cuanto al consumo, estas viviendas serán las más costosas.
Los materiales de construcción como el ladrillo y el hormigón, son buenos elementos para retención de la energía dentro de la habitación, siempre que tengan un espesor adecuado. Las paredes exteriores construidas con muy poco espesor, 10 ó 15 centímetros, causarán inevitablemente un gran consumo de combustible. El espesor más común con que se construye una pared, es de 30 cm. Esta pared tiene buenos valores de conductividad, aunque a medida que los combustibles se encarecen comienza a ser necesario disminuir aún más las pérdidas, para lo cual habrá que recurrir a ciertos artificios.
Las casas de antes, se hacían con paredes de 45 cm o más. Actualmente, construir semejante pared tiene un costo muy alto. Pero se pueden usar aislantes, elementos de baja conductividad y por lo tanto bajas pérdidas, además de razonable costo.
Los aislantes utilizan el aire encerrado en pequeñas celdas para evitar el paso del calor. El aire es un mal conductor del calor. Las aislaciones, al contar con cientos de pequeñas burbujas de aire encerrado en ellas, aumentan y magnifican el efecto no conductor del aire. Así, una pared con cámara de aire, baja los consumos de energía. En una pared aislada no es necesario llevar el espesor del aislante a valores muy altos para bajar mucho las pérdidas de calor. Una pared de 30 cm dividida al medio con una cámara de 5 cm de aislante, por ejemplo, tiene una pérdida que es la tercera parte de la de una pared maciza de 30 cm de ladrillo. Si llevamos aislación a 10 cm disminuimos las pérdidas en un 25 % adicional.
La aislación es particularmente importante en los techos, puesto que esta zona de los edificios está fuertemente sometida a la acción del sol y el viento.
Lo que decimos para las pérdidas es también válido para las ganancias, de calor en verano.
En la República Argentina, a medida que se progresa hacia el sur, mayor tendrá que ser el espesor de aislante a colocar en paredes y techos. En las regiones calurosas, el aislante será también importante para evitar el recalentamiento de las habitaciones con muros y techos expuestos al sol.
Existen vanos tipos de aislante: Lana de vidrio, espuma rígida, lana mineral y otros en forma de espumas que se colocan en el lugar. No haremos hincapié en ninguno de ellos. Cabe decir, tan sólo, que el uso de aislantes es uno de los mejores caminos para bajar los consumos de combustibles.
En todos los casos de colocación de aislaciones, se deberá tener especial cuidado con el fenómeno de la condensación, que ocurre siempre que hay aire húmedo, como el existente dentro de las viviendas, en contacto con una superficie fría. En ese lugar se forma una película de agua tanto mayor cuanto más húmedo es el aire y más grande la diferencia de temperatura con el exterior.
Las aislaciones pueden ser colocadas en el exterior de las paredes o en el interior. En caso de una vivienda o edificio ya construido, en general es más fácil ubicar los aislantes en el interior.
Sin embargo, desde el punto de vista térmico es óptimo colocarlos en el exterior. Así los efectos aislantes son más pronunciados. Claro que esto es sólo posible cuando la construcción se está levantando.
El material siguiente en importancia dentro de un edificio es el vidrio. Las ventanas se recubren de vidrio para que no penetre en las habitaciones el viento y con él polvo y suciedad. Al mismo tiempo, los vidrios permiten la visión y el pasaje de luz imprescindible para la iluminación natural de los ambientes.
De todos los elementos de una vivienda, el vidrio es el que mayor pérdida térmica tiene ya que equivale a tres veces la de una pared de 30 cm de espesor. Es necesario entonces, estudiar muy cuidadosamente la cantidad de vidrio a colocar en una vivienda, pues está directamente relacionada con las pérdidas de energía y de dinero. La superficie de vidrio deberá ser, desde el punto de vista del ahorro de energía, la necesaria para una buena iluminación y ventilación naturales al abrirse las ventanas. No más que esto. Los edificios con enormes muros de vidrio reemplazando a las paredes, son verdaderos monstruos consumidores de energía. Exactamente van a gastar tres veces más que uno normal y seis veces más que uno convenientemenente aislado. Esto puede ser mucho dinero. Así como el vidrio pierde energía, también la gana. Cuando el sol pasa a través de vidrio y entra en un ambiente en verano el efecto puede ser desagradable pues introduce calor extra en el ambiente. Deberemos en consecuencia evitar la penetración del sol en verano mediante un adecuado diseño de los aleros de protección de las ventanas y la orientación de ellas. En invierno, las ventanas causan pérdidas de energía durante las horas en las cuales no entra sol, pero ganan energía cuando penetra en la habitación.
El sol es energía pura que evita el gasto en calefacción. Una vivienda con locales bien orientados y con ventanas recibiendo sol durante varias horas al día, puede disminuir enormemente, su consumo de combustible. Por cada 2 metros cuadrados de ventana, el sol aporta en Buenos Aires el equivalente al calor generado por un metro cúbico de gas. Una habitación de 3 x 3 metros construida con paredes aisladas, y con una buena ventana al norte no necesita calefacción alguna en las horas de sol, aunque la temperatura externa sea 0ºC. Ese mismo sol acumulará en paredes y techo suficiente energía para que las necesidades de calor en horas nocturnas sean menores, pues la energía acumulada en la mampostería se re-irradia al interior de las habitaciones contribuyendo a la calefacción.
