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El Sol que nos da calor, podría darnos frío
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Adolfo Marroquín Santoña | 02-07-2016 | 16:45

Cada día, el Sol, la más fantástica fuente de energía que conocemos, nos hace llegar sus rayos solares, y con ellos entrega a la Tierra de forma continua y permanentemente la nada despreciable cifra de 1.367 w/m2 (vatios por metro cuadrado), sobre cada metro de toda la superficie del disco terrestre situado en cada momento frente al Sol. Y dado que la radiación solar es la principal, por no decir la única, fuente de energía que mantiene en funcionamiento el Sistema Climático de nuestro planeta, es lógico que exista un claro paralelismo para cada territorio, entre la energía solar recibida y las temperaturas alcanzadas en él.

 

Esto resulta evidente en la comparación, simplemente visual, de los valores de irradiación solar registrada en la Península Ibérica durante el verano (junio, julio, agosto), imagen de la izquierda en la figura, y las medias de las temperaturas máximas registradas en los meses más duros del calor (julio y agosto), imágenes de la derecha en la figura, obtenidos del Atlas de Radiación Solar en España y del Atlas Climático Ibérico, publicado por Aemet el primero, y resultado de la cooperación entre Aemet y el Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA), el segundo.

Queda claro que los mayores calores en España, consecuencia de las mayores irradiaciones, corresponden a Andalucía, Extremadura y buena parte de Castilla-La Mancha, lo que, por otra parte es sobradamente conocido por los sufridos residentes en esas comunidades, que sin duda recibirían con satisfacción la noticia de la conversión del calor “sobrante” en frío, o al menos “fresquito”, con el que poder suavizar los estíos sureños.

Pues bien, la realidad es que EL CALOR PUEDE PRODUCIR FRÍO, de forma que cuanto más caliente el Sol, más frío podríamos generar para utilizarlo en climatización. De hecho, podríamos decir que hay dos posibles soluciones para la refrigeración solar, una pasiva es la utilización de la arquitectura bioclimática para producir acondicionamiento ambiental, jugando con la forma, materiales y orientación del edificio, evitando la entrada de los rayos solares, y otra activa consistente en el acondicionamiento de aire mediante equipos convencionales, pero adaptados para ser alimentados por la energía solar.

La arquitectura solar bioclimática es una forma de refrigeración en la que se utiliza el propio diseño estructural de la edificación, así como materiales y procesos como la evaporación del agua en forma directa, o indirecta a través de plantas y vegetación, y favorecer la irradiación nocturna del edificio; todas estas acciones se pueden combinar de manera inteligente en una edificación para poder provocar enfriamiento de la envolvente del edificio y también una mejor climatización dentro del edificio. Estos sistemas son considerados como pasivos, en el sentido que en ellos no hay nada en movimiento, todos son elementos que están quietos pero que actúan según los principios de la termodinámica.

Como complemento de los métodos pasivos, existen los sistemas activos que también pueden funcionar con energía solar. Tal vez el método más desarrollado entre las tecnologías para la producción de frío solar, es la refrigeración por absorción. La máquina de absorción es una bomba de calor, es decir, un equipo que permite transportar energía de una fuente a baja temperatura a otra fuente a alta temperatura con un pequeño consumo de energía convencional. A diferencia de las bombas de calor eléctricas, la energía necesaria es térmica, por lo que resultan adecuadas para asociarlas con colectores solares.

Como figura orientativa, mostraré un esquema del principio de la refrigeración solar por absorción, de una de las muchas empresas existentes en España que facilitan e instalan este tipo de equipos, previstos para su funcionamiento en base a la energía solar. Puede accederse a las características de diferentes equipos y marcas en el enlace de la empresa autora de este esquema (Absorsistem).

En principio existen dos tipos de máquinas de absorción, las de simple efecto, que pueden funcionar con agua caliente entre 80 y 95 ºC, y las de doble efecto, que requieren agua sobrecalentada, o vapor, a temperaturas entre 120 y 190 ºC.

