Arquitetura Solar

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ÍNDICE 
Prólogo ..................................................................................................................... 
1. Los componentes climáticos de la arquitectura solar 
1.1 Los rayos solares y su intensidad ....................................................... 
1.2 Duración de la insolación .................................................................... 
1.3 Probabilidad de insolación .................................................................... 
2. Elementos específicos básicos de la técnica de la edificación solar 
2.1 Colectores solares .............................................................................. 
2.1.1 Colectores concentradores de alta temperatura ............................... 
2.1.2 Colectores de temperatura media con protección de vidrio ............. 
2.1.3 Colectores de baja temperatura, sin protección de vidrio ................. 
2.1.4 La cubierta colectora de energía y sus problemas constructivos ..... 
2.1.5 La cubierta de teja como colector de absorción a baja temperatura 
2.2 Sistemas de acumulación de calor...................................................... 
2.2.1 Acumulación de calor sensible ............................................................ 
2.2.2 Acumulación del calor latente ............................................................. 
3. Principios fundamentales de la calefacción solar de locales 
3.1 Sistemas pasivos de calefacción solar................................................ 
3.2 Sistemas activos de calefacción solar, sin bomba térmica ............... 
3.3 Sistemas activos de calefacción solar, con bomba térmica ............. 
3.4 Sistemas de calefacción biosolary otros ............................................ 
4. Bases de cálculo para los proyectos de edificación solar 
4.1 Cálculo analítico y minoración de la demanda térmica para 
calefacción ............................................................................................. 
4.2 Bases de cálculo para la irradiación solar directa a través de las 
ventanas .............................................................................................. 
4.3 Cálculo de las cantidades de energía internas del edificio ............... 
4.4 Cómo puede calcularse la energía térmica absorbida por los 
colectores solares ............................................................................... 
4.5 Cálculo de la radiación solar técnicamente aprovechable ................ 
4.6 Bases de cálculo para el dimensionamiento de los acumuladores .. 
4.7 Cálculo analítico y balance total de una estrategia de calefacción 
energéticamente optimizada ............................................................... 
5. Materiales y arquitectura solar 
6. Análisis detallado de los sistemas típicos de edificación solar 
6.1 Edificio solar pasivo sin colectores solares con calefacción por 
acumulador ............................................................................................. 67J 
6.2 Edificio solar con colectores de agua y bomba de calor ....................... 
6.3 Edificio solar con colectores de agua y de aire y con recuperación de 
calor......................................................................................................... 711 
6.4 Edificio autónomo con colectores focales y acumulador de larga 
duración ..................................................................................................... 
6.5 Edificio autónomo con jardín de invierno en el atrio ............................ 
6.6 Edificio biosolar con colectores de aire, acumulador de grava y 
calefacción por chimenea de leña .......................................................... 
6.7 Edificio solar con colectores de baja temperatura como cubierta 
energética y bomba de calor accionada porgas .................................... 
6.8 Edificio solar con cubierta absorbente de teja por producción de 
calor y electricidad .................................................................................. 
7. Principios fundamentales del urbanismo solar 
Unidades y tablas de conversión ............................................................................... 1( 
Apéndice ...................................................................................................................... 1( 
1. Los componentes climáticos de la arquitectura solar 
«Debiéramos construir más alta la cara sur de las casas para captar el sol en el invierno» 
escribió hace miles de años el historiador griego Jenofonte como consejo valioso para sus 
contemporáneos que ya entonces querían ahorrar energía de calefacción por medio de las 
radiaciones solares. La arquitectura popular de muchos países nos demuestra que se 
sabe desde hace mucho tiempo que, teniendo en cuenta los componentes climáticos 
naturales, determinados esencialmente por el sol, se podían construir edificios capaces 
de dar a sus ocupantes las máximas condiciones de confort, tanto desde el punto de 
vista energético como de salubridad, con un mínimo de gastos técnicos. Esta verdad 
cayó muchas veces en el olvido a lo largo de la historia de la arquitectura, especialmente 
en los últimos decenios. La contaminación del medio ambiente y el derroche de energía 
causados por la «arquitectura moderna» nos obliga a redescubrir el sol como suprema ley 
natural de la arquitectura, no sólo en el campo de la técnica energética, sino también 
desde el punto de vista higiénico de la vivienda. 
El «portador» de la energía solar es la radiación, que está formada por los rayos de luz 
visible y por los rayos invisibles, ultravioletas e infrarrojos. 
En el límite exterior de la envoltura de aire que rodea la Tierra, el flujo de la radiación es 
aún de 1394 W/m2. Este valor se denomina «constante solar». Al penetrar en la atmósfera, 
una gran parte de esta radiación queda absorbida. 
La duración de la insolación y la intensidad de la radiación dependen, en cada lugar de la 
estación del año, de las condiciones atmosféricas y de la posición geográfica. En la 
mayoría de los países se miden, desde hace muchos años, la duración de la insolación y 
la intensidad de la radiación. Para los cálculos de la técnica solar se dispone de datos 
medios de varios años. Se han calculado cifras para superficies horizontales y verticales 
con distintas orientaciones. Gracias a estos datos es posible calcular los valores 
correspondientes a la potencia de la radiación para cada hora del día. 
ante solar 
¿Cuáles son los conceptos climáticos más importantes para los proyectos de arquitectura 
solar? 
1.1. Las radiaciones solares y su intensidad 
Los meteorólogos definen los diversos tipos de energía de radiación electromagnética 
emitidos por el Sol con una terminología cuyos conceptos más importantes para la 
práctica son los siguientes: 
Radiación solar directa: Radiación procedente del ángulo sólido del 
disco solar sobre una superficie perpendicular a la dirección de los 
rayos. 
Radiación recibida por una superficie plana procedente de un ángulo 
sólido n. (fuera del disco solar). 
Componente vertical de la radiación difusa (superficie receptora 
horizontal). 
Radiación, directa y difusa, reflejada por la superficie de la tierra 
que incide sobre una superficie receptora plana. 
Radiación difusa: 
Radiación cenital: 
Radiación reflejada: 
Radiación global: Suma de la radiación solar directa, la radiación difusa y la 
9 
SV (solsticio de veraní
SI (solsticio de ir 
120
Nortesolar para la 
latitud'geográfica48 "N 
Oeste 
 
radiación reflejada que incide sobre una superficie plan, 
desde un ángulo sólido 2r\. 
Radiación global sobre Componente vertical de la radiación global; en el caso ideal, 
superficies horizontales: suma de las componentes verticales de la radiación solar 
directa y de la radiación cenital,sin la radiación reflejada. 
Valores medios de la radiación global en kWh/m 2 día
 
\ 
Según W. Diamant (Coeficiente de transmisión: 0,7) 
 Grado de 
latitud
 
Meses 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90°
Enero 5,8 4,8 3,7 2,5 J,3 0,5 0 
Febrero 6,? 5,3 4,3 3,2 2,0 1,0 0,2 0 
Marzo 6,4 6,0 5,3 4,4 3,4 2,2 1,1 0,3 0 
Abril 6,3 6,3 6,1 5,6 4,9 3,9 2,8 1,7 0,6 0,1
Mayo 5,9 6,3 6,5 6,4 6,1 5,5 4,6 3,6 2,9 2,3
Junio 5,5 6,2 6,6 6,8 6,7 6,4 5,9 5,2 4,7 4,7
Julio 5,4 6,1 6,6 6,8 6,8 6,3 6,0 5,3 5,0 4,9
Agosto 5,7 6,2 6,3 6,5 6,2 5,7 5,0 4,0 3,2 3,0
Septiembre 6,1 6,3 6,2 5,8 5,1 4,3 3,2 2,1 1,0 0,4
Octubre 6,3 6,0 5,5 4,7 3,7 2,6 1,5 0,5 0
Noviembre 6,1 5,4 4,5 3,5 2,3 1,2 0,4 0 
Diciembre 5,8 4,9 3,8 2,6 1,5 0,5 0 
Valor medio 
kWh/m2 día 5,95
 
5,8 5,5 4,9 3,9 3,3 2,5 
 
2,3 
 
2,15
 
2,5
(1) En el Apéndice pueden verse las cartas solares correspondientes a España para las latitudes aproximarlas de 
Burgos, Madrid, Sevilla y media de las islas Canarias. 10 
Distribución de la radiación directa del sol sobre una superficie normal a los royos 
solares según la hora del día y época del año 
(47° N, valores numéricos en kcal/m 2 hora), según P. Valko (2) 
Altura en m 
sobre el nivel del 
mar 
 
Hora 
 
Mes I II III IV V VI Vil VIII IX X XI XII 
 
2000 
 
6 18 
9 15 
12 
453 578 619 594 520 677 764 817 827 822 823 813 810 
805 779 699 638 850 882 900 891 878 870 868 871 873 
866 838 820 
4000 
 
6 18 
9 15 
12 
 
594 717 751 741 665 796 867 905 930 939 930 923 915 
904 887 829 759 952 980 996 993 986 979 975 973 971 
959 943 934 
 