En verano ese calor almacenado puede ser perjudicial y hay que evitarlo; los aleros que permiten sol en invierno y no en verano, son fáciles de construir.
En edificios de oficinas generalmente el sol es un inconveniente pues a mucha gente le molesta trabajar con sus rayos sobre el escritorio. En este caso es recomendable cubrir las ventanas con una película protectora altamente reflectante de la luz solar o con vidrios que posean ,esta propiedad. Si la edificación es nueva, se pondrán vidrios tratados especialmente, que incorporan el elemento reflector al material.
En regiones muy frías donde las temperaturas de invierno se encuentran con frecuencia por debajo de los 0ºC es aconsejable recurrir al vidrio doble en las ventanas. Este vidrio adicional reduce las pérdidas a la mitad. Se puede incluso dar el caso de regiones tan frías en las que sea necesario llegar al vidrio triple.
En aquellos lugares donde en invierno es común tener -10ºC o menos, no conviene pensar dos veces; sale más barato poner doble vidrio que pagar el combustible gastado de más.
Hemos hablado de los materiales aislantes constituyentes. Este es en realidad sólo un aspecto del tema. De todas las posibilidades que tiene una construcción para ganar o perder energía, la más importante es la infiltración de aire en rendijas de puertas y ventanas. El aire frío invernal penetra en las habitaciones y enfría el aire por mezcla. En verano, el aire caliente eleva la temperatura interior.
Para vivir en un ambiente es necesario que este sea ventilado adecuadamente. Pero, la cantidad de aire infiltrada es casi siempre muy superior a la requerida para ventilación. Además de las ventanas y puertas, toda abertura es responsable de las infiltraciones de aire en una casa, como sucede con las aberturas de calefones y termotanques, chimeneas, ventilaciones de baños, etcétera. El espectro es amplísimo. Pero todas ellas tienen en común la existencia de una comunicación entre el interior y el exterior.
El viento aumenta este efecto, al ejercer presión o succión sobre las aberturas. Por lo tanto, se debe evitar toda abertura sobre una fachada en la cual prevalezca el viento, como por ejemplo las fachadas sur y sudeste en Buenos Aires. Si es necesario tener aberturas en estas fachadas, hay que tratar de colocar una buena carpintería de doble contacto y burletes.
Los burletes colocados en aberturas presuntamente responsables de las infiltraciones de aire, son tan útiles como los vidrios dobles o los aleros para evitar pérdidas y ganancias de calor.
Existen en plaza excelentes materiales, por ejemplo, adhesivos flexibles que sin mucho gasto ponen en condición de estanqueidad las rendijas existentes. Cuando más alta se encuentra una ventana, más presión ejercerá el viento sobre ella y mayor será la infiltración; por lo tanto, deberán ser colocados mejores burletes. La calidad de la carpintería de cerramiento en ventanas y puertas es decisiva; más de una casa o edificio se hace inhabitable por la simple razón de haberse construido con carpinterías donde se puede pasar hasta un dedo entre el marco y el bastidor. El costo inicial es mucho menor, pero los costos acumulados de funcionamiento tal vez cubran, en veinte años, el dinero exigido para construir tres edificios similares.
Un párrafo especial merecen los hogares o chimeneas, elementos visualmente muy atractivos aunque productores de verdaderos desastres desde el punto de vista del ahorro de energía. Una chimenea a leña, cuando está prendida, generalmente calefacciona un ambiente y congela los restantes. El efecto se produce porque la combustión genera un tiraje de aire desde el interior al exterior, aire que viene desde las habitaciones aledañas. Este aire es introducido por las rendijas de las ventanas y puertas del exterior, con lo cual esas habitaciones sufren una gran pérdida de energía. Se produce un efecto contrario al deseado. Para evitarlo, habrá que cubrir la boca de la chimenea con un vidrio o tomar el aire de combustión del exterior. Debe guardarse la precaución de cerrar de noche el tiraje de la chimenea después de apagar el fuego.
CONSTRUCCIONES QUE CONSERVAN Y AHORRAN ENERGÍA
Para el ahorro y conservación de la energía, el camino correcto es dividir el problema en dos partes: construcciones existentes y por hacerse. Ahorrar energía en una vivienda ya construida es muchísimo más difícil que hacerlo en una a construir. En esta última podemos planificar su ubicación, diseño y construcción, de acuerdo a cánones y reglas actuales, buscando no malgastar energía. Trataremos en consecuencia las reglas enunciadas aplicándolas únicamente a las viviendas y edificios a construir.
No son muchas:
- LOCALIZACIÓN EN EL TERRENO
- FORMA Y ORIENTACIÓN DEL EDIFICIO
- DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS INTERIORES
- UBICACIÓN DE LAS VENTANAS
Si se respetan estas reglas pueden ser ahorradas significativas cantidades de energía. No hay demasiados secretos, se trata de adaptar la casa al clima que la rodea y a la geografía del lugar. Podemos, usar los elementos naturales a favor o en contra. Si los usamos a favor, probablemente contribuyan al ahorro de energía. En general, los edificios se parecen mucho en todas partes, independientemente del clima en el cual se encuentran. Esto no es lógico, pues el clima de San Juan, por ejemplo, no es igual al de Bahía Blanca.
Sin embargo un edificio alto es casi idéntico en ambas ciudades.
Si ignoramos el clima, deberemos gastar muchísimo dinero en sistemas de calefacción o aire acondicionado que mantengan un adecuado nivel de confort.
