25 septiembre 2014

Calefacción de invernaderos con energía solar (1ª PARTE)



Invernadero solar


Las exigencias de la agricultura de hoy buscan la tecnificación y eficiencia para poder competir en un mercado globalizado; y  entre los problemas que deben afrontarse destaca el aumento de los costes energéticos. Iniciativas innovadoras como el cultivo fuera de temporada quedan frenadas por la pérdida de competitividad que supone la elevación del precio de la energía al usar las calderas de gas o gasóleo. Como resultado del incremento del precio de los combustibles fósiles y las restricciones en las emisiones de CO2 y otros contaminantes, hay una necesidad real de encontrar sistemas alternativos para calentar invernaderos durante el invierno.

En este nuevo artículo describimos brevemente la situación en la que se encuentra la aplicación de energías renovables para mantener la temperatura interior de los invernaderos. De lo que se trata en este tipo de aplicaciones en realzar las condiciones que mejorarían la estación de crecimiento mientras se minimizan las condiciones negativas derivadas del frío.

La investigación sobre el uso de energías renovables para calentar invernaderos durante el invierno es una tendencia innovadora que se está llevando a cabo en diferentes lugares del mundo. Estos invernaderos son particularmente innovadores ya que se diseñan específicamente para operar durante los momentos más fríos del año, cuando la luz del sol está al mínimo. La mayoría de estos proyectos pioneros están experimentando con el calentamiento solar pasivo y con métodos de calefacción con energías alternativas con el objetivo de disminuir o eliminar los costes energéticos.

Nuestra experiencia con clientes que cultivan en invernaderos nos indica que no es fácil cubrir las expectativas de necesidades de energía pico en los grandes sistemas pero si es posible actuar sobre una parte considerable de los consumos. En ocasiones el calentamiento de invernaderos debe cubrir tan solo unas necesidades puntuales o muy limitadas en el tiempo. Prevenir los daños por heladas o anticipar el periodo de recolección unas pocas semanas son necesidades críticas para muchos cultivadores. El diseño de sistemas de energías renovables debe estudiarse minuciosamente para cubrir unas necesidades muy particulares.

Diseño de un invernadero solar pasivo

Lo primero que nos planteamos es cómo se comporta un invernadero en condiciones invernales duras y si podemos paliar los efectos del frío en su interior. El diseño para crear este espacio debe ser tal que sea posible capturar tanta luz y calor del sol como sea posible, y redistribuir este calor durante la noche. En Calgary, Canadá (How We Designed Our Solar Greenhouse) se diseño un invernadero solar pasivo adaptado para condiciones invernales. Estos invernaderos se estudiaron para aceptar y realzar la luz del sol directa. Este proyecto se localizó en el paralelo 51 Norte, por lo que las condiciones invernales son mucho más rigurosas que las de latitudes más templadas. Pese a estas altas latitudes el clima de Calgary es tal que en invierno raramente está nublado por lo que las condiciones son óptimas para probar el comportamiento invernal de un invernadero solar pasivo.
Hay dos consideraciones principales cuando se diseña un invernadero: calor y luz. Es interesante considerar que los invernaderos de estilo europeo se desarrollaron en los países bajos como una respuesta al bajo nivel de luz difusa prevaleciente en invierno.
Los invernaderos de Calgary están adaptados a condiciones invernales en un invernadero solar pasivo. Estos invernaderos están diseñados para aceptar y realzar la luz del sol directa y el calor del sur a la vez que se previenen las pérdidas de calor aislando los lados norte, este y oeste. Es decir, durante el invierno la luz del sol vendrá sobre todo del sur y por el resto de las orientaciones no merecerá la pena intentar captar calor, es por ello que es preferible aislar las orientaciones no preferentes y centrarnos en obtener energía de los rayos del sol que entran por el sur. Las dimensiones del invernadero fueron 3 x 6 x 3, buscando que en sus dimensiones fuese el doble de largo que de ancho.
La construcción se hizo de paneles estructurales con aislamiento en el medio con R-25.
Superficies transparentes
Otra parte del invernadero se construye transparente para dejar pasar la luz, y usualmente se construye con láminas de vidrio o plásticas. El ángulo de estas superficies desde la horizontal debe permitirnos maximizar la entrada del sol invernal (incrementando el calor en invierno) y minimizando el sol en verano. El ángulo depende de que parte de la estación queremos aprovechar  y como norma general podemos considerar 15 + la latitud.
En el ejemplo de Calgary se usaron tres láminas de policarbonato con un valor R de 2. Esto es dramáticamente menos aislante que las paredes (R-2) por lo que para mantener el calor es importante incorporar una cortina aislante que se cierre de noche y se levante por la mañana.
Típicamente en el diseño de construcciones solares pasivas el porcentaje de superficies transparentes para prevenir el sobrecalentamiento debe ser el 7 – 12 % de la superficie orientada al sur. En el invernadero de Calgary se optó porque la superficie transparente cubriese el 90 % de la orientación sur. De esta forma se consigue capturar suficiente cantidad de energía durante los meses fríos.
Calentamiento de la zona de las raíces

Otra cuestión a considerar en la térmica de un invernadero es el calor en la zona de las raíces. Investigaciones llevadas a cabo en Manitoba encontraron que calentar la zona de las raíces permite a los cultivadores disminuir la temperatura del invernadero hasta en 10 ºC sin afectar el rendimiento de las plantas.
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