Calefacción solar del aire

El término «colector de aire sin acristalar» se refiere a un sistema de calentamiento solar de aire que consiste en un absorbedor sin ningún vidrio o acristalamiento en la parte superior. El tipo más común de colector sin acristalar en el mercado es el colector solar de aire transpirado. ^{[ 3 ]} Esta tecnología fue inventada y patentada por el ingeniero canadiense John Hollick de Conserval Engineering Inc. en la década de 1990, ^{[ 4 ]} quien trabajó con el Departamento de Energía de los Estados Unidos ( NREL ) y Recursos Naturales de Canadá en la comercialización de la tecnología en todo el mundo. ^{[ 5 ]} La tecnología ha sido monitoreada exhaustivamente por estas agencias gubernamentales, y Recursos Naturales de Canadá desarrolló la herramienta de viabilidad RETScreen ^{[ 6 ]} para modelar el ahorro de energía de los colectores solares de aire transpirado. John Hollick y su innovador colector solar fueron homenajeados por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) en 2014 como uno de los mejores inventos de la era industrial, junto con Thomas Edison, Henry Ford, la máquina de vapor y el Canal de Panamá, en una exposición en Nueva York que reconocía los mejores inventos, inventores y proezas de ingeniería de los últimos dos siglos.

Se han instalado varios miles de sistemas de colectores solares de aire transpirado en diversas aplicaciones comerciales, industriales, institucionales, agrícolas y de procesos en más de 35 países de todo el mundo. ^{[ 7 ] [ 8 ]} La tecnología se utilizó originalmente principalmente en aplicaciones industriales, como plantas de fabricación y ensamblaje, donde existían altos requisitos de ventilación, calor estratificado en el techo y, a menudo, presión negativa en el edificio. El primer colector de aire transpirado sin acristalamiento del mundo fue instalado por Ford Motor Company en su planta de ensamblaje en Oakville, Canadá. ^{[ 9 ]}

Con el creciente impulso para instalar sistemas de energía renovable en edificios, los colectores solares de aire se utilizan ahora en todo el parque inmobiliario debido a su alta producción de energía (hasta 500-600 vatios térmicos pico/metro cuadrado), alta conversión solar (hasta 90 %) y menores costos de capital en comparación con la energía solar fotovoltaica y el calentamiento de agua solar . ^{[ 10 ]}

Los colectores de aire sin cubierta calientan el aire ambiente (exterior) en lugar del aire recirculado del edificio. Los colectores solares de aire transpirado suelen montarse en la pared para aprovechar el ángulo más bajo del sol durante los meses de invierno, así como el reflejo del sol en la nieve, y lograr su rendimiento óptimo y rentabilidad cuando operan a caudales de entre 4 y 8 CFM por pie cuadrado (72 a 144 m³/h·m²) de superficie del colector.

La superficie exterior de un colector solar transpirado consta de miles de diminutas microperforaciones que permiten capturar la capa límite de calor y dirigirla uniformemente hacia una cavidad de aire situada detrás de los paneles exteriores. Este aire de ventilación calentado por energía solar se introduce en el sistema de ventilación del edificio a través de salidas de aire ubicadas en la parte superior del colector, y posteriormente se distribuye por el edificio mediante métodos convencionales o utilizando un sistema de conductos solares.

El extenso monitoreo realizado por Recursos Naturales de Canadá y NREL ha demostrado que los sistemas de colectores solares de aire transpirado reducen entre un 10 y un 50 % la carga de calefacción convencional y que RETScreen es un predictor preciso del rendimiento del sistema. ^{[ 11 ]}

Los colectores solares de aire transpirado actúan como pantalla contra la lluvia y también capturan el calor que se escapa de la envolvente del edificio, el cual se recoge en la cavidad de aire del colector y se reincorpora al sistema de ventilación. Los sistemas de calefacción solar de aire no requieren mantenimiento y su vida útil prevista supera los 30 años. ^{[ 12 ]}

Los colectores de aire transpirado sin cubierta también pueden instalarse en el techo para aplicaciones donde no haya una pared orientada al sur adecuada o por otras consideraciones arquitectónicas. Varias empresas ofrecen colectores de aire transpirado aptos para montaje en techo, ya sea instalados directamente sobre un techo metálico inclinado o como módulos fijados a conductos y conectados a ventiladores y unidades de climatización cercanas.

También es posible alcanzar temperaturas más elevadas con colectores de aire transpirado, que pueden configurarse para calentar el aire dos veces y así aumentar la temperatura, lo que los hace idóneos para la calefacción de grandes edificios. En un sistema de dos etapas, la primera etapa consiste en un colector de aire transpirado sin acristalar, mientras que la segunda etapa cuenta con un acristalamiento que cubre dicho colector. Este acristalamiento permite que todo el aire calentado en la primera etapa se dirija a través de un segundo conjunto de colectores de aire transpirado para una segunda etapa de calefacción solar.

Otra innovación consiste en recuperar el calor de los módulos fotovoltaicos (PV) (que suele ser cuatro veces mayor que la energía eléctrica que producen) mediante la integración de estos módulos en el sistema de aire solar. En los casos en que se requiere calefacción, la incorporación de un componente de aire solar al sistema fotovoltaico ofrece dos ventajas técnicas: elimina el calor generado por los módulos fotovoltaicos y permite que el sistema funcione más cerca de su eficiencia nominal (que es de 25 °C); y reduce el período total de recuperación energética del sistema combinado, ya que la energía térmica se captura y se utiliza para compensar la calefacción convencional.