Para contar con un edificio "ahorrativo", el primer factor a considerar es la incidencia del sol. El segundo, la incidencia del viento. Ambos están relacionados con la elección del terreno y la ubicación de la casa. El sol recorre un arco en el cielo, que nace en el cuadrante este y muere en el oeste. Esto no significa que el sol salga siempre del este y se ponga en el oeste, por el contrario, sólo lo hace dos días por año, el 21 de setiembre y el 21 de marzo. En invierno sale del noreste y se pone en el noroeste. En verano sale del sudeste y se pone del sudoeste. En cualesquiera de estas épocas, al mediodía, el sol está alto; en verano más que en invierno.
El viento tiene direcciones, preferenciales, según la estación sopla la mayor parte del tiempo desde una determinada dirección.
El viento servirá para remover el calor indeseable acumulado en un ambiente. Pero para ello, deberemos orientar las ventanas de manera tal que, en verano el viento cruce la habitación, ventilándola. En invierno, ese mismo viento deberá evitarse, cerrando las ventanas. El sol es importante entre las 9 y las 15 horas en invierno. Fuera de este horario la cantidad de energía que llega es poca, sólo un 10% del total. El 90 % se encuentra alrededor de mediodía; todo obstáculo, sea natural o artificial que pueda tapar el sol en esas horas, impedirá que llegue la radiación tan apreciada y ahorrativa. Será necesario estudiar a fondo las sombras que proyectan los árboles y edificios adyacentes, para colocar la nueva construcción tan apartada de ellas como sea posible. Esto es válido para el invierno.
Para el verano, un árbol o planta que proyecte sombra sobre un edificio o ventana, puede ser la diferencia entre confort y disconfort. Evidentemente, los árboles de hojas caducas son el ideal para esta situación. Con hojas en verano, sin hojas y dejando pasar el sol en invierno. Los espacios abiertos en un terreno, aquellos que deja libre el edificio, deberán ser estudiados con cuidado pues si no reciben una buena cantidad de sol en invierno, probablemente nadie los utilice. Un patio con sombra en esta estación es universalmente reconocido como muy desagradable y frío. Se ha desperdiciado la oportunidad de contar con un espacio soleado para recreación.
La geografía del lugar tiene una fuerte incidencia sobre el sol y el viento. En la época estival, a orillas del mar, por ejemplo, comienza por la tarde una brisa que refresca las calurosas habitaciones calentadas por el sol. Si las ventanas están bien orientadas, sólo bastará abrirlas, y sin un centavo de gasto se refrescará el ambiente.
La forma del edificio tiene gran incidencia en los consumos de combustible para calefacción y refrigeración, que dependerán de la rigurosidad del clima en el cual está localizada la vivienda, pero en general las formas posibles pueden relacionarse con las ganancias y pérdidas de calor.
Los edificios de una planta cuentan con más superficie de paredes y techos que uno de dos plantas con el mismo volumen. De los diseños posibles, la forma cuadrada es la menos eficiente. Se ha comprobado que el mejor edificio para evitar el consumo de energía es él de forma rectangular, con el eje mayor en dirección este - oeste.
La forma rectangular alargada expone en invierno su cara norte. Al recibir los rayos solares en su parte más alargada, obtendrá también mayor cantidad de energía. En verano, esta fachada recibirá menor cantidad de energía solar que el techo y las caras este y oeste, puesto que el sol estará más alto.
Esta superficie de alargamiento, estará relacionada con el clima. Cuanto más frío, menos alargamiento. Habrá que conservarlo compacto y con bajas pérdidas. En climas cálidos, el concepto es el inverso; alargar las viviendas y permitir a través de las ventanas un amplio barrido de la ventilación en las habitaciones. La forma alargada este - oeste permitirá una buena iluminación, para lo cual las ventanas deberán estar relacionadas con el tamaño de la habitación. Como el sol penetrará por éstas en invierno, para que llegue al fondo del local su profundidad no deberá ser mayor de 2 a 2 ½ veces la altura de la ventana medida desde el piso.
Así como el lado norte es el lado más privilegiado, el sur es más castigado. Todas las pérdidas de energía se producirán por allí, pues el sur casi siempre permanece en sombras. Por tal razón es conveniente disminuir la superficie expuesta en esa dirección. La situación ideal es aquella en la cual las paredes que dan al sur no tienen ventanas o tienen pocas; en todo caso deberán tener una fuerte aislación.
Además de no recibir sol, éstas sufren las contingencias de los vientos fríos del invierno. Una densa cortina de árboles siempre verdes, una pared alta o fuertes aislaciones son buenas alternativas de solución.
Una excelente forma de reducir los consumos de energía en un edificio es pensar en la distribución de espacios interiores con criterio conservacionista.
En grandes edificios, por ejemplo oficinas, la distribución de ambientes en grandes espacios sin tabiques o paredes que separan pequeños espacios, crea una atmósfera de trabajo agradable, en tanto la distribución de escritorios, bibliotecas, plantas decorativas, etc haya sido lograda con inteligencia y buen gusto. Los espacios amplios no oponen obstáculos a los flujos y corrientes de aire desde los núcleos centrales a la periferia, facilitando así la ventilación, la iluminación natural y la circulación de calor o frío de un lado a otro.