EQ (equinoccios) I 
90 ——— Este I 
La intensidad de la radiación se mide en W/m2 o en kCal/m2hora. En las zonas climáticas 
centroeuropeas a alturas normales sobre el nivel del mar (unos 400 m.s.n.m.) (3) los 
valores máximos de la radiación solar directa no se tienen en junio, sino ya a primeros de 
abril o a finales de septiembre. Para las horas de la mañana o de la tarde, estos máximos 
se van desplazando cada vez más hacia el 21 de junio. A mayores alturas sobre el nivel del 
mar, la intensidad de la radiación aumenta. 
ció de verano) 
I de la La intensidad de la radiación global y de la radiación difusa se mide por medio de diversos 
aparatos registradores que tienen superficies medidoras en posición horizontal o en 
posiciones verticales orientadas hacia el norte, sur, este y oeste. 
Las observaciones muestran las siguientes características climáticas: 
— en días muy buenos, las superficies verticales orientadas al este y al oeste reciben más 
intensidad de radiación que las orientadas al sur en verano y mucha menos en 
invierno; 
— en condiciones atmosféricas medias (grado de frecuencia = 50 %), estas diferencias 
debidas a la orientación sólo se acusan en invierno; 
— en invierno, las superficies orientadas al este y al oeste casi no reciben más que 
radiación difusa por la mañana o por la tarde respectivamente; las curvas son 
simétricas con respecto al mediodía real; 
— en los días largos del verano, con buen tiempo, las superficies orientadas al norte 
reciben una intensa componente de radiación solar directa por la mañana temprano y a 
última hora de la tarde. 
Totales medios anuales de la radiación global para distintos lugares: (4) 
Hamburgo 930kWh/m2 año Sahara oriental 2550 kWh/m2- año
Berlín 1000kWh/m2 año Marsella 1860 kWh/m2- año
Braunschweig 936 kWh/m2 año París 1500kWh/m2-año
Würzburgo 1081 kWh/m2 año Florida 1800 kWh/m2- año
Tréveris 1010kWh/m2 año 
 Graz 1198kWh/m2-año
Zurich 1160kWh/m2 año Salzburgo 1086kWh/m2-año
Montana 1300kWh/m2 año Viena 1120kWh/m2-año
Lugano 1500kWh/m2 año Kew (Inglaterra) 927 kWh/m2 • año
(2) Para España, ver Tabla en el Apéndice. Se han tomado dos lugares de igual latitud (41 °N), uno al nivel del mar y 
otro a 1.000 m de altura. 
(3) De los datos para España se deduce que los valores máximos suelen obtenerse en los meses de julio o agosto. 
(4) En el Apéndice se dan los datos correspondientes a diversos lugares de España. 
11 
1.2. Duración de la insolación 
Depende de la posición geográfica y de las condiciones climáticas. Los valores máxí-l mos 
se alcanzan en las zonas desérticas (por ejemplo, en el Sahara 4000 horas al añoll o en alta 
montaña. La intensidad de la radiación y la duración anual de la insolación) determinan las 
cantidades de energía de que dispondremos para una posición geográfica determinada. 
Los meterorólogos distinguen dos tipos de duración de la insolación; son los si-| guientes: 
Duración de la insolación astronómicamente posible: Se obtiene a partir del númeroj de 
horas de sol suponiendo el cielo sin nubes; el punto de referencia se encuentra enf un 
plano libre de obstáculos, con un horizonte perfectamente horizontal. Por lo tanto, esta 
duración de la insolación sólo depende de la latitud geográfica del lugar. 
Definiciones 
meteorológicas 
Número medio posible de horas de sol en cada uno de los meses del año (5) 
Mes 
 
47° 
 
48° 49° 50° 51° 52° 53° Latitud geográfica norte 
Enero 276 273 269 265 261 256 251 
Febrero 286 284 282 280 278 275 273
Marzo 367 366 366 366 366 365 365
Abril 406 407 409 411 412 414 416
Mayo 464 468 471 475 479 483 488 
Junio 473 477 482 486 491 497 503
Julio 478 482 486 491 495 500 505
Agosto 439 441 444 447 449 452 455 
Septiembre 376 377 378 378 379 379 380
Octubre 337 335 334 333 331 330 328
Noviembre 281 277 274 271 268 264 260
Diciembre 264 260 257 251 246 241 235 
Horas de sol anuales en distintos lugares (6) 
Horas 
 
anuales 
 
Horas anuales 
 
Berlín 1705 Marsella 2654 
Bremen 1657 París 1840 
Hamburgo 1559 Milán 1906 
Munich 1730 Roma 2491
Stuttgart 1702 Sahara 4000 
Basilea 1680 Túnez 3200
Berna 1756 Copenhague 1680 
Ginebra 2037 Essen 1442
Lugano 2100 Tel-Aviv 3500 
Zurich 1694 Niza 2775
Graz 1903 Genova 2288 
Innsbruck 1765 Perpiñán 2560 
Salzburgo 1712 Ñapóles 2396 
Viena 1891 Brindis! 2591 
(5) En la correspondiente Tabla del Apéndice se recogen los datos referentes a las latitudes de 28° 32' 30" (media 
de las islas Canarias), 37° 30' (latitud aproximada de Sevilla), 40° (latitud aproximada de Madrid) y 42° 30' 
(latitud aproximada de Burgos). 
(6) En la Tabla del Apéndice se dan los valores correspondientes a diversos lugares de España. 
12 
Número medio de horas de sol en distintos lugares (7) 
Meses 
 
1 
 
II 
 
III 
 
IV 
 
V 
 
VI 
 
Vil 
 
VIII 
 
IX 
 
X 
 
XI 
 
XII 
 
Basilea 2 3 5 6 7 7 7 7 5 4 2 2 
Berlín 2 3 5 6 8 8 8 7 6 4 2 1 
Hamburgo 2 2 4 6 8 8 7 6 6 3 2 1 
Viena 2 3 4 6 7 8 8 8 7 5 2 1 
Zurich 2 3 5 6 7 7 7 7 6 3 2 2 
Linz 2 3 5 6 7 8 8 7 6 4 2 1 
Número medio de horas del sol para los días más largo y más corlo (8) 
Latitud geográfica norte 
 
22 de diciembre 
 
22 de junio Diferencia 
47° 8 h 26 m 1 5 h 50 m 7 h 24 m 
48° 8 h 18 m 15 h 59 m 7 h 41 m 
49° 8 h 9 m 16 h 8 m 7 h 59 m 
50° 8 h 0 m 16 h 18 m 8 h 18 m 
51° 7 h 50 m 16 h 29 m 8 h 39 m 
52° 7 h 40 m 16 h 40 m 8 h 0 m 
53° 7 h 29 m 16 h 52 m 9 h 23 m 
Duración posible real de la insolación: Se determina a partir del número de horas de sol 
anuales en un cielo sin nubes y en terrenos cualesquiera. La diferencia con la duración 
astronómica se debe a la limitación del horizonte por diversas causas (montañas, 
vegetación, edificios, etc.). 
Duración efectiva de la insolación: Es igual al tiempo en que luce el sol. Además de las 
limitaciones del horizonte, depende del grado de nubosidad del cielo. Duración relativa de 
la insolación: Da la relación entre la insolación registrada realmente y la posible y se 
expresa en tantos por ciento. Independientemente de la latitud geográfica y de la 
limitación del horizonte, esta magnitud permite deducir el grado de beneficio solar que 
recibe un lugar y la comparación directa con otrospuntos. 
1.3. Probabilidad de insolación 
Como la mayor parte de la energía de que se dispone se debe a una irradiación directa 
relativamente elevada, es importante saber qué magnitud tiene en un lugar la probabi-
lidad mensual de insolación. Este valor, que se da en tantos por ciento, depende de 
numerosos factores, como son el grado de nubosidad, el coeficiente de enturbiamiento 
atmosférico, el contenido de vapor de agua y otros parámetros que suelen expresarse 
en distintas estadísticas de frecuencia, mensuales y horarias. 
Para simplificar, se puede decir que una probabilidad mensual de insolación inferior al 20 
% permite un aprovechamiento bastante desfavorable de la energía solar. Si está 
comprendida entre el 20 y el 50 %, podemos esperar ya una aportación apreciable de 
energía solar. Si el sol está cubierto por nubes o niebla durante menos del 50 % del 
tiempo, existe ya la posibilidad de alimentar al edificio casi totalmente por energía solar, 
según el nivel de temperaturas, adoptando disposiciones arquitectónicas y técnicas 
adecuadas. La observación meteorológica se ocupa particularmente del problema de la 
nubosidad. El grado de nubosidad se mide tres veces al día y se determina la media 
diaria. 
intes 
(7) En el Apéndice se dan los valores correspondientes a diversos lugares de España. 
(8) En el Apéndice se dan los datos aproximados para las latitudes de la N. del T. (5). 
13 
Con las medias diarias se forman las medias mensuales y de éstas se deduce la m anual. 
Los valores correspondientes a 10, 20 ó 30 años dan los valores medios pk nuales. Las 
medias diarias de nubosidad sirven también para determinar los < «claros» y «cubiertos»; 
en las estadísticas, los días con menos de un 20 % (= octavos) de nubosidad se califican 
de días «claros» y los que tienen más del 8( (= 6,4 octavos) de nubosidad son días 
«cubiertos». Aunque la evaluación se haga octavos, la mayoría de las tablas y cartas dan 
la nubosidad en tantos por ciento de superficie visible del cielo, que es mucho más 
inteligible. 
Valores meteorológicos 
medios 
La estructura de la nubosidad, necesaria para los cálculos de energía solar la analiz, los 
institutos meteorológicos en un gran número de tablas y cuadros estadísticos. Li más 
importantes son los siguientes: 
— Medias mensuales y anuales de nubosidad en tantos por ciento. 
— Promedio de las nubosidades medias mensual y anual en %. 
— Promedio de las medias diarias de nubosidad en %. 
— Medias mensuales y anuales de nubosidad en % a las 14 horas TLM. 
— Promedio de las nubosidades medias mensual y anual en % a las 14 horas TLM. 
— Número de días claros. 
— Número medio de días claros. 
— Número de días cubiertos. 
— Número medio de días cubiertos. 
A pesar de disponer de numerosos documentos meteorológicos muy detallados, no es 
posible expresar numéricamente con seguridad plena las condiciones futuras de la 
radiación referidas a un edificio solar. 
La Naturaleza no puede reducirse a tablas y este hecho exige del proyectista un poco más 
de intuición y de sensibilidad que para una Arquitectura puramente tecnocrática. Debiera 
establecerse una relación de trabajo entre los meteorólogos y los proyectistas que 
permitiese a ambas partes mejor comprensión de las necesidades totales y climatológicas 
de la práctica de la Arquitectura solar. 
Sólo con esta condición podrá lograrse la difusión general de un sistema constructivo 
que, por medio de una tecnología adaptada al hombre armonice siempre con las 
condiciones climatológicas naturales de su emplazamiento. 
i 
 
