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El muro trombe en la arquitectura: ¿Para qué sirve y cómo funciona?

El muro trombe es una solución excelente de calefacción solar pasiva. Aunque ya desde la antigüedad se lleva sacando provecho a la inercia térmica de los materiales de construcción masivos para calentar los espacios (el ejemplo de las glorias como sistema radiante por el suelo), este sistema de calefacción integrado en fachada fue desarrollado y conocido a partir de los años 1960. ¿Cómo funciona? ¿Cuánto tiene de nostálgico este concepto? ¿Se sigue utilizando en la actualidad? ¡Sigue leyendo!

“Mi invento se refiere a un medio para utilizar los rayos del sol con el fin de calentar y ventilar habitaciones y apartamentos de edificios.”

Edward S. Morse, 1881

 

¿Qué es y cómo funciona un muro trombe?

Es un tipo de fachada típico de la arquitectura solar pasiva bioclimática. El muro trombe integra en la envolvente un sistema de calefacción pasiva gratuita, gracias al aprovechamiento del calor que recibimos de los rayos solares incidentes sobre nuestra fachada. Podríamos resumir a grandes rasgos que el muro trombe es como un radiador gigante cuyo combustible son los rayos de Sol.

Muro trombe: funcionamiento

capas muro trombe

Para entender el funcionamiento del muro trombe, primero debes conocer en qué consiste:

  • La fachada es una combinación de doble hoja formada por una superficie acristalada exterior y un paramento opaco interior, separados por una cámara de aire no ventilada.
  • La superficie en contacto con el exterior es normalmente un vidrio doble. La eficiencia aumenta si es bajo emisivo y la instalación se realiza estanca al aire.
  • La hoja interior está compuesta por una pared opaca de material masivo.
  • Entre ambas hojas existe una cámara de aire no ventilada entre 2 a 5 centímetros.

El sistema funciona gracias a la irradiación de calor a través del muro. El calor de los rayos del Sol es captado a través del vidrio y queda atrapado en la cámara de aire. Este calor lo va absorbiendo y acumulando la pared opaca interior y lo va transmitiendo lentamente a la estancia gracias a su masa térmica. Cuando la pared opaca está ventilada, también se produce una convección de aire caliente adicional a través de unas aberturas en dicha pared.

Es fundamental que la fachada con muro trombe esté orientada al sol de mediodía. El muro aprovecha el calor del sol haciendo que éste incida durante todo el día sobre su masa térmica, potenciado también estas ganancias con el vidrio delante del muro. A lo largo de la jornada, el muro inercial se calienta permitiendo lo siguiente:

  • que empiece a emitir calor hacia dentro del edificio.
  • el calor que se pudiera perder por la noche por la cara exterior sea frenado por el vidrio (cuanto más aislante mejor).
  • el aire caliente atrapado entre muro y vidrio puede entrar al interior por unas rejillas en la parte superior del muro trombe.

 

¿Quién creó el sistema muro trombe?

patente edward s morse
Morse, E. S. (No. 246,626 – Patented Sept. 6 1881). «Calentar y ventilar apartamentos mediante los rayos del sol».

Aunque el sistema fue creado y patentado por Edward Morse a finales del siglo XIX, no fue hasta 1967 cuando fue desarrollado en implantado por primera vez en edificios. El arquitecto Jacques Michel junto al ingeniero Felix Trombe dieron a conocer el sistema con una promoción de viviendas solares en Font-Romeu (Francia). En los años 1970 el sistema ganó en popularidad tanto en Europa como en EEUU.

 

¿Funcionamiento del muro trombe en invierno?

muro trombe

La sistemática consiste en aprovechar las diferentes densidades del aire para crear así dos fenómenos de transmisión de calor a las estancias interiores: radiación y convección (si el muro tiene aberturas de ventilación).

  • Calor por radiación. Los rayos solares inciden a través del vidrio y calientan la superficie exterior de la pared maciza, pintada de un color oscuro para absorber la máxima radiación solar. La masa térmica de la pared caliente va radiando calor a su vez calor al interior del edificio.
  • Convección a través de orificios en el muro. La eficiencia del sistema mejora si contamos además con un aporte de calor por convección: los orificios ubicados por igual número en la parte inferior y la superior de la pared generan un intercambio de aire a diferentes temperatura y densidad, lo que hace que el aire caliente de la cámara de aire entre en la estancia y el frío salga por los orificios inferiores. Esto genera un aporte de aire caliente continuo.

 

¿Cómo funciona el muro trombe en verano?

Aunque estos sistemas de fachada están principalmente planteados para funcionar en temporada de invierno, los muros trombe también pueden ser útiles en los meses de calor. En este caso, la dirección de la convección de aire que ocurre en los orificios del muro se invierte y el aire caliente sale del edificio a través del muro trombe mientras que el aire a menor temperatura entra por los orificios inferiores.

También se puede sacar mayor partido si contamos también con aberturas en el vidrio exterior, de forma que se crea un efecto chimenea favoreciendo la circulación de aire caliente hacia arriba.