La distribución de los espacios interiores debe hacerse procurando colocar en la zona sur, más consumidora de energía, los espacios que no requieren calefacción o refrigeración, tal el caso de baños, núcleos de limpieza, ascensores, etc. El último piso es el que más alteraciones sufre, pues al estar expuesto su techo al sol y al viento, las variaciones de temperatura son significativas. Resulta conveniente entonces ubicar en ese sitio las salas de ascensores y demás espacios que no necesiten climatización. En una vivienda, las habitaciones que requieren una buena cantidad de sol son el comedor y los dormitorios. Los baños pueden ser colocados hacia el sur, creando una cámara de contención que impida la fuga de calor por esa cara del edificio. los pequeños galpones, habitaciones de depósito y garajes, son también espacios susceptibles de situarse al sur y actuar como protectores de las pérdidas.
La orientación oeste es peligrosa en verano, pues a la tarde crea una zona donde se recibe una alta cantidad de energía solar. Es importante crear allí también un espacio que actúe como pulmón amortiguador.
Las ventanas no solo son medios de comunicación visual con el exterior y de iluminación natural para el interior, sino que adquieren importancia en el sistema de calefacción de una casa.
El sol penetrando dentro de un ambiente, contribuye a la calefacción con una buena cantidad de energía y sin producir gastos. Pero al mismo tiempo, las ventanas son aberturas por donde se pierde energía principalmente de noche.
De todas las orientaciones posibles, en general la mejor es la norte. Su ángulo debe ser bajo para facilitar la entrada del sol hasta el fondo de la habitación. Se obtiene tres veces más radiación solar en la fachada norte que en cualquier otra.
Durante el verano, las ventanas así orientadas dejan entrar poco sol, y aún éste puede evitarse mediante un alero o un árbol de hojas caducas. No es fundamental que las ventanas estén orientadas exactamente al norte, y son aceptables variaciones de hasta 30º.
Una ventana adecuadamente colocada y dimensionada, es un factor nato de ahorro de energía. Pocos elementos pueden competir en eficiencia. Por supuesto, en días nublados y lluviosos, poca energía solar llegará a las habitaciones a través de las ventanas. En esos casos será necesario utilizar un sistema tradicional de calefacción. Tomando una estadística de los días nublados, aun en esa circunstancia, la ventaja económica será cuantiosa.
A medida que el clima se hace benigno la superficie de ventanas necesarias puede disminuir. En climas templados, hay un cierto peligro de sobrecalentamiento en las habitaciones, que puede ser obviado con una ventilación adecuadamente dimensionada.
El sobrecalentamiento se evita si la radiación solar incide sobre superficies de mampostería macizas, puesto que éstas absorben el exceso de energía. En la Argentina, los climas templados abarcan desde los 20º hasta los 40º de latitud sur, de tal forma que la mayor concentración de población se encuentra en dicha área. Es de interés, por consiguiente, tener en cuenta que el invierno tiene menor o igual importancia que el verano. En general son más los días de calor que los de frío. Hay que cuidar mucho las ganancias de calor en las casas y edificios. Una ventana mal orientada y de gran superficie, puede ser la diferencia entre un local inaguantablemente caluroso y otro que no lo es. El sol se evita sólo con elementos sombreadores. El oeste es la peor orientación, por lo que los rayos solares deberán ser detenidos mediante persianas o postigones.
Que la iluminación es necesaria suena a redundancia, pues nadie dudaría de esta afirmación. Sin embargo, es más común encontrar viviendas mal iluminadas que bien iluminadas. Desde nuestro punto de vista ahorrativo, iluminar implica consumir electricidad, lo que nos conduce a considerarla según se trate de iluminación diurna o nocturna.
La iluminación ahorrativa diurna es por supuesto iluminación natural. Toda luz encendida en horas del día es un ataque frontal y directo contra los presupuestos, sean familiares o empresarios.
Si la luz solar ha sido inventada hace tantos años y funciona muy bien, ¿por qué hacer todo lo posible para usar luz artificial en los ambientes? La iluminación natural debe provenir del sol, o del cielo, que es un elemento natural difusor de la luz. Teniendo en cuenta esta regla hay que prever ventanas o aberturas suficientes en lugares estratégicos. Una abertura al norte, ofrece excelentes oportunidades de controlar la iluminación para hacerla útil, por lo que se deberán utilizar elementos sombreadores horizontales y aberturas rectangulares para la regulación. Las ventanas verticales son más adecuadas para el este y el oeste. Se debe tratar de evitar las cortinas, puesto que no impiden que el sol entre por el vidrio y una vez adentro, se convierta en infrarrojo y quede atrapado por éste.
Las ventanas o aberturas altas, tienen mejor distribución de la luz cuando los locales son profundos. El techo de tipo diente de sierra brinda excelente iluminación de locales industriales.
Las paredes y techos pueden ser utilizados como difusores de la luz. La luz de las ventanas reflejándose sobre elementos constructivos y el color claro de esto, reparte la iluminación en el ambiente, haciéndola pareja y sin deslumbres. La forma del edificio tiene un importante significado en la distribución de la luz natural y las necesidades de iluminación. Para una misma superficie cubierta, asumiendo correctos niveles de iluminación en el centro del edificio y en el perímetro, se llega a concluir que la forma cuadrada de varios pisos es la más conservativa.
Los colores de los revestimientos interiores tienen gran influencia en la difusión de la natural, pues si son claros, reflejarán la luz y provocarán su homogénea distribución.