14 
2. Elementos específicos bási cos de la técnica de la 
edificación solar 
El aprovechamiento de la energía solar por parte de la ingeniería, sea para calefacción o 
para producción de energía eléctrica, suele requerir el empleo de elementos constructivos 
específicos. 
- =? ar 
como ;;-
Los más importantes son los colectores solares y los sistemas acumuladores de calor, así 
como las distintas estructuras de cubierta energética que, en principio, constituyen un 
caso particular de construcción con colectores solares. 
2.1. Los colectores solares 
Se denomina colector solar a cualquier forma de superficie que sirva para aprovechar la 
energía de las radiaciones solares con fines térmicos o eléctricos. Según las posibilidades 
de aprovechamiento, hay que distinguir entre colectores heliotérmicos, que producen 
calor, y colectores heliovoltaicos, que sirven para la producción de. corriente eléctrica. 
Hay también colectores híbridos capaces de producir al mismo tiempo calor y energía 
eléctrica. 
Los colectores heliotérmicos, que es a los que nos limitaremos, pueden tener formas muy 
distintas según su construcción y sus aplicaciones. Hay que distinguir entre colectores 
concentradores de alta temperatura, colectores planos de temperatura media con 
protección de vidrio y colectores de baja temperatura sin protección de vidrio. Como 
medio de transporte del calor suele elegirse entre el agua, el aceite, un líquido especial o 
el aire. 
los -
reres solares 
2.1.1. Colectores concentradores de alta temperatura 
Estos colectores tienen la superficie curvada formando concavidad. Por medio de un 
efecto especular o de lente pueden concentrar los rayos solares. Con una concentración 
débil (1:10) se pueden alcanzar de 200 a 500 °C. Con mayor concentración se llega a 4000 
°C. 
Los colectores concentradores, o en espejo, tienen que ser, en general, onentables y les 
afecta mucho la suciedad. Es posible proteger el espejo contra la acción de la intemperie 
por medio de un vidrio plano, pero el vidrio tiene que limpiarse con mucha frecuencia, 
cosa que no ocurre con los colectores planos, para no reducir la intensidad de la radiación 
directa por la dispersión que se produciría. Los concentradores de rayos sólo pueden 
aprovechar, en general, la radiación directa, pero las últimas investigaciones han 
demostrado que, a pesar de este inconveniente, pueden también utilizarse para las 
condiciones climáticas centroeuropeas y para las viviendas. 
Condiciones meteorológicas 
 
Radiación global 
 
Rendimiento en % 
 
 W/m2 
Cielo sin nubes, despejado 800 61 
Ligeramente nuboso 600 58 
Cielo ligeramente cubierto 300 45 
Cielo nublado 150 20 
15 
El colector solar construido por el laboratorio de investigación de Philips lleva un de 
reflexión de calor de óxido de indio (In203) cuya transmisión para la luz solar e 85 % y 
tiene una reflexión de R = 90 % para las radiaciones caloríficas. La | absorbente tiene 
un factor de absorción a = 95 % para la luz solar. En la tabla se algunos valores del 
rendimiento; para el colector Philips se dan con vidrio de pr< ción. Los valores dados 
se han determinado experimentalmente para un casi aplicación a la producción de 
agua caliente en verano (temperatura del agua 50 °C encima de la temperatura 
exterior). 
Colectores de alto 
rendimiento 
Hay otras empresas que fabrican colectores solares focales que, en su mayoría, e: 
formados por un gran número de espejos cilíndrico-parabólicos. La radiación din 
incidente se concentra sobre un tubo colocado en la línea focal por el que pas fluido 
que se ha de calentar. Para evitar pérdidas de transmisión del calor, la ene 
concentrada llega directamente al interior del tubo que es transparente. En el inte se 
encuentra un elemento absorbente negro que transmite convectivamente la ei gía 
absorbida al fluido portador del calor. 
2.1.2. Colectores planos de temperatura medií con protección de vidrio 
Se trata de colectores cuya superficie de absorc ón es plana y cuyo funcionamiento 
basa en el principio del invernadero (trampa d.» calor). Los colectores planos esl 
formados por un bastidor (plástico, metal o madara), un vidrio transparente (simp 
doble o triple, de vidrio o de plástico), la superficie absorbente (selectiva o no), 
aislamiento y un medio portador del calor (aire, agua, aceite, mezcla de agua y glic 
etc.). 
Las superficies selectivas, características de los modernoscolectores solares fuen 
fabricadas por primera vez en 1955, experimentalmente, por el Prof. H. Tabor. Media te 
una adecuada combinación de dos capas muy delgadas, Tabor consiguió alcanz valores 
de absorción de las radiaciones solares del 94 % en combinación con ur emisividad 
relativa del 6 %. 
Superficies selectivas 
Todos estos elementos reunidos forman una caja absorbente de los rayos solares qu se 
refrigera por medio del fluido portador del calor. La energía solar incidente sol puede 
utilizarse en parte; otra parte se pierde por reflexión, absorción o por opacidaí de los 
elementos constructivos. 
Un buen colector plano para temperaturas hasta 100 °C debiera tener las propiedade: 
siguientes: 
— Debe poder montarse fijo integrado en una estructura de edificación. 
— Si sólo se le exige una temperatura útil media, el rendimiento no debe ser inferior al 50 
ó 60 %. 
— Para bajas temperaturas debiera poderse alcanzar un rendimiento del 70 al 80 % (para 
temperaturas elevadas, del 20 al 30 %). 
— Los materiales empleados para el aislamiento y el colector mismo deben tener una 
inercia térmica lo más pequeña posible para que al cabo de una acción muy corta de 
las radiaciones solares se alcance lo más rápidamente posible la temperatura de 
servicio del colector. 
— La cara frontal del aislamiento térmico tiene que ser resistente contra todas las 
acciones atmosféricas. 
Las principales causas de pérdidas de los colectores son las siguientes: 
— Suciedad. 
— Sombras de los soportes y piezas del bastidor. 
— Pérdidas por reflexión en el vidrio de protección. 
— Pérdidas por transmisión a través del vidrio. 
 
16 
 
— Pérdidas de absorción del cuerpo absorbente. 
— Calentamiento del vidrio de protección por la absorción de luz y de radiaciones 
caloríficas. 
— Pérdidas de calor en las tuberías. (Son proporcionales a la diferencia entre la 
temperatura exterior y la de absorción por lo que pueden definirse por un valor K del 
colector). 
— Pérdidas de intensidad hasta la transformación de la luz en calor en la superficie de 
absorción. 
I 
ACRISTALAMIENTO SENCILLO 
J = INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN EN W/m2
 
O
L N
D
IM
I 
O
 D
 
O
R
 
-'a media con 
- e "to sencillo 
:='a distintas 
-xión del 
-- 'o de los 
 
\ 
 
100 HO 120 130 UO 150 °C 
TEMPERATURA DEL ABSORBEDOR ———c~ 
ACRISTALAMIENTO DOBLE 
J = INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN EN W/m2
———I——— 
V 
J= 200 
_A \ 
tOO 600 800 1000 W/m? \
 
I 50 
Q 
 
 
100 110 120 130 UO 150 °C 
TEMPERATURA DEL ABSORBEDOR ———"> 
17 
— Pérdidas de radiación térmica. (Aparece como pérdida la diferencia entre la energía 
transmitida por el colector y la recibida de su entorno). 
— Pérdidas de transmisión térmica del cuerpo absorbente al agua de refrigeración.) 
— Las corrientes térmicas de convección dentro de la capa de aire que se encuentra entre 
la superficie del colector y el vidrio de protección. 
— La conducción de calor a lo largo de los apoyos del vidrio protector o de las juntas • . 
dentro de la capa de aire situada entre el colector y el vidrio protector. 
— La radiación de calor entre el colector y el vidrio protector. 
La relación entre la energía de radiación incidente y la energía térmica aprovechada de el 
rendimiento del colector. La máxima temperatura que puede alcanzarse con ur colector 
se consigue cuando no se escapa ninguna cantidad de calor útil a través de medio 
portador del calor. Se le denomina temperatura de funcionamiento en vacío Según sea 
la concepción o la calidad del colector solar y según la intensidad de radiación se 
alcanzará una temperatura de funcionamiento en vacío u otra. En e Centro de Europa, 
por ejemplo, cuando hace sol, se puede considerar un valor norma de 800 kCal/h. Con 
esta incidencia de radiación, un colector plano protegido con un vidrio puede alcanzar 
una temperatura de funcionamiento en vacío de unos 100 °C, el mismo colector, con 
vidrio de protección triple, alcanzaría los 190 °C. 
Rendimiento del 
colector 
El número de vidrios aumenta la cantidad de energía capturada pero, si se colocan más 
de tres vidrios, las pérdidas por reflexión y absorción son demasiado grandes y no resulta 
económico. 
El rendimiento de un colector puede aumentarse por medio de un tratamiento especia! de 
los vidrios y de las superficies de absorción. Las dimensiones necesarias para la 
superficie colectora dependen de la cantidad de calor que se necesita, de cómo se han 
concebido los colectores y el edificio y de dónde estará situada la instalación, geográfica y 
climáticamente. Para la preparación de agua caliente sanitaria en la Europa Central 
bastan de 6 a 10 m2 de colector solar por vivienda. Para la calefacción se necesita una 
superficie entre 30 y 150 m2 según el valor del aislamiento y la situación climática. 
La inclinación de los colectores se calcula, en general, para las condiciones invernales. 
Pueden tomarse como valores experimentales lo siguientes: 
Orientación de los 
colectores solares 
Inclinación = latitud geográfica +10 a 15°. Si los 
colectores sólo se utilizan en verano, se tiene: 
Inclinación = latitud geográfica -15°. 
Los primeros colectores solares modernos fueron instalados ya en 1929 por Alexander 
McNeilledge en California. Se trataba de colectores solares con doble vidrio y tubos de 
cobre de 3/4" que utilizaban el agua como medio portador del calor. Desde entonces se 
han construido los tipos más distintos de colectores de agua aunque todos ellos 
responden al mismo principio de funcionamiento, incluso los tipos más modernos. 
Como medio portador del calor se utilizan también distintas mezclas de agua y de aceite. 
Colectores de agua 
Los colectores de aire, que utilizan el aire como medio portador del calor, los utilizó por 
primera vez Georg Lóf, ya en 1945. Los colectores de aire están menos expuestos a los 
peligros de corrosión, falta de estanquidad, sobrecalentamiento y congelación, pero 
necesitan mayores secciones de los conductos e instalaciones de ventilación 
relativamente complicadas para transportar la misma cantidad de energía que los 
colectores de agua. Los colectores de aire se utilizan preferentemente en combinación 
con acumuladores de calor de grava. Sin embargo, es posible también conseguir el 
aprovechamiento directo de la energía por medio de métodos naturales de ventila- 
colectores de aira 
18 
I 
 
ción. En estos dos principios básicos para colectores de temperatura media con pro-
tección de vidrio utilizando el aire como fluido transportador del calor se basan nume-
rosos modelos de distintos tipos pero análogos en su fundamento. En mi libro «Wie kann 
ich mit Sonnenenergie heixen?» («¿Cómo puedo calentar con energía solar?») se describe 
un gran número de ellos. 
Resultados típicos de los ensayos de colectores de temperatura medía para 
producción bruta de calor (según EIR) 
 