En el caso de las máquinas de simple efecto la utilización de los clásicos colectores planos ofrecen un buen aprovechamiento de la energía solar, y el coste respecto a otras tecnologías es significativamente más económico, pudiendo ser competitivos frente a sistemas de compresión eléctrica convencionales Sin embargo, para la conexión a máquinas de doble efecto es preciso utilizar tubos de vacío o colectores cilindro-parabólicos, con seguimiento solar, con lo que existe un sobrecoste en la inversión, que las hacen menos competitivas, si bien las ventajas energéticas y medioambientales son significativas.

La opción de refrigeración por absorción hace que sean viables, técnica y económicamente, instalaciones grandes, con elevada superficie de colectores solares, puesto que disponer de frío solar en verano permite una amortización del sistema mucho más rápida que si se utilizara la instalación sólo para calefacción y agua caliente sanitaria.

 

Los sistemas de refrigeración solar tienen la gran ventaja de que se utilizan cuando coinciden los niveles máximos de demanda y de producción, ya que, como antes veíamos, las necesidades de climatización de un edificio se producen en la época de más radiación solar. Son especialmente eficientes y adecuados para edificios que precisan de refrigeración y calefacción intensivas, como es el caso del sector residencial y terciario, como hoteles, centros comerciales, oficinas, viviendas unifamiliares, etc.

Pero además, hay que tener en cuenta que para las épocas del año en las que no sea necesario el aporte de frío solar, el sistema de colectores instalado, planos, tubos de vacío o cilindro-parabólicos, podrán ser utilizados para aportar agua caliente sanitaria, así como apoyo a la calefacción, en las épocas en las que ésta se requiera, precalentando el fluido calefactor y reduciendo con ello el coste de funcionamiento.

Para este tipo de climatización, resulta muy interesante a la hora de la distribución, tanto de frío como de calor, la utilización de fancoils, que encajan bien con las preinstalaciones que suelen hacerse en muchos edificios, o mucho mejor aún, sobre todo si se trata de obra nueva, la utilización de suelo y/o paredes radiantes, tanto para frío como para calor.

 

El IDAE (Instituto para La Diversificación y Ahorro de la Energía) ha realizado un estudio de viabilidad técnico-económica sobre la incorporación de energía solar de concentración en aplicaciones térmicas, en concreto en redes urbanas de calefacción y frío centralizadas.

El objetivo de este estudio es ampliar el conocimiento sobre la utilización de energía solar de concentración en aplicaciones térmicas en general y, en especial, probar su viabilidad y promover su incorporación en redes de climatización.

Para el estudio se ha tomado como referencia una red de climatización en la provincia de Jaén, por su ubicación geográfica, dado que allí la disponibilidad de irradiación solar directa es significativa, y porque existe la posibilidad de abastecer con energía solar las demandas de calor y frío simultáneamente, mediante equipos de absorción.

De los resultados obtenidos por el estudio del IDAE, se deduce que la incorporación de instalaciones solares de concentración en redes de climatización es una alternativa viable y atractiva que resulta competitiva a nivel técnico y económico.

Estamos pues de enhorabuena los sufridores de los rigores estivales del sur de España, puesto que el Sol que nos da tanto calor, también podría darnos frío.

Adolfo Marroquín Santoña

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Adolfo Marroquín, Doctor en Física, Geofísico, Ingeniero Técnico Industrial, Meteorólogo, Climatólogo, y desde 1965 huésped de Extremadura, una tierra magnífica, cuna y hogar de gente fantástica, donde he enseñado y he aprendido muchas cosas, he publicado numerosos artículos, impartido conferencias y dado clases a alumnos de todo tipo y nivel, desde el bachillerato hasta el doctorado. Desde este blog, trataré de contar curiosidades científicas, sobre el clima y sus cambios, la naturaleza, el medio ambiente, etc., de la forma más fácil y clara que me sea posible.