Considerada parcialmente, la iluminación natural es mejor que la artificial ya que con ella se logra un menor consumo de energía eléctrica, pero analizado el edificio en su totalidad, esto es sólo cierto en un aspecto. La iluminación natural no evita la instalación de la misma potencia en iluminación artificial, puesto que no siempre contamos con aquélla. Sólo cuando el sol está presente, se reduce el número de horas de iluminación artificial.
Al aumentar la proporción de luz natural, es inevitable aumentar el número de ventanas y aberturas por donde penetra la luz solar. En este caso, se incrementa la oportunidad de infiltraciones a través de la carpintería y de pérdidas de calor a través de vidrios. Este efecto es tanto más acentuado cuanto más frío es el clima.
Ponemos énfasis en los climas fríos, porque los cálidos no causan tantos inconvenientes dado que es fácil colocar artefactos sombreadores a los cuales se les provea de niveles adecuados de luz. Habrá así en un ambiente, zonas de alta y baja iluminación. Esto es común en las casas de familia, donde a nadie se le ocurriría prender a pleno todas las luces disponibles para leer el diario. Por lo general se enciende una sola lámpara que crea una zona de luz intensa, permaneciendo el resto del ambiente con menor iluminación. En oficinas donde se ilumina totalmente el local, sin considerar las actividades a desarrollar en las distintas áreas, se hace un gran gasto sin un beneficio real. La iluminación crea calor residual, que aumenta las cargas de calor internas en los ambientes, y el gasto en refrigeración. Este calor puede ser aprovechado en invierno para disminuir los consumos de calefacción. Generalmente se crea una estratificación del aire tal que cerca del techo hace más calor que cerca del suelo. Esta diferencia de temperatura puede ser aprovechada si se crea una corriente de aire vertical que provoque la circulación de este aire hacia el piso.
Uno de los factores que más afectan al consumo de energía en iluminación es el encendido y apagado de la misma. Las luces suelen permanecer encendidas a menos que expresa o automáticamente se las apague.
Es absolutamente conocido que dejar en nuestras manos esta tarea, significa que jamás se apagarán. Es conveniente por lo tanto, recurrir a llaves de corte con temporizadores, de tal forma que los interruptores se activen a horarios prefijados y se desactiven de la misma forma. Es posible además agregar controles que detecten niveles de iluminación sobre ventanas, que impidan la introducción de rayos solares y la consiguiente disminución de la refrigeración necesaria.
La iluminación no tiene mucha relación con los vatios que consume la lámpara. En general esto depende de la calidad del elemento y del principio de funcionamiento. Las lámparas de filamento o incandescentes, tienen la más baja de las eficiencias, alrededor del 3% y con lámparas de gran potencia la eficiencia aumenta poco. Esto significa que sólo el 3 partes en cien son convertidas en luz útil. Un 97% se pierde en forma de calor. Realmente son mejores calefactores que iluminadores. Los tubos fluorescentes tienen una eficiencia mayor -alrededor del 9%- que en términos de iluminación significa que a igual gasto se obtiene un nivel de iluminación tres veces superior. Por otra parte gozan de la propiedad de ser más eficientes cuanto más largos son.
Las lámparas de descarga, del tipo mercurio o sodio, son también eficientes lográndose llegar al 11%. El problema de estas lámparas es la coloración de su luz, tan apartada de la luz solar que las torna inútiles en el interior de las viviendas. En cambio, para iluminación de exteriores, su empleo se ha visto ampliamente difundido por su alto poder lumínico, menor consumo y mayor vida útil.
La planificación de la iluminación es importante en el ahorro de energía. El mejor diseño de sistemas de iluminación es colocar artefactos que provean la máxima iluminación necesaria para cada tarea, y no la máxima a todo un local por amplio que éste sea, porque ello significa derrochar energía.
La distribución de las llaves de luz en casas o edificios, es también de gran significación. Una buena ubicación de las llaves de encendido facilita el control de las luces por áreas.
De nada valdrá una buena distribución de llaves si se las instala todas frente a la puerta de entrada y sin señales que las distingan. Esto inevitablemente termina con el encendido de todas las lámparas al no poderse distinguir a qué zona pertenece cada una de ellas.
Finalmente, la limpieza periódica de las lámparas puede aumentar hasta un 25% los niveles de iluminación.
Desde que el hombre primitivo aprendió a usar el fuego para calentar su ambiente o permanecer a la intemperie al rescoldo de las brasas, los sistemas de calefacción se fueron perfeccionando sin variar su sentido originario; utilizar el fuego como fuente de calor. En la actualidad todo sistema de calefacción puede dividirse en: generador de calor, combustible, distribuidor de calor y unidades terminales. La generación comprende las calderas, estufas y todo artefacto que mediante algún elemento convierte combustible en calor útil a través de un proceso de combustión. Como hay combustión presente, debe haber una chimenea que evacue los gases de la combustión. Además la combustión necesita aire para realizarse. En estos dos aspectos, se pueden efectuar grandes mejoras, puesto que toda chimenea es una oportunidad abierta a las pérdidas de calor. En un sistema de calefacción que esté mal diseñado y mantenido, las pérdidas en la chimenea pueden ascender al 30 ó 40% de las calorías entregadas por el combustible. Esto significará que estamos calefaccionando el aire exterior, en lugar del ambiente o los locales. Por supuesto éste es un caso extremo, pero desafortunadamente mucho más frecuente de lo que se puede esperar.
El escape de calor en una chimenea está definido por el tipo de chimenea, su limpieza y la forma en que el sistema de generación quema el combustible y transmite el calor al medio distribuidor. En general, el escape de calor por una chimenea es tanto mayor cuanto menor recorrido efectúa la llama del quemador dentro del sistema de generación de calor.