 
Radiación global sobre 
una superficie 
horizontal kWh/m2
 
Radiación global en el 
plano del colector 
orientado al sur a 45°, 
kWh/m2
 
Prnrliirrirm 
de calor 
Tk = 40 °C, 
kWh/m2
 
Prnrliirriñn 
de ualur TK = 
60 °C, 
kWh/m2
 
Enero 23,5 33,2 6,3 4,0 
Febrero 45,3 66,3 23,0 15,9 
Marzo 80,3 101,5 44,1 31,4 
Abril 113,9 126,7 65,3 48,2 
Mayo 151,2 150,9 81,6 63,1 
Junio 165,2 157,1 91,7 69,5 
Julio 179,4 174,2 109,3 82,3 
Agosto 137,4 146,1 84,4 65,4 
Septiembre 105,1 132,0 75,1 57,6 
Octubre 60,4 87,2 41,7 30,6 
Noviembre 26,7 40,6 11,5 7,7 
Diciembre 16,9 24,9 3,7 2,2 
Total 
 
1105,3 
 
1240,7 
 
633,7 
 
477,9 
 
51,4% 38,5 % Rendimiento medio anual. 
Influencia del ángulo de situación del colector sobre la producción de energía para 
modelos de temperatura media (según Stohler) 
 Energía aprovechable media en el plano 
 del colector Gk (kWh/m2 • mes) 
Mes
 Ángulo de Ángulo de Ángulo de 
 inclinación 30° inclinación 45° inclinación 60° 
Enero 30,9 33,2 34,4 
Febrero 61,6 66,3 68,4 
Marzo 98,0 101,5100,9 
Abril 127,1 126,7 121,5 
Mayo 156,3 150,9 140,2 
Junio 165,2 157,1 143,4
Julio 182,5 174,2 159,4 
Agosto 148,6 146,1 138,1 
Septiembre 128,3 132,0 130,0 
Octubre 81,4 87,2 89,1 
Noviembre 37,3 40,7 42,4 
Diciembre 23,0 24,9 26,0 
 
 
1 240,2 
 
1240,8 
 
1193,8 
 
19 
Los colectores solares, que trabajan en las más difíciles condiciones climáticas y térm-cas 
tanto en verano como en invierno, están sometidos a numerosos peligros q deben 
tenerse en cuenta en.su concepción. Los problemas más importantes q pueden 
presentarse en los colectores solares son los siguientes: 
Sobrecalentamiento 
Peligro de heladas 
Corrosión Suciedad 
— Rotura 
— Movimientos térmicos 
— Fugas 
 
Estos peligros pueden ser mayores o menores según las condiciones climatológicas las 
soluciones preventivas difieren de unos modelos a otros. 
El futuro de los colectores de temperatura media protegidos con vidrio como elemer-1 to 
constructivo de la arquitectura solar dependerá, indudablemente, de la rapidez coque se 
puedan resolver los problemas inherentes a su aplicación. El empleo de estos tipos de 
colectores debiera efectuarse, sin embargo, ligado en lo posible a la pequeñr tecnología, 
porque sólo de esta manera puede desarrollarse el aprovechamiento se cillo de la energía 
concordante con la simplicidad de las radiaciones solares. 
Colector solar y 
pequeña tecnología 
Límites de reacción de distintos tipos de colectores 
(según MBB) (Temperatura ambiente: 10 °C, temperatura de funcionamiento: 50 °C) 
Tipo de colector 
 
Número de 
vidrios 
Superficie 
absorbente
 
Potencia de 
radiación 
 
Situación 
climatológica 
 
Colector sencillo 
Colector «standard» 
1 2 
 
Negra 
Negra 
340 W 230 W 
 
Cielo claro, 
despejado 
Ligeramente nuboso 
 
Colector con 1 solo 
vidrio, selectivo Colector 
«standard» 
1 2 Selectiva 
S l ti
195 W 143 W 
Nubosidad ligera a 
media Nubosidad 
media 
selectivo 
Colector de alta 
temperatura 
1 
 
Selectiva 
 
75 W 
 
Muy nuboso, lluvioso
 
Influencia de la construcción del colector sobre la obtención relativa de energía 
(según MBB) 
 
 
Colector 
sencillo 
Superficie 
absorbente 
negra 
 
Colector de 1 
solo vidrio 
Superficie 
absorbente 
negra 
 
Colector de 
doble vidrio 
Superficie 
absorbente 
negra 
 
Colector de 
1 solo vidrio 
Superficie 
absorbente 
selectiva 
 
Colector de 
doble vidrio 
Superficie 
absorbente 
selectiva 
 
Colector de | 
alta 
temperatura 
 
Rendimiento medio (%) 
 
19 23 27,2 35,6 40,6 
 
62,8 
 
Obtención relativa de energía 
 
0,83 1 1,18 1,55 1,76 
 
2,73 
 
Temperatura en vacío (°C) 
 
100 
 
130 
 
180 
 
180 
 
200 
 
250 
 
2.1.3. Colectores de baja temperatura sin protección de vidrio 
I
Utilizando diversas instalaciones técnicas de alta calidad, como bombas de calor, per 
ejemplo, resulta posible concebir un tipo especial de colectores solares cuyo funcione 
miento no se basa ya en el efecto de invernadero. Estos colectores que, en genera deben 
tener gran superficie, no necesitan llevar una cubierta transparente porque 
20 
trabajan por medio de fenómenos físicos de otro tipo, en el intervalo de las bajas 
temperaturas; se construyen de grandes dimensiones, como cubiertas o muros exte-
riores completos. Suelen denominarse cubiertas o muros absorbentes de la energía. 
Las cubiertas y muros absorbentes sin protección de vidrio suelen construirse con distintos 
metales o plásticos. Si se utiliza un metal, suele ser el cobre (espesor unos 0,6 mm) o 
chapa de aluminio esmaltada al fuego unidos a tubos (situados cada 15-20 cm) llenos del 
fluido portador del calor. Según el método de fabricación y el material empleado, los 
diversos elementos absorbentes del calor pueden clasificarse, en esencia, en cuatro tipos 
fundamentales distintos. 
y muros 
Ttes 
'= de los 
es de baja 
Los cuerpos absorbentes se fabrican en distintas variantes por medio de la unión de 
chapas don los tubos conductores de agua. Para que la transmisión térmica entre la chapa 
y el tubo sea favorable debe haber un buen contacto térmico entre ambos, cosa que 
puede conseguirse por medio de la unión metálica directa o por medio de un contacto 
permanente en una gran superficie. También es importante para la buena transmisión del 
calor que haya una relación determinada entre la distancia entre tubos y el espesor y 
conductibilidad térmica de la chapa. 
elemen- f 
dez con de 
estos 
>equeña nto 
sen- 
En el segundo de los grupos fundamentales, el cuerpo absorbente lleva canales con-
ductores del fluido integrados en él mediante la soldadura de dos chapas. El calor puede 
aquí transmitirse directamente de la chapa al fluido. 
En el tercer tipo se trata de cuerpos huecos planos en los que la magnitud de la superficie 
interior en contacto con el líquido portador coincide aproximadamente con la "magnitud 
de la superficie exterior captadora del calor. Estos cuerpos huecos se fabrican con material 
plástico, A pesar de que los plásticos tienen una conductibilidad térmica muy inferior a la 
de los metales, la transmisión del calor del exterior al interior es buena porque el calor 
tiene que transportarse a lo largo de un trayecto muy corto, igual al espesor de las 
paredes y se dispone de una sección de la misma magnitud que la superficie exterior de 
captación. Este tipo de cuerpo absorbente se utiliza preferentemente en cubiertas 
planas. 
El cuarto tipo es, por último, un cuerpo absorbente formado por una serie de tubos. Se 
utilizan para ello preferentemente tubos de plástico resistentes a la intemperie. Las 
superficies interior y exterior de transmisión del calor también son, en este caso, 
aproximadamente iguales. Debido a los espacios que queden entre los distintos tubos, la 
superficie de absorción de las radiaciones solares es mucho más pequeña que la 
superficie intercambiadora de calor entre los tubos y el aire que los rodea. Los cuerpos 
absorbentes formados por series de tubos son adecuados para la instalación sobre 
superficies de tejado. 
¿En qué consiste la diferencia fundamental entre los colectores planos de temperatura 
media protegidos con vidrio y los cuerpos absorbentes de baja temperatura sin protección 
de vidrio? Los colectores planos, que trabajan según el principio del efecto de 
invernadero, consiguen temperaturas relativamente elevadas que pueden aprovecharse 
de forma relativamente sencilla gracias a su protección transparente y a le coloración 
selectiva del cuerpo absorbente cuando la radiación solar es directa c difusa. 
Los cuerpos absorbentes o colectores de baja temperatura sin protección de vidrie 
pueden extraer energía del aire ambiente, de la lluvia y de la nieve; sin embargo, e nivel 
de temperaturas es tan bajo, como consecuencia de las grandes pérdidas de calor, que 
es imprescindible instalar una bomba de calor para que se puedan producii temperaturas 
aprovechables para la técnica doméstica. La mayoría de las bombas de calor, no sólo 
son bastante caras, sino que, en su mayoría, consumen para su fundo namiento una 
energía cara y valiosa como es la energía eléctrica. 
21 
 
bente está ventilada. Esto tiene la ventaja de que se duplica la superficie de intercambio 
de calor. Desde luego, este sistema exige que por debajo del cuerpo absorbente vaya una 
capa de cobertura absolutamente impermeable. Sin embargo, la impermeabilidad de esta 
capa de cobertura no es, por sí sola, garantía de la eficacia de esta solución. Tampoco 
debe formarse agua de condensación ni de transpiración por la cara inferior de la 
cobertura ni en los elementos de cubierta que la sustentan a causa del efecto de 
refrigeración del cuerpo absorbente. 
La lámina encargada de repeler las condensaciones de agua suele estar rota en In.q puntos 
en que va clavada al enlistonado. Por estos puntos puerle penetrar la humedad. También 
puede producir problemas la congelación en la cara superior, subrtj todo si es intensa. Al 
fundirse el hielo cuando suben las temperaturas es poaiblc que se desprendanpequeños 
témpanos de hielo, cosa que puede constituir un auténtico peligro. 
nación de 
(condensaciones de 
agua 
4 ~~::'-ón esquemática : 
^na cubierta 
íí/ca construida > 
colector de baja 
ratura IDoc BBC) 
Tubería de 
tfstribución Tubería 
de unión colectora 
de calor Tubería 
general 
-esa/fo para 
:;otación de calor 
: : -ambas caras 
-roe/tura 
-oermeable 
térmicamente 
aislada 
, Estructura de la 
cubierta 
 
