Ventilacion pasiva geotérmica

Antes de comenzar, lee este AVISO.

Este post consta de notas tomadas de los links mencionados al final. No fue sencillo encontrar ejemplos de diseño que indicaran valores cuantitativos a la hora de dimensionar.
El sistema se basa en aprovechar la temperatura más fresca de la tierra a cierta profundidad, mediante un intercambiador de calor Aire-tierra enterrado, para proveer de aire más fresco a la vivienda.
Seccion intercambiador aire/tierra

+PALABRAS CLAVE.
Ventilación pasiva
Tubo enfriador subterráneo
Earth Tube Heat Exchanger
Air tunnel

+BENEFICIOS. Provisión de aire a temperatura del suelo (menor que la ambiente en verano, y mayor en invierno, según la región de aplicación), a bajo costo, y sin piezas móviles.

+DESCRIPCIÓN. El sistema consta de un tubo enterrado bajo tierra, a aprox. 1,5-2 metros. Un extremo desemboca en el interior de la vivienda. El otro, tiene un sistema de filtrado del aire aspirado. Para que el sistema funcione, se debe generar una corriente de aire, que se logra con una chimenea solar, o por la convección natural del aire (abriendo un hueco en un muro a la altura del techo, por ejemplo), y esto fuerza el ingreso de aire nuevo a través del tubo enfriador subteráneo.

+MATERIAL DEL TUBO.
-Polipropileno.
Densidad aparente: 915 Kg/m3. Conductividad térmica: 0,24 W/mºK
-Hormigón normal con agregados pétreos (valor promedio).
Densidad aparente: 2200 Kg/m3. Conductividad térmica: 1,40 W/mºK
Entonces, para obtener la misma tasa de intercambio de calor con tubos del mismo diámetro, y espesor similar, pero en PP y hormigón, para un largo de 1m de Hormigón, necesitaria 6m de caño de polipropileno. La realidad comercial es que los tubos de polipropileno rondan lo 5mm de espesor y los de hormigón, 15mm. Asique la relación anterior pasa a ser 2 a 1.
La decisión en cuanto a qué material usar queda sujeta a la disponibilidad y costo del caño, así como el terreno a trabajar. (el costo del metro de caño de polipropileno tendría que ser 2 veces menor que el de cemento, para pensar en usarlo)

+PARÁMETROS.
-Velocidad de aire en los ductos: A falta de valores reales por falta de experimentación, tomaré la velocidad del aire en los ductos como aquella mínima perceptible con la palma de la mano (subjetivo, no?). 100m/minuto
-Renovaciones por hora: El aire del ambiente a ventilar será renovado 5 veces por hora (el criterio se basa en la experiencia. En una nave industrial alimenticia se renueva el aire 20 veces por hora). TEniendo un volumen en el living comedor de 160m3, se requiere un caudal de 800m3/hora.
-Diámetro del caño: fijando el diámetro del caño (inicialmente era 10cm, pero daba 16 filas, asique pasamos a diametro 20cm), ya es posible obtener la cantidad de caños necesarios para las renovaciones deseadas. En este caso son 4.

+LARGO y CANTIDAD DE CAÑOS.
-Para determinar el largo de cada tira de caños, especifiqué un tiempo de residencia mínimo de 5 segundos (criterio a ojo), así: 100m/minuto * 1minuto/60seg * 5 seg = 8.5 metros

+CONDENSACIÓN.
En la bibliografía se menciona la posibilidad de condensación de humedad por la disminución de temperatura, y se recomienda prever el drenaje de la misma. Para lograr esto, se inclina el tubo con una pendiente de 5% y se proporciona un desagote en el codo. Dicho desagote dará a un lecho de piedras.

+TABLA DE CÁLCULO (actualizada con estimación de ahorro)
calculo tubos tierra aire

+Edicion 10/03/2014.
A través de esta nota de Argentina Investiga, llegué a este estudio de Leila Ianelli y Salvador Gil

+ENLACES.
Tubo enfriador subterraneo.
http://www.builditsolar.com/Projects/Cooling/EarthtubeNotes.htm
http://www.builditsolar.com/Projects/Cooling/passive_cooling.htm#Other
+ENLACES ADICIONALES (Gracias BOG!)
http://www.ecoproyectosweb.com/portfolio/captacion-geotermica-cudillero
http://www.ecoproyectosweb.com/blog/instalaciones/captacion-geotermica-el-pozo-canadiense-2
http://www.geoconsultores.org/ficheros/10351934d072e37e99e71a43de3ad64a.pdf

