Cálculo de las pérdidas de calor
El equilibrio energético completo
incluirá solar, intercambio de transmisión, pérdidas de ventilación, pérdidas
por infiltración, intercambio con el suelo, intercambio generado por
trabajadores y equipos, y calor proporcionado por el sistema de calefacción.
Sin embargo, debido al tiempo en el que las cargas de diseño son más exigentes,
por la noche y al comienzo de la mañana, muchos de estos factores no son
considerados. Así, los requerimientos de calefacción están condicionados
predominantemente por la temperatura ambiente cayendo por debajo de la
temperatura umbral, y velocidad del viento, que influye en el coeficiente de
transferencia de calor U. Para unas condiciones de crecimiento óptimas la
temperatura en el invernadero no caerá por debajo de 19 ºC. Si ocurre esto debe
entrar en funcionamiento la caldera. Para determinadas técnicas de cultivo se
permite que esta temperatura caiga en ciertas horas del día hasta 12 ºC.
Las siguientes ecuaciones fueron
utilizadas por Reiner Wolterbeek del SDF.
U = 5,8 + 4,1 v para velocidades
< 5 m/s.
U = 7,12 v0,78 para
v>5 m/s
La pérdida de calor Q puede
calcularse usando la siguiente ecuación:
Donde A es el área del techo, Ti
es la temperatura en el interior del invernadero y To es la
temperatura ambiente exterior.
Las paredes pueden estar formadas
por varias capas, tales como 2 láminas de polietileno y una lámina de aire.
Internamente y entre las capas de polietileno el aire apenas se mueve.
Externamente, es dependiente de la velocidad del viento en ese momento. La
ecuación:
Se usa para calcular el coeficiente de transferencia de calor total de las paredes. Donde αa es el coeficiente de transferencia de calor del aire interior, αb es el coeficiente de transferencia de calor del aire exterior, y Rc es la resistencia térmica de cada una de las paredes que conforman las paredes.
Donde di es el espesor
del material, i, λi es la conductividad térmica en W/mK.
Para calcular la energía total
usada para calentar el invernadero calculamos los kWh que se necesitan aportar
basándonos en el número de horas al día que el cultivador espera usar el
sistema de calefacción para mantener la temperatura óptima de cultivo de 18 ºC.
La temperatura exterior usada en los cálculos es la media mínima para el mes.
Como referencia podemos estimar 12 horas los tres meses más fríos y dos meses 6
horas.
Cálculos realizados por SDF
mostraron que la pérdida de calor a través del techo del invernadero supusieron
el 80 % de las pérdidas de calor total. Para paliar el problema pueden
instalarse pantallas térmicas, de forma que las pantallas se cierran durante la
noche cuando la temperatura ambiente cae, una capa de aire inmóvil queda
atrapada entre las pantallas y el techo del invernadero. Adicionalmente a la
reducción de pérdidas de calor durante la noche, las pantallas también asisten
en la reducción de calor durante el día y pueden usarse para propósitos de
sombreado.
Invernadero sostenible
Antes de iniciar el diseño de un
invernadero calentado con energías renovables debemos responder a una serie de
preguntas:
- ¿Cuánta energía térmica se requiere en los diferentes meses de la estación de crecimiento?
- ¿Cuánta energía está disponible de fuentes renovables en las diferentes estaciones?
- ¿Puede la energía obtenerse solamente en ciertos días, en ciertas estaciones o a lo largo de todo el año?
- ¿Cuál es el nivel de temperatura de la energía?
- ¿Cuál es el gasto esperado para el uso de energías renovables?
- ¿Cuánta energía no puede ser cubierta por energías renovables?
- ¿Cuáles son las consecuencias para los cultivos?
Dado que el invernadero se
calentará en la noche y durante los meses de inviernos, cuando las temperaturas
ambientales son más bajas y los niveles de radiación solar son bajos o
inexistentes, lo siguiente son los requerimientos de almacenamiento de la
energía térmica.
Almacenamiento de energía térmica
Debido a que
los requerimientos de energía térmica del invernadero son más altos cuando no
hay radiación solar en absoluto, se requieren técnicas de almacenamiento de
energía térmica. A pesar de ser un concepto relativamente simple, la
optimización del sistema de almacenamiento de energía térmica es fundamental
para suministrar al invernadero calor de una fuente sostenible cuando más se
necesita.
Bibliografía
- Jeremy Rudston. Techno-Economic Analysis of Sustainable Energy Systems for Meeting the Energy Demand of a Greenhouse in South Australia. UCL School of Energy and Resources, Australia
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