2.1.5. La cubierta de teja como colector de absorción a baja temperatura 
Como las grandes superficies absorbentes de cubierta de metal o de plástico no sól< tienen 
inconvenientes técnicos y estéticos, sino también problemas biológicos esen cíales, es 
lógico que para la construcción de las superficies absorbentes suela recurrir se a la 
cubierta de teja, tan conocida y apreciada por la construcción tradicional. La cubiertas de 
teja tienen una gran capacidad de acumulación de calory son permeable al aire, es decir, 
«respiran», y puede considerarse también, desde el punto de vista di la Física Aplicada, 
que es posible utilizarlas favorablemente como absorbentes sola res. Es evidente que las 
superficies absorbentes de poco espesor y muy sofisticadas vistas desde e( punto de 
vista térmico, pueden afcanzar rendimientos bastante eleva dos, pero en muchos casos 
hay que renunciar a ello por sus considerables ¡nconve 
¡físicas y 
tructivas de la 
i a dos aguas 
23 
 
nientes físicos, técnico-sanitarios y estéticos. No podemos ya permitirnos el li 
conseguir pequeñas ventajas técnicas, muchas veces sólo aparentes, por me< 
insensateces arquitectónicas, como ha ocurrido en decenios anteriores en la fia 
Arquitectura «moderna». Una «cubierta absorbente de energía» tiene tambiéi 
considerarse en su totalidad por lo que no pueden desecharse los factores i 
mantenimiento y durabilidad. Precisamente, las cubiertas de teja, utilizadas < hace 
miles de años, tienen incomparables ventajas en estos dos aspectos. 
Las cubiertas colectoras de energía construidas con tejas pueden realizarse segú tipos 
heliotérmicos, heliovoltaicos o híbridos. En el tipo heliotérmico, el tejac construye, 
por ejemplo, de modo que el fluido portador del calor pueda circuí, circuito abierto por 
los huecos que quedan entre teja y teja y, de esta manera, el fl portador del calor se 
lleva a una bomba de calor. En una fase ulterior pueden intei se unas células solares en 
las tejas con lo que podrá producirse al mismo tie energía eléctrica y calor. En Alemania 
se han fabricado para ello unas tejas plana las que se incluye una célula de silicio de 
unos 10 cm de diámetro que produce 1 \ de energía eléctrica (2 A y 0,5 V) al incidir una 
radiación de 1000 W/m2. Las instalé nes ya realizadas con tejas funcionando como 
colectores solares indican que sistema de construcción, capaz de reunir las ventajas de 
la construcción tradicii con las posibilidades de la moderna técnica energética, 
constituye una gran esperé para el aprovechamiento de la energía solar en forma 
arquitectónicamente resp sable. 
La cubierta de tejas 
como colector térmico 
y célula solar 
¿Qué tipos de colector son los más ventajosos para su aplicación en las instalado 
técnicas domésticas? Es prácticamente imposible responder a esta pregunta de for 
unívoca porque todas las variantes tienen ventajas e inconvenientes y tienen camf de 
aplicación muy específicos. Será la futura evolución de los sistemas lo que nos d hasta 
qué punto los fabricantes de los diferentes modelos podrán perfeccionar < soluciones 
técnicas en cuanto a costes, sencillez técnica y durabilidad. Además tener en cuenta 
los problemas económicos y técnicos, no han de menospreciarse I aspectos ecológico 
y bioconstructivo del empleo del colector solar. El colector so del futuro tendría que 
convertirse en un elemento constructivo totalmente optimizac adecuado, no sólo a la 
necesidad de ahorro de energía, sino también atendiendo a I aspectos de la estética 
arquitectónica, salubridad de la vivienda y protección del m dio ambiente. 
2.2. Sistemas de acumulación del calor 
El mayor problema del aprovechamiento de la energía solar es que, en general, cuar do 
se dispone de mucho calor solar, no se necesita calefacción. Por otra parte, I calefacción 
se necesita cuando no luce el sol o sólo luce raras veces. Por lo tanto, para poder 
aprovechar la energía solar cuando realmente se necesita, ne nos basta con captar este 
calor, sino que tenemos que almacenarlo. Con un sisteme racional de acumulación de 
energía podremos disponer de la del sol día y noche, er invierno y en verano. 
El calor obtenido del sol se puede aprovechar también sin acumulador. En este caso 
habrá que adaptar el consumo a la incidencia de calor o bien, si el consumo es tan 
grande que la parte de energía que puede aportar el sol es más pequeña que la que se 
consume, habrá que contentarse con obtener algo menos de energía de otros orígenes 
(por ejemplo, del petróleo). Un acumulador a corto plazo puede suministrar calor durante 
unas horas o durante unos días, pero, en este caso, se necesitará una calefacción 
suplementaria casi normal. Según las condiciones climatológicas y el tipo de instalación, 
con un acumulador a corto plazo podrá ahorrarse del 50 al 70 % de la energía. Con la 
acumulación a largo plazo, el exceso de calor del verano puede almacenarse para el 
invierno. Un acumulador puede almacenar energía por elevación de la 
Acumuladores a corto y 
a largo plazo 
 
24 
 
temperatura o por cambio de fase. En ambos casos, la energía interna del sistema se 
modifica cambiando las energías potencial y cinética de sus átomos y moléculas. Este 
cambio de la energía interna responde a la capacidad de calor almacenada depende de la 
temperatura de calentamiento mientras que, en el segundo caso, el calor puede 
almacenarse a temperatura constante. Por lo tanto, los acumuladores de calor pueden 
clasificarse en acumuladores que utilizan el calor específico con aumento de temperatura 
(acumuladores de calor sensible) y acumuladores que utilizan el calor de cambio de 
estado (calor latente) sin cambio de temperatura por lo que también se denominan 
«acumuladores de calor latente». 
Metodos de 
acumulación de calor 
2.2.1. Acumulación de calor sensible 
Si se eleva la temperatura de un material por aportación externa de calor sin modificar su 
estado de agregación, el calor aportado puede utilizarse al enfriarse en material. Esto se 
denomina «acumulación de calor sensible». Un sistema acumulador de calor está 
formado por tres componentes: medio acumulador del calor, recipiente con aislamiento 
térmico, instalación de transporte del calor. La capacidad de acumulación de un 
acumulador se determina por el número de los posibles ciclos de acumulación, por la 
capacidad del acumulador, por la duración de la carga y la descarga, por el intervalo de 
temperaturas del medio, por las pérdidas y por el eventual consumo de energía auxiliar 
(por ejemplo, para las bombas). 
La duración para la cual puede almacenarse una cantidad determinada de calor se 
establece por medio de la ecuación siguiente: 
T-TU = (T0-TU) 
 
T0 = temperatura inicial del acumulador 
Tu = temperatura ambiente (se toma como constante) 
T = temperatura del acumulador al cabo del tiempo t 
t = constante de tiempo de la autodescarga 
t = variable de tiempo 
El problema de la autodescarga de un acumulador de calor sensible puede compararse a 
la descarga de un condensador eléctrico a través de una resistencia. Al aumentar el 
volumen del acumulador la constante de tiempo de la autodescarga se hace mayor. El 
índice de carga indica la frecuencia con que se cambia en un año el contenido teórico de 
calor del acumulador. Para optimizar el acumulador hay que buscar una solución de 
compromiso entre un índice de carga grande y unas dimensiones grandes del 
acumulador. 
jiUEidescarga 
La acumulación de calor sensible plantea, en general unas exigencias mínimas al medio 
acumulador. El material debiera tener una capacidadcalorífica muy grande, gran 
densidad, pequeña tensión de vapor y poco coste. Por otra parte, no ha de atacar al 
depósito y tiene que ser químicamente estable. Entre todos los materiales posibles, el 
agua es la que mejor cumple todas estas condiciones en el intervalo de temperaturas 
entre O y 100°C. 
Sin embargo, aunque se utilice el agua, por razones económicas y ecológicas (pérdidas de 
calor, gastos materiales) no es razonable pretender desarrollar para todas y cada una de 
las viviendas acumuladores anuales que sólo se carguen con energía solar. 
Hay que construir acumuladores de agua caliente de gran tamaño y unirlos al mayor 
número posible de generadores de calor (casas con colectores en verano) y consumi-
dores de calor (las mismas casas en invierno). 
¡óptimos de 
Hiladores 
25 
Capacidad de los acumuladores 
distintos materiales para calor 
sensible (según Mattmann) 
Volumen y temperatura de los distintos 
acumuladores dk calor sensible (según 
Mattmann) 
 Temperatura 
Material del acumulador Volumen del
acumulador mínima máxima acumulador 
Agua 40 °C 90 °C 100m3
Piedra 40 °C 300 °C 37 m3
Hormigón 40 °C 300 °C 43-32 m3
Arena 40 °C 300 °C 62 m3
Aceite 40 °C 300 °C 32 m3 I 
Hierro 
fundido 40 °C 300 °C 17 m3
Magnesita 40 °C 300 °C 23 m3
Energía Material 
acumulador almacenada 
en kWh/m3 • °C
1,16 
0,63 
Hasta ahora se han empleado con buenos resultados para el calor sensible los 
materiales acumuladores siguientes: 
Tipo de acumulador 
 
Medio acumulador 
 
Temperatura 
máxima 
 
Acumulador líquido 
 
Agua caliente Agua 
sobrecalentada 
 
110 °C 200 °C 
 Aceite 430 °C 
Acumulador sólido Cerámica 600 °C 
 
 
Hormigón Fundición 
 
600 °C 500 °C 
 
 Magnesita 800 °C 
La capacidad de acumulación de un material se mide por su calor específico «c» en 
kcal/m3-°C, es decir, la relación calor/volumen a nivel de temperaturas para un m 3 de 
material. (También puede medirse en kWh/m3-°C). 
Los criterios de calidad más importantes para la elección de la estrategia apropiada en 
cuanto a acumuladores son: 
— ¿Cuánto calor ha de ceder el acumlador, en qué momento y a qué nivel de tempera-
turas? 
— ¿Qué pérdidas pueden producirse durante el período de acumulación? 
— ¿Cuánto espacio necesita el acumulador? 
— ¿Cómo debe construirse el acumulador para que cueste lo menos posible para una 
potencia dada? 
— ¿Cuál es la proporción entre la energía acumulada y el consumo de energía extraña? 
Según el sistema de calefacción empleado, hay varias posibilidades de almacenar el 
calor. Lo más frecuente es utilizar agua o grava suelta. A veces se utiliza también como 
acumulador el terreno natural. 
El almacenamiento del calor es siempre un problema relativamente caro. Para mantener 
más bajos los precios se han ideado sistemas en que no se necesita un volumen 
acumulador separado. 
 