Una caldera de triple paso, hace dar tres vueltas al gas caliente que sale del quemador. En este triple pasaje, la transferencia de calor es tres veces mayor que un sistema de un solo pasaje. El mejor índice de las bondades de un sistema de producción de calor es la temperatura de los gases en la chimenea y el contenido de CO2 en ellos. Cuanto más fríos sean los gases en la chimenea y mayor contenido haya de dióxido de carbono, mejor será la combustión y la transferencia de calor.
La limpieza de la chimenea es fundamental, pues al aumentar el contenido de hollín se dificultará la evacuación, impidiendo una buena combustión.
El quemador es un elemento sobre el cual se ha trabajado mucho en los últimos años, obteniéndose resultados excelentes mediante la utilización de precalentadores de combustibles y una buena vaporización del mismo en los picos del quemador. Hay quemadores donde la eficiencia llega al 98%.
No hay peor inversión que la compra de un elemento de calefacción de baja eficiencia. Con el tiempo costará varias veces más que haber adquirido los de primera categoría.
El quemador debe ser calibrado por el "service" para bajar, en lo posible, las temperaturas de chimenea y aumentar el volumen de CO2. El sistema de distribución de calor es la fase siguiente en la cadena de calefacción y puede consistir en vapor, agua o aire caliente. De los tres sistemas, el de vapor es el que presenta mayores ventajas en rascacielos o edificios tipo torre, donde debe transportarse la energía a grandes distancias. los sistemas de agua caliente son indicados para conducir calor a menores distancias como es el caso de edificios o viviendas de pocos pisos. El aire caliente en cambio, deberá restringirse a ambientes o distancias pequeñas. Estas diferencias definen además las eficiencias de funcionamiento de los sistemas. Un sistema de calefacción por aire caliente donde el aire debe ser llevado a grandes distancias, será menos eficiente que uno en el cual el aire caliente es generado en el lugar mediante la transferencia de calor desde una serpentina por dentro de la cual circula agua caliente o vapor. Si el edificio es de gran tamaño, la utilización de vapor permite el empleo de cañerías de menores diámetros con el consiguiente ahorro de dinero. En todos los casos de transporte de calor a distancia deberá colocarse aislante en las tuberías y su espesor debe ser suficiente para minimizar las pérdidas de calor desde las calderas a las unidades terminales.
No importa si las tuberías van por dentro de las paredes, por albañales o por huecos en muros. En todos los casos, las pérdidas de calor serán importantes si los caños están expuestos. El espesor de aislante a usar será en función de la temperatura interior de la cañería y del lugar por donde se desplaza. A mayor temperatura y mayor exposición a la intemperie, mayor espesor de aislante. El ahorro será de un 5% del consumo total.
Las unidades terminales son aquellas destinadas a dar el calor generado en las calderas o estufas. Existen diversos tipos de unidades terminales; la más popular es la estufa que trae un quemador incorporado y quema el gas en el mismo ambiente. En general la eficiencia de estas estufas es muy baja, no superando el 60%. El resto se elimina al exterior por la chimenea. Tienen la ventaja del bajo costo inicial, y la desventaja de la baja eficiencia que transforma en costoso su funcionamiento. Como la calefacción es individual, el propietario cree que está gastando menos pues las estufas están encendidas sólo en aquellos ambientes donde le resulta necesario. Esto no es exacto.
El consumo individual es alto debido a que el sistema de control es individual por aparato. Si se encendieran todas juntas las estufas de una casa, gastarían un 20 ó 30% más que un sistema central bien diseñado. La compensación por un menor valor inicial es un mayor valor de consumo y menor vida útil.
Los sistemas de calefacción tanto en viviendas como en edificios del tipo losa o piso radiante, donde las cañerías de distribución que transportan agua caliente están embutidas en las losas de la construcción, son sistemas altamente popularizados por el bajo costo inicial. Este sistema, actúa por radiación y crea confort por responder el cuerpo a los niveles de irradiación mejor que a los aumentos de temperatura del aire. Es por lo tanto un sistema recomendable desde el punto de vista fisiológico, pero al tener una gran inercia térmica, es de mayor consumo de combustible. Esto se puede solucionar si se colocan controles que lo corten o pongan en funcionamiento para el caso de que la temperatura exterior lo demande. Pueden emplearse además válvulas de mezcla, sacando del control humano la operación del sistema. Señalamos esas malas costumbres de los consorcios de colocar reglamentos al funcionamiento de los sistemas de calefacción, como si la temperatura del aire exterior siguiera algún reglamento. Un control tiene un costo ínfimo comparado al costo total y ahorra mucho más que mil reglamentos. Los difundidos radiadores son excelentes desde el punto de vista de la utilización de la radiación para calefacción. Ofrecen además una mayor posibilidad de control individual unido a una menor inercia térmica, que evita el consumo innecesario de calefaccionar las estructuras del edificio, como es el caso de la losa radiante. Cada radiador debe tener una válvula termostática individual con la cual el control de temperatura se efectúa ambiente por ambiente, aumentando la eficiencia con menos consumo.
Finalmente, los sistemas de calefacción con aire caliente son los que ofrecen la menor inercia térmica y más rápida respuesta al calor.
