Casa de doble sobre

Una casa de doble envolvente es un diseño de vivienda solar pasiva que capta la energía solar en un solárium y permite que el aire caliente circule de forma pasiva entre dos conjuntos de paredes, formando una doble envolvente . Este diseño data de 1975 y fue creado por Lee Porter Butler en Estados Unidos.

El diseño Double Envelope (Shell) de Lee Porter Butler de 1975 ^{[ 1 ]} recibió una amplia publicidad después de que se crearan los créditos fiscales para energía solar en los EE. UU. en 1978. Se mostraron versiones en la portada de las revistas Better Homes and Gardens y Popular Science ^{[ 2 ]} .

Butler era un diseñador de edificios artísticos y ecológicos, un autoproclamado "ecotectista". ^{[ 3 ]} No poseía cualificaciones formales como ingeniero energético. Lee había construido cientos de viviendas, centros comerciales y edificios de oficinas, incluyendo bancos y escuelas, para cuando ingresó en la Universidad Estatal de Carolina del Norte para estudiar arquitectura. Había estudiado ingeniería en el Instituto Tecnológico de Georgia. Lee ni siquiera tenía un diploma de bachillerato, pero terminó enseñando su invención de la "envoltura geotérmica gravitacional" en la Escuela de Diseño y Planificación de la Universidad de California en Berkeley.

El diseño experimental de Butler era una forma de diseño solar pasivo aislado que incorporaba un sistema de distribución de calor pasivo. Intentaba solucionar el problema de la distribución desigual del calor asociada a algunos sistemas de ganancia directa. ^{[ 4 ]} Este fenómeno se observa particularmente en diseños con masa térmica insuficiente, ventilación cruzada deficiente y ventanas excesivamente orientadas hacia el polo. ^{[ 5 ]}

El diseño de Butler era esencialmente una casa dentro de otra. La energía térmica se captaba desde un solárium orientado al sur y el calor circulaba por convección natural en la cavidad entre las dos envolventes del edificio y a través de un subsuelo o mediante tubos de refrigeración subterráneos . ^{[ 6 ]}

Se generó un flujo de aire recirculante debido a que el aire cálido (menos denso) ascendía en un solárium orientado al sur, mientras que el aire más frío (más denso) descendía por el lado norte. Esto creó diferencias de presión que, automáticamente, desplazaron el exceso de ganancia térmica solar del sur al norte del edificio sin necesidad de sistemas de convección forzada. El flujo de aire fue proporcional a las diferencias de temperatura entre las dos trayectorias de convección.

En verano, los dispositivos de sombreado eliminan por completo la radiación solar directa. Se abren las rejillas de ventilación superiores para expulsar el aire caliente. La entrada de aire fresco utiliza tierra a temperatura ambiente para enfriar y deshumidificar el aire de reemplazo en la base.

En invierno, el aire de la cavidad se mantiene constante gracias a la tierra caliente a temperatura ambiente que se encuentra bajo el suelo (la cual se repone parcialmente mediante el flujo de convección natural durante cada día de invierno). En verano, el flujo convectivo se reemplaza por aire de tierra más frío, cercano a la temperatura ambiente, y el aire caliente se expulsa por convección natural.

La explicación original de su eficiencia se basaba en el amortiguador térmico existente en la cavidad de doble envolvente. Sin embargo, algunos observadores también han comentado que el aislamiento general del diseño es mayor con dos paredes en lugar de una sola. ^{[ 6 ]}

Si bien el diseño puede ofrecer un rendimiento superior al de una vivienda convencional, el seguimiento formal del rendimiento sugirió que existían algunos problemas con el diseño original.Los comentaristas han criticado el diseño por diversos motivos:

• El lecho rocoso bajo la casa interfería con el efecto geotérmico nocturno y ralentizaba el calentamiento por la mañana.
• Los cristales inclinados del techo (véase la trayectoria del sol ) dificultaban el control de la ganancia de calor en verano y la pérdida de calor en invierno.
• Un porche orientado hacia el ecuador proyectaba una sombra excesiva sobre la planta baja, impidiendo que recibiera luz solar.
• La cavidad adicional en la pared norte quedó excluida del área climatizada (y creó un riesgo potencial de incendio).
• Los techos oscuros y la ausencia de barrera radiante no fueron suficientes para inhibir la ganancia solar en verano.
• La presencia de una chimenea, un conducto de humos y una secadora de ropa constituían una fuente de pérdida de calor por convección.
• El diseño no era adecuado para funcionar en climas polares.
• Preocupación por la condensación y la formación de humedad en el circuito de convección, lo que puede ocasionar problemas de mantenimiento o de salud.
• Los materiales adicionales y la masa térmica utilizados en la construcción
• El aire caliente asciende por convección natural. No desciende ni se desplaza en círculos. Son trampas mortales contra incendios y están prohibidas por las normas de construcción en lugares como Aurora, Colorado.

Las modificaciones posteriores han intentado solucionar estos problemas.

Se ha descrito una modificación basada en el diseño original de Butler ^{[ 7 ]} , pero aún no se ha evaluado formalmente. Intentó eliminar algunos de los problemas iniciales.

Una diferencia importante es que la rama polar del circuito de convección (zona de amortiguación térmica/ZBT) se utiliza como área de servicio (por ejemplo, lavadero, armarios, despensa y trastero). El lavadero también servía como zona para secar la ropa.

En el lado polar hay una ventana exterior que se puede abrir para que entre aire templado a la zona de tratamiento térmico durante el verano. Otra ventana interior separa las habitaciones del lado ecuatorial. Esta ventana se puede abrir para que entre aire cálido de invierno del solárium directamente a las habitaciones polares.

El diseñador afirma que, en los fríos días de invierno, la zona climatizada con aire calentado por energía solar podía alcanzar con frecuencia temperaturas superiores a los 85 grados Fahrenheit, mientras que la temperatura exterior estaba por debajo del punto de congelación.

La tecnología actual dificulta la modelización de los efectos de estos diseños de flujo convectivo, ya que el software de simulación de rendimiento informático no incorpora actualmente estos procesos en sus cálculos.

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