0,52-
0,690,36 
0,69 
1,31 
Agua 
Piedra 
Hormigón 
Arena 
Aceite 
Hierro 
fundido 
Magnesita 
Criterios de calidad del 
acumulador 
26 
Acumulador de agua caliente
 
El acumulador de agua caliente es el más extendido. Muchos opinan que se trata del 
medio mejor para acumulación de calor, aunque los problemas de corrosión pueden crear 
algunas dificultades. Para evitar pérdidas de calor, los depósitos de agua deben estar 
bien aislados térmicamente. Algunas veces se utilizan en combinación el agua y el 
acumulador de grava. El agua puede acumular unas 1000 kcal/°C (1,16 kWh/°C) en 1 m 3. 
del 
dor 
El intervalo de temperaturas a que se puede utilizar el agua comienza a los 70-80 °C y 
termina a unos 4 °C si se utiliza bomba de calor. Una vivienda unifamiliar rnn hiipn 
aislamiento térmico con unos 100-200 m3 de agua caliente podría almacenar en verano 
suficiente energía para el invierno si se tiene en menta la inriríenria normal fin ntono. 
invierno y primavera. La cantidad de calor utilizable en un acumulador es menor que su 
capacidad, ya que entre el almacenamiento y el uunbumu se pierde calor por las tuberías. 
La constante de tiempo de la descarga depende de los parámetros geométricos y de los 
parámetros del material, como: 
~~-va\o útil de 
T — oeraturas' 
— Volumen del acumulador; 
— espesor del aislamiento térmico; 
— calor específico del fluido acumulador; 
— coeficiente de conductibilidad térmica del material aislante. 
Si se quiere disponer de una cantidad determinada de calor durante un período de 
tiempo dado, puede conseguirse de distintas maneras. Puede utilizarse un acumulador 
pequeño muy bien aislado o instalar un acumulador grande con una constante de tiempo 
pequeña, es decir, con muchas pérdidas. 
La cuestión está en decidir donde está el óptimo. El problema de la optimización se 
define por el parámetro de los costes y por los estados de carga exigidos al comienzo y al 
fin del período de acumulación. Los elementos de cálculo más importantes son los 
siguientes: 
Tr-;-netros de costes 
— Precio del metro cúbico del acumulador; 
— precio por metro cúbido del aislamiento; 
— mínima temperatura útil del acumulador; 
— diferencia de temperaturas del acumulador con respecto a la temperatura ambiente; :» en 
n3de 
Ja en 
pera- 
— duración del período de acumulación; 
— cantidad de calor de que ha de disponerse aún al cabo de un cierto tiempo. 
Mediante una estrategia racional de explotación pueden optimizarse los parámetros del 
acumulador de modo que los costes dé instalación resulten mínimos. Si fuese posible, 
todo el calor cedido al entorno (pérdidas del acumulador) debiera aprovecharse en la 
vivienda caldeada. Es desfavorable disponer de un solo acumulador. Un buen 
rsrrsregia de 
--notación 
Volumen necesario del acumulador de agua para almacenamiento a largo plazo de 6 
Gcal para distintos intervalos de temperatura (según Kesselring) 
ergía lar el 
x>mo 
i una Intervalo de temperaturas At 
°C 
Volumen del acumulador m3
 
30 °C 40 °C 60 °C 70 °C 
 
200 m3 150m3 100 m3 40 m3
 
ante-
imen 
27
 
Coeficientes de conductibilidad térmica A e índices de transmisión del calor k de 
los materiales aislantes más usuales para el aislamiento de los acumuladores, a 50 '"I 
Material aislante 
 
Coeficiente de 
conductibilidad 
térmica X 
(W/mK) aprox. 
 
Transmisión del calor k (W/m2 K) 
para espesores de aislamiento de 
30 mm 60 mm 100 mrr 
aprox. aprox. aprox. j 
 
Lana de vidrio y lana mineral Lana 
de escorias Espuma de poliuretano 
dura Espuma de poliuretano 
semidura Espuma de poliuretano 
blanda Espuma de poliéster 
«Styropor» 
 
0,041 0,040 
0,027 0,035 
0,042 0,040 
0,036 
 
1,37 0,68 0,41 ^ 1 
,34 0,67 0,40 0,90 
0,45 0,27 1,17 0,59 
0,35 1,40 0,70 0,42 
1,34 0,67 0,40 1,20 
0,60 0,36 
 
depósito acumulador almacena tres niveles de temperatura distintos en cámaras puestas 
concéntricamente que, a continuación, se podrán utilizar para tres usos diferentes. (Agua 
sanitaria: 50-80 °C, agua para calefacción a baja temperatura 30-50°C agua a menos de 30 
°C). 
Al terminar el período de carga, en otoño, las tres cámaras se han calentado a unes 80 °C, 
son lo que al comenzar el período de calefacción se dispone de toda la capacidad de 
acumulación de calor. 
Acumuladora corto plazo para calentar el agua sanitaria 
Estos acumuladores de un día permiten tomar cantidades grandes de agua en un corte 
período de tiempo, como el que se necesita, por ejemplo, para el consumo de agu= para 
baño. Si el contenido del acumulador está demasiado frío y falta el incremento de calor 
aportado por los colectores solares, se consigue la continuidad de la temperatura del agua 
por medio de un dispositivo de regulación que conecta, por ejemplo, ur calentador 
eléctrico suplementario. 
Acumulador de un día 
El agua caliente sanitaria no puede hacerse pasar directamente por los colectores solares 
para su calentamiento tanto por razones higiénicascomo por los grandes peligros de 
funcionamiento que se tendrían (vaporización al sobrecalentarse y congelación a bajas 
temperaturas). Por esta razón se utilizan medios portadores del calor por ejemplo, agua 
con aditivos u otros líquidos transportadores. Estos líquidos portadores del calor, que 
circulan por un circuito independiente, comunican el calor al agua de consumo, como se 
hace en los intercambiadores de calor de un sistema de calefacción a distancia. Por esta 
razón, los acumuladores tienen la misma construcción que un intercambiador de calor. 
Sin embargo, la acumulación del calor se hace directamente en el agua de consumo 
porque tiene una capacidad calorífica específica mayor que los otros medios portadores 
de calor. 
En los acumuladores caldeados por los líquidos calientes del circuito independiente se 
montan serpentines tubulares o se envuelven en una envoltura caliente. Las superficies 
emisoras de calor deben colocarse principalmente en la zona inferioras! acumulador con 
objeto de que pueda aportarse la mayor cantidad posible de calor. Las dimensiones de la 
superficie intercambiadora de calor dependen del índice de transmisión k y, por tanto, de 
la construcción del intercambiador, de la velocidad del fluido portador y de las 
propiedades físicas de ambos fluidos. 
Dimensiones del 
acumulador 
 