+ENLACES AGREGADOS 10/03/2014
http://argentinainvestiga.edu.ar/noticia.php?titulo=la_tierra_como_aire_acondicionado&id=2054
http://www.inti.gob.ar/tecnointi/CD/info/pdf/618.pdf
http://www.petrotecnia.com.ar/junio13/notas/LaTierra.pdf
http://www.lajpe.org/mar12/18_LAJPE_617_Salvador_Gil_preprint_corr_f.pdf

+ENLACES AGREGADOS 04/09/2015
Green Building avisor
Discusión acerca de la formación de humedad
Ground Coupled Heat Exchanger
COPEarth Tubes por GreenGarage

+ENLACES AGREGADOS 07/11/2016
Una nota del INTI de Febrero 2014.
-Preguntas adicionales que le haría a un proyecto de VPG:
–Experiencias respecto de la condensación dentro de los tubos
–El salto térmico obtenido (La diferencia de temperatura entre en aire que sale de los tubos y el aire que entra a los tubos)
–El material con que se componen los tubos
–La distancia horizontal entre tubos
–Si hubo algún cálculo de costo energético para realizar al obra, y cual es el tiempo de repago de la misma (debido al ahorro en consumo de energía tanto para ventilación como en calefacción sumados)

 

+BIBLIOGRAFÍA
-van Lengen, Johan; Manual del arquitecto descalzo; Ed. Concepto (pag. 379)
-IRAM 11601 (2004) Aislamiento térmico de edificios

30 thoughts on “Ventilacion pasiva geotérmica

  1. Ecoquen

    Muy bueno Pablo, solo me gustaría señalarte que la eficiencia en la transferencia térmica se mejora con más superficie de contacto, y eso también es relación directa con el perímetro del caño. Más caños de menos diámetro dan más superficie de contacto con la tierra. Y dada la baja velocidad de circulación, las pérdidas no son importantes 🙂 Abrazo, Hugo.

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  2. BOG

    Hola Pablo,
    lo primero agradecerle el aporte ya que hay muy poca información al respecto y su tabla de dimensionamiento es lo más cuantitativo que he encontrado, pero tengo una duda que me gustaría que me solventara.
    Propone la velocidad del viento como 100 metros / minuto, http://www.solerpalau.es/formacion_01_30.html ahí por ejemplo puede comprobar en una escala de Beaufort que 100 metros por minuto cómo explica que es lo mínimo perceptible (equivalente a 6000 metros por segundo) es un valor desproporcionadísimo… quería decir entonces 100 milímetros por minuto (6 metros por segudo aproximadamente, brisa suave)? O me estoy equivocando en algo?

    Saludos!

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  3. BOG

    Muchísimas gracias por el conversor! Me va a venir muy bien para solventar esos errores en la conversión… jaja muy mal por mi parte por no cerciorarme primero antes de escribir.
    Estoy desarrollando un proyecto final de carrera de arquitectura y estoy implementando esta técnica, pero como bien dices, hay muy poco al respecto.
    Saludos!

    Reply
    1. pablo Post author

      De nada BOG. Entre todos vamos aprendiendo.
      Agrego al post los links interesantes que me pasaste en comunicación personal.

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  4. Hernan

    Hola, interesante el blog. Podrias explicarme como determinas el largo de la cañeria enterrada? vi en unos ejemplos q puede colocarse en forma de serpentina?

    Reply
    1. pablo Post author

      Hola Hernan. La cuenta está explicada en el párrafo “+LARGO y CANTIDAD DE CAÑOS.”
      Ahí explico que supongo que 5 segundos de residencia de la masa de aire en el caño es suficiente para que intercambie calor con el medio (completamente a ojo elijo esos 5 segundos. Hace falta experimentar, medir, hacer correlaciones, etc para reemplazar las suposiciones por hechos y certezas), y con esos 5 seg. y la velocidad estimada, obtengo la longitud de cada caño. Que el caño se coloque en forma recta o en forma de serpentina (supongo que con esto te referís a una forma de zig zag), creo que sería cuestión del espacio disponible para la instalación. En caso de ser posible, lo haría con caño recto, porque la zanja es más fácil de ejecutar, y la instalación requiere menos cortes de caños y accesorios, por lo que resulta más barata. También será menor la pérdida de carga del aire (el rozamiento contra las paredes de la instalación), lo que tratándose de un sistema pasivo (sin ventilador), es relevante. Espero haber respondido tu consulta.