El tamaño de un sistema de calefacción dependerá de las pérdidas de calor que deba cubrir. Cuanto mayores sean estos más grande la caldera o estufa a utilizar. Un edificio de paredes con poco vidrio endrá mejor pronóstico en cuanto al consumo de combustible. Los modernos edificios de paredes enteras de vidrio, son verdaderos monstruos consumidores de combustible.
Mediante un estudio de las pérdidas de calor aplicando lo visto anteriormente para reducirlas, se puede llegar con facilidad a un ahorro del 40% en lo que consumen estos edificios.
Es fundamental tener en cuenta las fuentes internas de calor, como motores, luces y personas. Un teatro con gente en su interior, no consume en absoluto lo mismo que si la gente no estuviera. Es por ello que se deberá prever no solo el equipamiento para calentar el edificio considerando que no hay gente, sino también los controles para modular quemadores y bajar los consumos de combustible cuando hay público en la sala. Así como éste son muchos los ejemplos donde se puede contar con fuentes internas de calor.
En cuanto a las luces si se las toma adecuadamente en cuenta, contribuyen en gran medida al ahorro. Existen casos donde la correcta utilización de las luces y de flujo de personas, unido a ganancias de energía solar por las ventanas, permiten la eliminación total de los sistemas de calefacción.
Las fuentes internas de calor son habitualmente olvidadas en el diseño de sistemas de calefacción en edificios y viviendas, motivo por el cual se sobredimensionan. Las escuelas son uno de los mejores ejemplos de sobre-dimensionamiento, pues al no tomar en cuenta a los niños dentro de las aulas, los sistemas resultan totalmente desproporcionados y causan no pocas molestias a educandos y educadores.
Siempre que sea posible, conviene dividir el sistema de calefacción en unidades de menor capacidad individual, de tal forma que la suma de ellas sea la carga térmica requerida, en lugar de utilizar una sola caldera para todo el edificio. Un sistema central de por sí es alrededor de un 15% más eficiente que un conjunto de estufas por cuarto. En general los sistemas centrales de calefacción incluyen una caldera de generación de agua caliente o el servicio de agua caliente está incluido dentro de la capacidad de la caldera de calefacción. Es recomendable separar los servicios de agua caliente de los de calefacción, pues en el año, solo unos 100 días se necesita calefacción. El resto del año los servicios están superpuestos. La utilización de una caldera para ambos, obliga a prender quemadores sobredimensionados y calentar enormes masas de hierro. Es mejor usar dos calderas, una para cada aplicación.
La utilización del agua caliente a temperaturas mayores de 60ºC es absolutamente innecesaria y desperdicia energía. Existe la costumbre muy difundida de calentar el agua en calderas y termotanques muy por encima de la temperatura de utilización y luego mezclarla con agua fría cuando sale de la canilla. Esto es totalmente innecesario, pues se deben cubrir las pérdidas de calor en las cañerías. Es altamente deseable que la caldera o temperatura no caliente el agua a niveles que requieran la mezcla, pues ésta no solo desperdicia energía térmica de la caldera sino eléctrica de los bombeadores de agua.
Es importante señalar que una ducha gasta de treinta a cuarenta litros de agua, cuando un baño de inmersión necesita entre 120 y 160 litros, con el consiguiente gasto adicional de combustible.
Una canilla abierta drenando agua caliente sin ningún objetivo más que la relativa comodidad de no cerrarla, es una de las mejores formas de tirar nuestro dinero.
Los termotanques vienen aislados de fábrica, pero salvo excepciones la cantidad de aislación que se les coloca es insuficiente. Una buena medida puede ser agregar más aislación por fuera, teniendo la precaución de terminarla con una capa de lona o tela para evitar que el aislante se pierda con el roce.
Los calefones son calentadores instantáneos que generalmente tienen una baja eficiencia de funcionamiento, expresada por la cantidad de calor que se pierde por la chimenea que llega a ser de un 60%. Si a esta baja eficiencia se le adiciona la pérdida por baja transferencia en las cañerías, el resultado puede ser un artefacto que no calienta. Las tuberías de los calefones en zonas de aguas duras, se tapan con sarro (un depósito de sales calcio) que se incrustan en la cañería impidiendo una buena transmisión del calor desde la llama al agua. La frecuencia de limpieza de esta serpentina tiene alta influencia en el consumo. Del total de dinero gastado en una casa en gas u otro combustible, el calentamiento de agua se lleva el 70%, fuera de la temporada invernal.
Uno de los métodos más utilizados en calefacción, es el de la chimenea de leña. Salvo su carácter estético, que lo tiene, la chimenea de leña es en realidad un pobre elemento calefactor. Se trata de un sistema que provoca resultados opuestos al esperado. Un hogar de leña funcionando, elimina por el tubo de la chimenea casi el 80% del calor generado. Sólo llega a la habitación un escaso 20 % en forma de radiación. La consecuencia es un calentamiento muy direccional, donde medio cuerpo está muy caliente y la otra mitad fría por contraste.
El tiraje de la chimenea, produce un arrastre de aire desde habitaciones aledañas que entra por las rendijas y aberturas de puertas y ventanas y que es frío por venir del exterior. Como resultado final, se tendrá un ambiente, aquel en el cual está el hogar, muy caliente y el resto de la casa frío por las infiltraciones mencionadas. Si se desea usar leña, es más aconsejable la salamandra cerrada de hierro forjado.