28 
El fluido portador del calor ha de cumplir determinadas condiciones. Las más impor-
tantes son: 
— Bajo punto de congelación (-30 °C); 
— punto de ebullición lo más alto posible; 
— poca viscosidad (¡pérdidas de presión!); 
— buena conductibilidad térmica; 
— alta capacidad calorífica (calor contenido); 
— a ser posible, que no sea tóxico; 
— a ser posible, que no sea inflamable; 
— que no tenga acción corrosiva. 
No hay ningún líquido «ideal» que cumpla todas estas condiciones. Hay que buscar 
soluciones de compromiso y, sobre todo, tener en cuenta la seguridad de funciona-
miento de la instalación. 
Los acumuladores de corto plazo no deben ser demasiado pequeños. Se aconseja 
calcular el volumen para dos días con objeto de asegurar un cierto período de tiempo de 
reserva. El volumen, ligeramente mayor, aumenta considerablemente la economía del 
sistema con un aumento de coste muy reducido. 
El consumo de agua caliente difiere mucho de unas instalaciones a otras según las 
exigencias personales de los habitantes de la casa. Oscila entre 30 y 80 litros por persona 
y día con agua a la temperatura de 50 °C. Por término medio hay que contar "con 55 litros 
de consumo de agua caliente a 50 °C por persona y día. En una familia de 2 a 5 personas 
basta con acumulador de corto plazo de 200 a 500 litros de capacidad para cubrir las 
necesidades de dos días. La fórmula práctica para calcular el volumen del acumulador 
necesario es: 
'Iníces de consumo de 
maja 
Volumen del acumulador = Número de personas x 100 litros. 
Los acumuladores deben colocarse en posición vertical o bien, si se construyen de varias 
células, se colocarán superpuestos o alineados. De esta manera se consigue una 
gradación favorable de las temperaturas. La alimentación de agua fría debe disponerse de 
modo que se evite la mezcla con el agua caliente manteniéndose la gradación de 
temperaturas. Según la disposición de la toma de agua caliente, el agua fría debe entrar 
en las zonas ya precalentadas por el agua caliente extraída, hacia arriba. En la 
construcción de acumuladores debe siempre tenerse en cuenta que sus dimensiones 
deben permitir fácilmente la colocación en el sótano. EU~ -'adores 
Debe elegirse un aislamiento térmico con bajo coeficiente de transmisión; es muy 
importante este punto en los grandes acumuladores solares adecuados para un largo 
período de reserva. El proveedor debiera indicar las pérdidas de calor con el aislamiento 
terminado. Las pérdidas de calor dependen, ante todo, del coeficiente de conductibilidad 
térmica y del espesor del aislamiento y de la diferencia de temperaturas entre las paredes 
metálicas del acumulador y el aire ambiente del sótano. 
Acumuladores de grava suelta y acumuladores de tierra 
La grava o zahorra y las masas de tierra tienen una capacidad calorífica relativamente 
buena con poco coste de los materiales. Sin embargo, estos materiales, por el peque ño 
intervalo útil de temperaturas que tienen, requieren varios m3 de volumen df acumulador 
para salvar, por ejemplo, el período nocturno en una vivienda unifamilia utilizando 
colectores solares normales, planos con el máximo rendimiento que puede alcanzarse. 
Aunque el coste de los materiales es casi despreciable, debe tenerse er cuenta el coste de 
los depósitos y del espacio que hay que prever para el acumulador \ el de las instalaciones 
para cargar y descargar el acumulador. El transporte del calo del calor 
2£ 
suele ser bastante sencillo: en los acumuladores de materiales sólidos, circula aire 
directamente a través del lecho de grava o por conductos abiertos en la masa de tierra, 
calentándose o enfriándose. La carga y descarga de estos acumuladores con cambios 
constantes de temperatura exige, sin embargo, una regulación automática que adapte el 
sistema estacionario a las condiciones constantemente variables. Con un 30 % de 
huecos, la grava tiene triple peso que el agua y sólo la tercera parte de capacidad 
volumétrica de acumulación. Estos acumuladores de grava suelen precisar un volumen 
cuatro veces mayor que un acumulador de agua de igual potencia. grava suele tener un 
diámetro de unos 5 cm, o menor para altas temperaturas. 1 m3 de grava puede almacenar 
unas 400 kcal/°C. 
Georg G. Lóf construyó en 1945 la primera casa solar (Boulder-House, en Colorado) en ] la 
que el almacenamiento de calor se hacía con ocho toneladas de gravilla (unos 5 m3) En 
casos especiales puede utilizarse el terreno natural como acumulador de calor. 
Si no se aporta el calor a alta temperatura, el terreno natural tiene una temperatura! 
insuficiente para su aprovechamiento directo. Por esta razón se utiliza una bomba del 
calor instalada como aparato de calefacción que eleva la energía calorífica a baja' 
temperatura hasta la temperatura de calefacción transformando así el calor disponible i en 
el entorno en calor de calefacción. Para ello se monta un colector de tierra situado a la 
profundidad de 0,5 a 2 m. Por estos tubos circula el líquido portador, que suele ser( agua 
con anticongelante y, algunas veces, es directamente el medio refrigerante. 
Temperatura del 
acumulador 
Capacidad de acumulación de calor para distintas masas acumuladoras de tierra 
 Coeficiente de Capacidad Contenido 
 
 
conductibilidad 
térmica X (W/m • 
K) 
calorífica 
específica c 
(Wh/kg • K) 
Densidad p 
(kg/m3) 
 
de agua (% en 
peso) 
 
Arena seca 0,18 0,2 1500 10 
Tierra arcillosa 0,4 0,3 1500 18 
Arcilla húmeda 0,7 0,35 1800 30 
Humus 0,2 0,5 1400 15 
Antes de construir un acumulador de tierra hay que considerar algunos puntos impor-
tantes: 
— No debe producirse un enfriamiento del terreno natural superior al que se presenta en 
la naturaleza (enfriamiento próximo a cero grados). 
— No debe influir en la vegetación. 
— Garantizar su potencia, incluso en inviernos poco soleados. 
— ¿Qué normas pueden admitirse para las plantaciones del terreno por encima del 
colector? 
— ¿Qué cambios de potencia producirán la orientación, inclinación del terreno, som-
breado y características del suelo? 
— ¿Qué seguridades ha de ofrecer la potencia energética del colector de tierra? 
— ¿Qué durabilidad ha de tener el colector de tierra como sistema irreversiblemente 
enterrado (fugas, corrosión, resistencia contra corrimientos de tierras)? 
— ¿Qué condiciones ha de cumplir el fluido portador del calor que circula por los tubos? 
Hay que tener en cuenta también los siguientes factores de influencia: 
— Energía calorífica acumulada al comenzar la toma de calor. 
— Radiación global absorbida durante el invierno. 
30 
— Calor aportado por el agua (lluvia, rocío). 
— Calor aportado del exterior (por ejemplo,a través de colectores solares). 
— Calor latente del agua al congelarse. 
— Intercambio de calor con el aire exterior. 
— Energía geotérmica que desde el interior de la tierra fluye hacia el colector de tierra. 
— Calor que fluye a las zonas marginales del colector. 
— Extracción de calor por las bombas de calor. 
Es frecuente utilizar como material para las tuberías el polietileno, conocido desde hace 
muchos años en la técnica de instalaciones; es absolutamente resistente a la corrosión, 
suficientemente seguro contra la temperatura y la presión, tiene gran resistencia 
mecánica, es fácil de colocar y, además, sale barato. Los distintos tubos van de un 
distribuidor a un colector. No se efectúa ninguna unión mecánica en el terreno. El 
dimensionamiento se hace de modo que la potencia necesaria se transporte aunque se 
averien uno o dos tubos. La diferencia media de temperaturas entre el fluido portador del 
calor y el terreno no suele ser mayor que 1 K. 
:'ón del :or 
de tierra 
2.2.2. Acumulación de calor latente 
Si la aportación o cesión de energía hacen que una materia pase de un estado de 
agregación a otro, el calor de transformación o de cambio de estado se denomina «calor 
latente». 
Los cambios de fase más conocidos y más aplicados en la técnica son los del agua con una 
energía de transformación de 93 kWh/m3 en la congelación o en la fusión, y de 626 kWh/m3 
en la evaporación o condensación. 
Por razones económicas apenas se pueden considerar los sistemas acumuladores de 
calor latente con transformación a la fase gaseosa. En cambio, son interesantes los 
sistemas que tengan un cambio de fase en el intervalo de temperaturas comprendido 
entre +30 y +95 °C, ya que en estos casos, es posible la aportación de energía por medio 
de agua caliente procedente de colectores planos. Hay una serie de sales cristalizadas 
hidratadas, fáciles de encontrar y baratas apropiadas para el intervalo de temperaturas 
citadas. Hasta ahora, la sal más utilizada era la sal de Glauber (sulfato sódico) [(Na2S04) • 
10 H20)]. El sulfato sódico fundido tiene una capacidad calorífica parecida a la del agua. 
Entre 90 °C y la temperatura de solidificación, a 32 °C, el acumulador de sulfato sódico 
puede utilizarse como acumulador de calor sensible y puede ceder unos 67 kWh por m3. 
Al solidificarse libera otros 98 kWh. Por lo tanto, cede en total unos 165 kWh por m3 lo que 
equivale aproximadamente a dos veces y media la energía que podría ceder un 
acumulador de agua en el mismo intervalo de temperaturas. 
Los acumuladores de calor latente tienen una curva característica de descarga extraor-
dinariamente favorable. Mientras que en el caso del acumulador de calor sensible la 
temperatura del acumulador varía constantemente, en el caso del acumulador de calor 
Capacidad de acumulación de distintos materiales en el sistema de calor latente 
(según Mattmann) 
Material 
acumulador 
 
Temperatura de 
cambio de estado 
en °C 
 
Energía 
almacenada en 
kWh/m3
 
CaCI2 • 6H20 
Na2S04- 10H20 
 
29-39 32 
 
81 
98 
 
31 
latente la temperatura se mantiene constante durante bastante tiempo. Por ejem 
para el sulfato sódico, alrededor del 60 % del total del calor almacenado se cede a 
temperatura que apenas sería adecuada como inicial para una calefacción a t 
temperatura. 
En los acumuladores de calor latente, la absorción y cesión del calor de transforr 
ción debiera producirse en forma estrictamente reversible e isotrópicamente a trai 
de todo el material acumulador. 
Una de las dificultades de la cristalización es que ía masa fundida de las sales q pueden 
utilizarse como material acumulador suelen tener tendencia al subenfriamie to, por lo que 
la cristalización tiene que iniciarse por medio de la siembra de cristale Los materiales que 
podrían utilizarse como gérmenes cristalinos tienen que cump una serie de condiciones 
para que el sistema pueda funcionar incluso pasados varic años. Por ejemplo, no deben 
ser solubles en la masa fundida del acumulador de calo su punto de fusión debe ser 
superior a la temperatura de trabajo del acumulador; s densidad debiera ser 
aproximadamente igual a la de la masa fundida con objeto d que no se precipiten durante 
el año. Además, la retícula cristalina del germen cristal no debe ser semejante a la del 
material acumulador, al menos en dos dimensiones Estos problemas fueron conocidos ya 
en 1946 cuando la Dra. María Teíkes comprob< que en un acumulador de sulfato sódico 
montado en una vivienda unifamíliar di Dover (Massachusetts) los fenómenos de 
precipitación redujeron la capacidad de acumulación a menos del 80 % de la capacidad 
primitiva al cabo de un año. Como consecuencia se intentó impedir la precipitación 
agregando unos armazones de materiales sólidos o armazones en forma de gel. Su 
misión era la de mantener en suspensión los gérmenes de los cristales. 
Cristalización de la 
masa acumuladora 
dé cstidad¿w,(? eíe&ctán de i'as masas 
— Entaipía de transformación io mayor posibfe referida al volumen del acumulado- 
— Buena conductibilidad calorífica tanto en estado de carga como descargado. 
— Poca variación de volumen durante la transformación o cambio de fase. 
— Deben ser, en lo posible, químicamente estables y no reaccionar químicamente 
con los materiales usuales que forman el depósito. 
— Precio lo más bajo posible. _ | 
Para los acumuladores que utilizan calor latente, se utilizan, ante todo, sales hidratadas 
que se licúan en su agua de cristalización por lo que pueden absorber grandes cantidades 
de calor de licuación y de calor de hidratación. Debe disponerse de ellas er gran cantidad 
a bajo precio. 
• I
Naturalmente, también puede utilizarse una serie de sustancias de otro tipo, inclusc 
compuestos orgánicos como, por ejemplo, la parafina, como acumuladores de calo-
latente. Los acumuladores de calor latente pueden absorber, por unidad de volumen una 
cantidad de energía, en el intervalor de bajas temperaturas, notablemente mayo-que los 
acumuladores de capacidad. Los acumuladores químicos tienen una capacidad de 
almacenamiento que puede alcanzar, por unidad de volumen, más del quíntuplo que un 
acumulador de agua caliente. En comparación con un acumulador ú-, grava, el 
acumulador de calor latente lo supera, desde este punto de vista, en u-factor 9. 
Materias químicas para 
la acumulación 
Numerosos institutos de investigación de todo el mundo están trabajando para perfec-
cionar el acumulador químico de calor para resolver así el problema más difícil de 
aprovechamiento de la energía solar, que es la acumulación de la energía. 
32 
 