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      1. Hernan

        Te hago otra consulta Pablo, donde conviene ubicar el caño de salida del aire al interior del ambiente.
        Para el drenaje, basta con poner un codo descargando hacia un lecho de piedras o se utiliza otro medio?

        Reply
        1. pablo Post author

          Hola Hernan. Todavía no ejecuté esa parte de la obra, asique no podría decirte con seguridad si funciona o no la infiltración de piedras. No conozco otro sistema. Pero sí te puedo decir que el lecho nitrificante tendrá un lecho de escombros para infiltrar, asique si sirve para el gran caudal de las aguas negras, servirá para la pequeña cantidad de humedad que se condense a partir del aire. Respecto de la ubicación en el ambiente de la boca, lo más baja posible, así aprovechás la convección natural y llegás a sentir el aire fresco. Tenés planeado instalar algo similar? Donde?

          Reply
  5. Pablo Elisegui

    Hola Pablo, en buena hora algo de luz sobre este tema no menor que es la bioclimatización en verano.
    No encontré el dato y quizás por experiencia tengas algo. Cuanto incide o incidiría en la temperatura interior de una casa ? Se que puede ser muy variable debido a la aislación, tipo de construcción, distribución de los ambientes (relacionado a corrientes de aire) y demás, son variables a contemplar pero con tener algún dato que venga de la experiencia ya sumaría un montón. Desde ya muchas gracias.

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    1. pablo Post author

      Buenas Pablo. Gracias por el feedback.
      No tengo experiencia práctica en el tema. Espero poder llegar a hacer al menos uno de los tubos para el verano 2015-2016.
      Sin embargo, es uno de los sistemas usados en las casas pasivas alemanas. Rehau, fabricante alemán de productos plásticos, tiene una línea dedicada a esta solución.
      Respecto de tu pregunta: Cuanto incide? Desconozco. Entiendo que mucho, si está en una casa acorde. Sinó, pasa como con la estufa. Por más grande, si tenés muchos chifletes y paredes no aisladas, no se llega a sentir la diferencia.
      Supongo que ya leiste los enlaces, pero ed los que fui poniendo, uno interesante fue el de Salvador Gil: http://www.lajpe.org/mar12/18_LAJPE_617_Salvador_Gil_preprint_corr_f.pdf

      Como con las estufas. Animarse, hacer, documentar, probar, y compartir resultados.

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  6. Damian

    Hola Pablo. Pudiste realizar la experiencia? Podes aportar conclusiones? Una duda en particular: no te parece mejor tomar aire del interior de la vivienda? Por que del exterior? Si lo tomas del interior lo haces recircular y por lo tanto es factible que se acerque más a la temperatura del suelo. Saludos.

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    1. pablo Post author

      Buenas Damián. Como le decía a Vero, no hemos empezado esta parte del proyecto.
      Tomar aire del exterior permite renovar con aire fresco el interior.
      Siendo que el planteo es ventilación cruzada, el ingreso de aire “frío” es bien bajo, cerca del nivel de piso terminado, pero por encima del nivel de aspiración del exterior. Si la aspiración fuese de aire interior, creo que sería necesario mantener esa misma diferencia de nivel. Está bueno el planteo de de recircular el interior, lo que llevaría a que el sistema entregue una menor temperatura (afirmación sin citas) pero incorporar de alguna manera algo de aire fresco dbería seguir siendo parte del sistema.
      Saludos. Gracias por el aporte.

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  7. Veronica

    Hola Pablo, como estas? Soy de Tucuman ! Queria saber si ya instalaste el sistema y que caracteristicas tiene. Y en cuanto al resultado, qué tal te fue ? Estamos por empezar a estudiar-diseñar el sistema apto para nuestro hogar. Saludos. Vero.

    Reply
    1. pablo Post author

      Buenas Vero. Al momento no hemos iniciado esa parte de la obra. No creo que lleguemos a este verano 2016-2017. Sigamos en contacto.

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  8. Raul

    Hola Pablo, como estas? Estoy calculando un ducto para una vivienda con volumen 300m3. Lo que me daría una cantidad de 8 caños de diametro 20 cm. En otros sitios encontre que cuando hay que enterrar mas de un caño debe guardar una distancia minima de 1 mt. entre si, o sea que no se podria hacer una sola zanja?
    Como alternativa averigue por los caños de alcantarilla de hormigon de diametro 60 cm, con una pared de 6 cm. En costo por metro lineal sale $ 1160, versus caño de PVC de diametro 20 cm $ 220 x 8 = $ 1760
    Ahora teniendo en cuenta conductividad y espesor de pared, si no hago mal los calculos, necesitamos 2 mts de caño de hormigon por cada mts de PVC, da un poco mas por metro pero en una sola zanja.
    Tambien entiendo que hay menor superficie de contacto en un caño de 60 cm con un perimetro de 0.94 mt versus 8 caños de 20 cm con perimetro total de 2.5 mt.
    Ves usable el caño de hormigon?
    En caso afirmativo, habria que incrementar el largo para compensar la menor superficie de intercambio?
    Saludos, gracias por los aportes.