Actualmente hay nuevos sistemas de calefacción llamados de bomba de calor, que utilizan un principio muy viejo y aplicado ya a la refrigeración. Se trata de bombear calor desde el exterior al interior utilizando el principio de la evaporación y condensación de gases en un circuito de compresión frigorífica. Este proceso provoca el transporte de calor desde el exterior al interior, con una altísima eficiencia: por cada kilovatio entregado a la máquina ésta devuelve 2,5 con el consiguiente ahorro. No hay milagros sino simplemente una extracción de calor desde el aire exterior y su transporte al interior. Por una unidad de energía entregada se han obtenido dos veces y media más. El inconveniente de este sistema es el uso de electricidad para la calefacción, que de por sí es intrínsecamente costosa. Además se obliga a los motores a marchar durante todo el año, disminuyendo la vida útil.
En clubes, principalmente, la calefacción de piletas de natación es uno de los rubros más costosos en los gastos de funcionamiento. Las pérdidas de calor en una pileta de natación se producen a través del agua, en primera instancia. Es por lo tanto aconsejable colocar una cubierta de aislación encima de su superficie. Cualquier elemento plástico de buena resistencia a las roturas será suficiente y no permitirá que se produzca una convección de calor desde la superficie caliente al ambiente. Se producirá únicamente un enfriamiento por conducción a través del plástico pero de mucha menor intensidad. Así, es posible reducir en un 50% los gastos de funcionamiento.
Cuando de refrigerar un edificio se trata, el nudo de la cuestión es bajar la temperatura en el interior cuándo en el exterior hace calor. Hagamos énfasis en esto, pues no hay que bajar la temperatura cuando afuera hay baja temperatura. En todo sistema en el que se aproveche el aire exterior siempre que sea posible, se hará un buen aprovechamiento de energía. Si el aire exterior tiene 25ºC y en el interior hay 28ºC, una inyección de aire exterior servirá de acondicionamiento pues se está inyectando aire frío respecto al interior. En este momento, las máquinas de refrigeración deberán parar su funcionamiento. Para realizar esto, sólo es necesario un control.
El tamaño de un sistema de refrigeración de edificios, tendrá que ver con la ganancia de calor del mismo. A mayor ganancia mayor equipamiento y mayor gasto de funcionamiento. De todos los elementos posibles de usar en la construcción el peor, considerando el gasto, es el vidrio en grandes proporciones respecto a la mampostería. las superficies vidriadas ganan enormes cantidades de energía desde el sol que incide sobre ellas o el reflejado en alguna superficie que hace llegar este reflejo. La ganancia depende en general del metraje de vidrios y de la orientación de la ventana. La peor orientación es al oeste, donde a la tarde el sol llega perpendicularmente a los vidrios así orientados. En consecuencia, se deberá evitar la penetración del sol a los ambientes mediante el uso de elementos sombreadores. Los mejores son los exteriores, pues evitan que el sol atraviese los vidrios.
Existen varios sistemas de refrigeración. El más común es el acondicionador de ventana, que tiene como única ventaja el bajo costo inicial, y que después presenta todos los problemas. Por empezar, el alto consumo de energía eléctrica. Recién en los últimos años, se han comenzado fabricar aparatos con alta eficiencia. Comúnmente ésta se encuentra entre el 20% y 30%. En un edificio de gran tamaño un sistema de acondicionadores de ventana tiene un 30% o más de consumo que un sistema central. El gasto inicial será mayor, pero el gasto de funcionamiento en pocos años permite recuperar la diferencia de costo inicial.
Existen sistemas de refrigeración que no trabajan eléctricamente sino con fuente de calor, entre las cuales se cuenta el vapor y el gas natural, así como combustibles líquidos y hasta existe la posibilidad de usar gases de escape de motores y chimenea. Estos sistemas de absorción presentan una excelente posibilidad para el uso de menor cantidad de energía que en un sistema eléctrico. Los nuevos modelos de máquinas han aumentado la capacidad de producción de frío por unidad de energía consumida. Además, es posible diseñar sistemas que trabajan en cascada partiendo desde las altas temperaturas aprovechando los escapes de las máquinas de la etapa superior para recuperar energía. Con este método, las eficiencia se pueden aumentar en forma considerable llegando a valores hasta ahora desconocidos. En general, las pautas de ahorro en aire acondicionado, pasan por un diseño del sistema que no considera los consumos pico.
Un sistema diseñado para cargas térmicas que ocurran solo el 1% del tiempo estará sobredimensionado y trabajará con poca eficiencia pues toda máquina que no trabaje al 100% presenta gran consumo. Es mejor hacer funcionar a pleno un equipo de menor tamaño, por ejemplo diseñado para cubrir solo el 5% de los casos de altas temperaturas. Otra pauta significativa de ahorro es el uso intensivo de aire exterior en condiciones de temperaturas bajas que hagan posible la inyección de aire sin tratar.
Finalmente, el diseño y construcción del edificio son los principales responsables de los altos consumos de aire acondicionado. Quienes acudan al empleo masivo de vidrios, prohíban restrinjan la utilización de aislantes y dispongan con libre albedrío sobre temas referidos a orientación, calefacción, etcétera están adquiriendo, tal vez sin saberlo una hipoteca de por vida sobre el edificio
En fábricas y edificios donde las cargas térmicas por aporte de motores y procesos industriales sean muy altas, el mejor remedio es la aislación y apantallamiento del elemento, con extracción independiente del calor, enviándolo hacia el exterior en lugar de aumentar el tamaño de los equipos de aire acondicionado. Una buena ventilación consume muchísima menos energía.
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