1É 
 
3. Principios fundamentales de la calefacción solar de 
locales 
" rapios 
éntales de la 
Los trabajos prácticos realizados nos indican que, durante los últimos años, han crista-
lizado dos variarles de los principios íundamentales para el aprovechamiento de la 
energía solar para, calefacción; se trata de los sistemas de calefacción solar pasivo v 
activo. Los sistemas pasivos tratan de aprovechar directamente las radiaciones solares 
mediante disposiciones constructivas adecuadas. Por el contrario, en los sistemas activos 
predomina el aprovechamiento de la energía solar por medio de trabajos de ingeniería e 
instalaciones técnicas. 
Los métodos de calefacción solar activa se dividen en dos grupos: los que trabajan 
valiéndose de colectores solares y los sistemas acoplados a bombas de calor. 
La refrigeración por medio de la energía solar puede realizarse también por medio de 
disposiciones constructivas naturales o empleando diversos aparatos técnicos relati-
vamente complicados entre los cuales los más importantes en la actualidad son las 
máquinas refrigeradoras de absorción. 
3.1. Sistemas pasivos de calefacción solar 
-:-~;ento El aprovechamiento directo de las radiaciones solares por medio de disposiciones 
; s energía constructivas suele denominarse «aprovechamiento pasivo de la energía solar». Esta 
expresión, no muy acertadamente elegida (¡los«edificios solares pasivos» correcta 
mente concebidos tienen que ser, en realidad, muy activos térmicamente y suscepti 
bles de adaptación!), quiere señalar que con relativamente pocas instalaciones técni 
cas, sólo por un concepto lógico de la arquitectura, pueden utilizar directamente la 
energía solar. El intento de concebir edificios solares «pasivos» data ya de una historia 
de milenios. Hay documentos escritos de que ya Sócrates y Jenofonte habían pensado 
sobre este problema, y la arquitectura popular ha realizado, en casi todo el mundo, 
muchas soluciones valiosas que, desgraciadamente, han sido olvidadas por la «mo 
derna» arquitectura de bloques cúbicos. 
En nuestro siglo, como consecuencia del abaratamiento de la fabricación del vidrio, se 
realizaron, ya en los años treinta, algunos ensayos de aprovechar directamente la energía 
solar mediante su incidencia en las ventanas acristaladas (Wagner, Keck-Slona, etc.). 
Estos primeros edificios, por desgracia, no pudieron cumplir óptimamente su función por 
falta de conocimientos suficientes de la relación que existe entre incidencia de 
radiaciones y acumulación de energía. En particular, quedaron sin resolver los problemas 
del sobrecalentamiento durante los meses de verano y las excesivas pérdidas de calor 
durante los períodos fríos, debidos a las grandes dimensiones de las superficies 
acristaladas. 
En la actualidad, cuando ya se han construido en varios países un gran número de 
edificios solares pasivos, podemos concretar una relación de las disposiciones cons-
tructivas más importantes que permiten el aprovechamiento óptimo y económico de la 
energía solar. 
Plano de situación favorable desde el punto de vista técnico de la energía 
El arquitecto debiera elegir, en lo posible, un solar que permita la orientación óptima, al 
sur o al suroeste, de la mayor fachada del edificio. Un microclima tranquilo, protegido 
contra el viento, reduce también el consumo de energía del edificio. Unas laderas 
33 
Variantes de estructuras 
Heteras para 
aprovechamiento activo 
y pasivo de la energía 
solar, según S. Gilí 
 
1.1 
 y v 
5.1
 
3.4
 
3.52.5
 
Í.5 
 
 
convenientemente situadas pudieran utilizarse como taludes de protección contr 
viento. Los árboles ofrecen una buena protección contra los temporales, con lo < 
pueden reducirse las pérdidas por las rendijas en las fachadas acristaladas. Los ár 
les dan sombra en verano, pero en invierno dejan pasar las benefactoras radiacioi 
solares. Para un edificio biosolarmente concebido debiera también estudiarse el p 
blema de una posible radiación de la tierra. Las radiaciones telúricas nocivas debiei 
evitarse por medio de disposiciones constructivas en el proyecto. | 
Aumento de la captación directa de la energía medíante la orientación al sur de las 
mayores superficies de fachada ] 
La teoría y la práctica han demostrado que las fachadas orientadas al sur en un edifk son 
óptimas para la captación de energía solar en invierno y en las estaciones interrr dias. 
En verano se pueden proteger fácil y efectivamente contra las radiaciones térn cas no 
deseadas. Las ventanas orientadas al sur aportan indudablemente una capí ción de calor 
muy aprovechable. Por esta razón, los edificios debieran abrirse en posible hacia el sur y 
prever en las otras direcciones las habitaciones que necesiti menos luz y, por lo tanto, 
ventanas de menor superficie. El problema es relativamen fácil de resolver en los 
edificios pequeños; en los grandes edificios suelen ser inevit bles las soluciones de 
compromiso, ya que hay que asegurar la suficiente iluminacic 
34 
instrucción de las -
3das como jardines 
^vierno produce orro 
de energía por el 
 
<o de la energía iar 
y permite, al wiu 
tiempo, como 
í ^instrucción del 
-r de les Halles» de 
:- s formación de 
- -asantes espacios : - 
tectónicos (Arq. íianí. 
Penereach, .Ton). 
 
natural para todos los locales. Los edificios con grandes fachadas al sur pueden apro-
vechar óptimamente la energía solar como radiación directa incidente a través de las 
ventanas (aprovechamiento pasivo de la energía solar) o indirectamente, con la ayuda de 
colectores solares integrados (aprovechamiento activo de la energía solar). 
Configuración energéticamente óptima de las ventanas y paredes orientadas al sur 
Todos los elementos de ventana y de muro de un edificio solar pasivo tienen que 
optimizarse energéticamente, dedicando una atención especial a la fachada sur, porque 
el edificio recibe por su cara sur el mayor flujo de energía aprovechable. 
El cálculo y la experiencia práctica señalan, sin lugar a dudas, que la concepción correcta 
de las ventanas orientadas al sur permite una valiosa captación de energía incluso durante 
los meses de invierno. Es importante, sin embargo, que las ventanas estén provistas de 
elementos protectores que las protejan en verano contra el exceso de incidencia de 
radiaciones solares y que, en invierno, puedan impedir las mayores pérdidas de calor 
durante las horas de la tarde y de la noche. 
35 
Estructura de jardín do 
¡nviernu r/e grandes 
dimensiones para un 
proyecto de 
urbanización solar de 
usos múltiples (Arq. P. 
Soleri). 
Las superficies acristaladas en las fachadas orientadas al sur permiten también afi rros de 
energía utilizándolas como jardines de invierno o como paredes soíares. jardines solares 
orientados al sur y las paredes solares, que suelen poder cumplir; mismo tiempo 
funciones de captación y acumulación de energía, son disposiciones . --clásicas para la 
captación de la energía solar para uso de calefacción. (Los jardines z^ invierno actúan 
también como zonas de regulación térmica). Hay que atender especialmente a que los 
valores del aislamiento sean los correctos y a que las relaciones CT dimensionamiento 
entre las superficies acristaladas transparentes y las masas terr-;-les sean adecuadas. 
Según la experiencia americana es favorable dotar en algur:; casos a las ventanas con 
vidrio Texural que transmiten la luz difusa a todas las supe"" cíes interiores. Esta radiación 
difusa es captada por las superficies de todas las mas í - termales de las paredes, suelos y 
techos. El acristalamiento puede hacerse con vidr : normal o con vidrio especial. Si las 
paredes interiores, los suelos y los techos s-e-utilizan como acumuladores de calor, el 
vidrio Texural debiera dispersar la luz ~-válido cualquier vidrio de superficie rugosa). Hay 
que señalar que las ventanas dobles con 2-4 cm de distancia entre los dos vidrios, son 
ideales para todo el edificio. Si se utiliza vidrio muy «transparente», o bien vidrio con 
poco contenido de hierro, lo ms; económico es utilizar triple vidrio en Ja fachada sur ya 
que, por la noche, no se necesiií más protección, como, por ejemplo, contraventanas. Las 
persianas en que puede variarse el ángulo de inclinación de las lamas, pueden ser 
necesarias para dar sombra En todo caso deben situarse fuera del vidrio. 
tiento de 
iones» de la 
arquitectura 
mediante la 
ion a'e de 
invierno y 
(Doc. 
 
Configuración de la cubierta para aprovechamiento de la energía 
La cubierta debe volar, hacia el sur, lo suficiente para que, dejando pasar el sol en 
invierno, no lo deje en verano. Sería preferible un voladizo susceptible de adaptación ya 
que, como es sabido, a igualdad de ángulo solar, en primavera se necesita más sol que 
en otoño. Las cubiertas inclinadas son mucho más favorables que las cubiertas planas 
porque pueden servir al mismo tiempo como zonas de regulación térmica y como 
superficies de captación para los colectores solares. 
Instalación de «masas termales» internas 
Las ventanas orientadas al sur pueden tener el inconveniente de sobrecalentar la 
habitación, por lo que el interior del local debe proveerse de masas acumuladoras 
debidamente dimensionadas en forma de paredes, suelos y techos (ladrillos, bloques, 
etc.). Unas masas acumuladoras excesivamente grandes pueden resultar térmicamente 
desfavorables porque su caldeo exige