    Reply
    1. Facundo

      Se me ocurre para abaratar costos en la tuberia tal vez se podria poner ladrillos huecos ceramicos que transmiten demasiado bien la temperaturay un pequeño revoque en las uniones para que no se filtre tanto el aire.. que les parece.. es decir una linea de ladrillos

      Reply
  9. Lucía Guerra

    Hola estoy reciclando una casa prefabricada para Mar del Sud, muy chiquita, la idea es que sea autosustentable, va a ir construida sobre Pilotes, mi consulta es si este sistema puede adaptarse para lograr este confort en invierno , ayudado por una cocina económica, ya que en verano al ser tan pequeña 22 mts cuadrados, al abrir las ventanas el aire se renueva fácilmente. La vivienda va a estar ubicada a 6cuadras de la costa y quiero iluminar la con energía solar, pero esto es un tema aparte. De paso te agradezco la valiosa información que compartis Lucia

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    1. pablo Post author

      Hola. Éxitos en el proyecto.
      Si vas a construir un piso de madera elevado, tené presente que la madera se contrae. Y por más que pongas las tablas del piso bien juntas al momento de entablonar, luego aparecerá un espacio de aire entre ellas. Prevé la manera de sellar esto, y de aislar el piso, pues entra un buen chiflón por ahí.
      El sistema propuesta en este post hará ingresar aire a 16-18 ºC a tu hogar. No recomendaría que consideres esa temperatura como apta para estar a gusto (a menos que estés entrenando tu cuerpo para que eso sea confort para vos). Si fuese mi casa, en la configuración “invierno” del sistema cerraría el ingreso de aire. Sólo lo abriría en primavera-verano.
      Gracias por las gracias.

      Reply
  10. ivan

    Hola excelente post. Hace tiempo tengo ganas de hacer algo de ésto en mi casa, pero no consigo información, soy de entre rios argentina, según el link del estudio de leila lanelli de Bs As donde miden las temperaturas a diferentes profundidades de la tierra a 2 m parece bastante estable, supongo que aquí en E.R considerando los climas y suelos no debe ser muy diferente. Estoy barajando la idea de acondicionar aire de dos habitaciones pequeñas (16 m2/ c/u) podría enterrar tubos de pvc de 160 mm a 2 m de profundidad en linea recta unos 15 metros de longitud cada uno (no se si es suficiente). Estoy pensando hacer la excavación con una maquina bodcat, asi que tengo que poner los dos tubos en la misma zanja , aun no se bien como disponerlos para que sea eficiente. Si alguien tiene algún consejo o experiencia similar que me pueda orientar se lo agradezco.

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  11. Mariano

    Buenísimo el post!
    Estoy construyendo mi casa en San Martín de los Andes y tratando de usar todos los medios posibles a mi alcance para ahorrar energía.
    Consideré la aislación térmica en muros, la mayoría de las ventanas orientadas al norte, con doble vidrio y pisos de concreto oscuro para aprovechar el calor del sol (con aleros calculados para no recibir sol en verano) y un muro de Trombe.
    Me encontré en el movimiento de suelo con un sector que va a quedar tapado por 2,5mt de tierra bajo la casa y me pareció una excelente oportunidad para agregar un pozo canadiense para calefacción en invierno (es una zona alta de la ciudad con bastante frío y nieve) y refrigeración en verano (con días de 30°).
    Pudieron instalar el sistema y probar su eficacia?
    Alguna recomendación de esa experiencia?
    Muchas gracias por toda la información!!!
    Cuando esté terminada mi casa comentaré la eficacia del resto de los sistemas que estoy usando.

    Reply
    1. pablo Post author

      Buenas. Me alegro que te haya sido de utilidad e inspiración el post. Al momento (10/02/2019) no hemos hecho todavía pozo canadiense en casa. Sería tal vez algo para hacer para el próximo verano (acá en Chascomús lo pienso más para ventilación en veranos que para calefaccionar en Invierno).
      Le veo mucho potencial al sistema.
      Si lo hacés antes, contanos como te fue.
      Éxitos.
      Pablo

      Reply

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