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Aprovechando el Sol: chimeneas solares en la arquitectura bioclimática

Por su escalabilidad, los proyectos de vivienda social que incorporan elementos de arquitectura bioclimática contribuyen a enfrentar de manera efectiva los retos climáticos.
La chimenea solar en la vivienda mejora el confort térmico ante las condiciones medioambientales. Imagina vivir en una casa con inteligencia climática. Ilustración: Getty Images

Por Rasikh Tariq

En la arquitectura bioclimática destacan propuestas vanguardistas como el uso de chimeneas solares. Su enfoque aprovecha elementos naturales para regular las temperaturas de las construcciones, reduciendo la dependencia de sistemas tradicionales de calefacción y aire acondicionado.

Las chimeneas solares utilizan la energía del sol para mejorar la ventilación y la calidad del aire interior. Ante los desafíos mundiales que implica el cambio climático, el diseño ecológico que ofrece la arquitectura bioclimática es un camino prometedor para una vida sostenible.

La arquitectura del futuro también debe de tomar en cuenta el desarrollo de vivienda social que es de alta demanda. De hecho, muchos de estos proyectos habitacionales presentan retos en cuanto a eficiencia energética y sostenibilidad ambiental.

Arquitectura bioclimática en México

Nuestra investigación propone una solución sostenible para un complejo con más de 100 mil unidades de vivienda social, construido en México en 2021 y documentado en el Registro Único de Vivienda (RUV, 2022), que desafortunadamente no cumple de manera estricta con códigos de eficiencia energética.

La solución podría ser utilizar arquitectura bioclimática en este tipo de viviendas para promover mejores resultados energéticos, económicos, ambientales y sociales.

Por ejemplo, el uso de una fachada solar de doble piel, comúnmente conocida como ‘chimenea solar’ (Soto et al., 2021). Esta tecnología permite contar con un sistema activo de aire acondicionado inteligente, proporcionando beneficios que van más allá del ahorro energético.

Se trata de un conducto vertical a un costado de la construcción para que la energía solar caliente el aire dentro de ese ducto, haciendo que ese aire suba debido a la diferencia de temperatura con el exterior. Esto extrae el aire caliente del interior del edificio, mejorando así la ventilación natural y el confort térmico.

La chimenea solar en la vivienda mejora el confort térmico en respuesta a las condiciones ambientales. Ilustración: Wikimedia Commons

Esta tecnología combina un sistema activo de aire acondicionado inteligente que podría mejorar la comodidad térmica de las viviendas en diversas condiciones climáticas mexicanas.

Durante los veranos abrasadores, este sistema mantiene un ambiente interior fresco sin depender excesivamente del aire acondicionado, lo que resulta en ahorros significativos en las facturas de electricidad (Wang y Lei, 2019). En invierno, actúa como una fuente de calor natural, reduciendo aún más los costos de calefacción, por lo que mejora la eficiencia energética y contribuye positivamente a la sostenibilidad ambiental.

Al comparar las casas sociales con y sin chimeneas solares integradas en dos tipos diferentes de entornos resulta que las viviendas sin esta tecnología se asemejan a fuentes de ineficiencia energética y ambiental, representando un riesgo para la sociedad. Por otro lado, las viviendas con chimeneas solares son como minas de energía limpia y eficiencia que contribuyen al bienestar social y a la conservación ambiental.

La aplicación de esta tecnología requiere de una cuidadosa consideración en sus implicaciones económicas. Si bien ofrece ahorros energéticos sustanciales, la instalación de una chimenea solar puede aumentar el costo inicial de las viviendas sociales.

Este aspecto es crítico porque los financiamientos para estas viviendas provienen del sistema bancario o de institutos nacionales mexicanos, por lo que cualquier aumento en el costo inicial de la vivienda podría representar una carga económica significativa para aquellos que utilizan planes de hipoteca (Sun et al., 2018).

Soluciones sostenibles

A pesar de los posibles aumentos en los costos iniciales, los beneficios económicos a largo plazo son prometedores. La utilización de una chimenea solar puede ahorrar aproximadamente 273 MXN por mes (≈13 USD) a los hogares, con un período de recuperación real de alrededor de ocho años. Este alivio financiero puede compensar significativamente la inversión inicial.

Además, una evaluación económica del ciclo de vida revela que el costo nivelado de regular la temperatura de la casa utilizando este sistema oscila entre 0.0096 y 0.0390 por kilowatts-hora (kWh), es decir, lo que consume un foco LED de 10 watts durante 100 horas. Esta es una alternativa rentable que ofrece ahorros sustanciales en comparación con los métodos tradicionales de aire acondicionado.

Desde una perspectiva ambiental, el sistema de chimenea solar produce beneficios notables. Tiene el potencial de mitigar aproximadamente 5700 kgCO2eq/año en comparación con los sistemas convencionales de aire acondicionado por compresión de vapor. Esta reducción sustancial de emisiones de carbono se alinea con los esfuerzos globales para combatir el cambio climático.

Sin embargo, la dimensión social de este enfoque innovador no puede pasarse por alto. Para evaluar la aceptación social, se realizó una encuesta piloto entre la población mexicana. La encuesta tuvo como objetivo medir la percepción pública sobre la instalación de chimeneas solares, considerando el aumento potencial en el precio inicial de las viviendas sociales (estimado en 2.5-4.0%).

Gráfica tomada de la investigación Sustainability framework of intelligent social houses with a synergy of double-façade architecture and active air conditioning systems.

La encuesta reveló resultados interesantes. Aproximadamente el 62% de la muestra expresó disposición para instalar la chimenea solar, incluso con el mayor costo, motivados por contribuir a la mitigación del cambio climático.

Este hallazgo subraya la importancia de considerar el aspecto social al implementar tecnologías sostenibles en proyectos de vivienda social.

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Referencias

  1. Tariq, R., Bassam, A., Orozco-del-Castillo, M.G., Ricalde, L.J., & Carvente, O. (2023). Sustainability framework of intelligent social houses with a synergy of double-façade architecture and active air conditioning systems. Energy Conversion and Management, 288, 117120. 
  2. Unique Housing Registry. (2022). Registro Único de Vivienda [Unique Housing Registry]. Retrieved May 7, 2022, from http://portal.ruv.org.mx/
  3. Wang, H., & Lei, C. (2019). Theoretical modeling of combined solar chimney and water wall for buildings. Energy and Buildings, 187, 186-200. 
  4. Soto, A., Martínez, P.J., Martínez, P.J., & Tudela, J.A. (2021). Simulation and experimental study of residential building with north side wind tower assisted by solar chimneys. Journal of Building Engineering, 43, Article 102562. 
  5. Sun, X., Gou, Z., & Lau, S.S.Y. (2018). Cost-effectiveness of active and passive design strategies for existing building retrofits in tropical climate: case study of a zero energy building. Journal of Cleaner Production, 183, 35-45.

Autor

Dr. Rasikh Tariq.  Ingeniero en mecatrónica, doctorado en Ingeniería con especialización en Energías Renovables por la Universidad Autónoma de Yucatán. Su área de investigación se centra en IA, aprendizaje automático, gemelos digitales y optimización para la comprensión de sistemas ciber físicos. Actualmente es Profesor Investigador en el grupo de investigación de Tecnología Educativa del Institute for the Future of Education del Tecnológico de Monterrey. Ha escrito 30+ artículos en revistas, posee 2 patentes y ha presentado 40+ conferencias. Con un índice h de 16, y evaluador en 20+ revistas.

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