 

Ventajas y desventajas del muro trombe

muro trombe

Esta potente herramienta de acondicionamiento gratuita es sencilla en concepto y ejecución. Aquí te describimos demás ventajas e inconvenientes:

 

Ventajas del muro Trombe. ¿Qué beneficios presenta el muro Trombe?

  • Es un sistema de calefacción gratuito. Un muro trombe puede proveer alrededor del 20% de la demanda energética de un espacio.
  • Proporciona calor “limpio”, sin máquinas, ni emisiones de CO2.
  • Hay posibilidades de jugar estéticamente con la disposición de los orificios en las estancias interiores.

 

Desventajas del muro Trombe

  • Es necesario realizar cálculos precisos de dimensionamiento.
  • La ubicación normal de los muros trombe es la orientación Sur, lo que da pie a ausencia de huecos de ventana en dicha orientación. Esto puede ser algo molesto ya que no podemos disfrutar de los rayos del sol en los meses de invierno. Como alternativa pueden abrirse huecos por encima del muro tipo lucernario.
  • Posibilidad baja de integración estética con el resto del edificio, ya que el muro oscuro es visible desde el exterior.
  • Dependencia del Sol para calentar las estancias. En los días nublados o climas sin sol el muro no es óptimo.

 

Tipos de muro trombe

En el muro trombe pueden existir bastantes variantes partiendo de la configuración básica de la doble hoja con cámara de aire. De ello dependerá por supuesto el clima donde se ubica el edificio. Como ves, los muros trombe son piezas arquitectónicas donde prima la eficiencia del sistema frente a la estética, por lo que estas variantes tienen como prioridad el aumento de las capacidades del muro.

Entre las variantes de la configuración básica de muro trombe podemos encontrar:

  • Apertura de huecos de ventana. Aunque la incorporación de ventanas disminuye la eficiencia térmica, aportan luz natural a las estancias.
  • Electro-ventiladores con control térmico para mejorar el flujo de aire.
  • Adición de protecciones solares exteriores.
  • Un número de aperturas superiores e inferiores en el propio vidrio para favorecer el refrescamiento en verano (efecto chimenea de viento).

También podemos encontrar una variante muy interesante desde el punto de vista de la eficiencia, pero no tan integrable arquitectónicamente: los muros de agua. Los muros de agua consisten en sustituir el muro opaco por tanques cilíndricos que contengan agua, de forma que el calor acumulado lo irradien las paredes de los tanques.

muro trombe agua
Muro acumulador de agua instalado en la casa de la Universidad de Arizona, en Solar Decathlon 2009.

 

¿Cuánto mide un muro Trombe?

Aunque el funcionamiento es intuitivo y sencillo, las fachadas de muro trombe deben calcularse con precisión. Si el muro que subdimensionado, el ambiente interior quedará frío. Si, por el contrario, se sobredimensiona, podemos tener problemas de sobrecalentamiento. Es por tanto imprescindible contar con un muro lo más eficiente posible acorde con el espacio interior y así crear condiciones interiores térmicas confortables.

Las variables que debes tener en cuenta para el dimensionado son:

  1. El material del muro y vidrios.
  2. El espesor del muro.
  3. El color de la superficie exterior.
  4. La apertura de orificios de ventilación.

El tamaño correcto del muro trombe también variará según el tipo de clima (grados día), la latitud donde se ubica el proyecto y la demanda energética del espacio interior.

Cuando un muro trombe se sobredimensiona, puede ser debido bien a que su superficie es excesiva o bien porque el espesor del muro es demasiado fino (no tiene suficiente inercia térmica). Si por el contrario no conseguimos alcanzar suficientes condiciones de confort puede ser debido a que el espesor del muro quizás sea demasiado grueso.

 

Los materiales y espesores del muro trombe

Para acertar con los espesores de muro trombe te indicamos aquí una orientación de espesores de muro según el material masivo que lo compone:

muro trombe

En cuanto a la superficie exterior acristalada, normalmente se opta por opciones de vidrio doble con un factor solar alto. Si el cristal tiene un tratamiento bajo emisivo, el muro será aún más efectivo.

 

El color de las superficies

En cuanto al color, lo normal es pintar la superficie exterior del paramento masivo bien en negro o en azul oscuro, colores con una absortividad solar mayor del 85%. De esta manera aseguramos la eficiencia del sistema. La superficie interior del muro trombe puede pintarse libremente del color que se desee.

 

El muro trombe ventilado

muro trombe

Si optamos por abrir orificios de ventilación el sistema será mucho más eficiente. ¿Por qué? Porque obtendremos también calor por convección adicional al calor por radiación propio del muro. Las aberturas de ventilación deben disponerse tanto en la parte inferior como superior del muro para crear una transmisión de calor por convección. La superficie perforada superior debe coincidir con la inferior.

Según el aire caliente sube por la superficie exterior del muro, se cuela en el espacio interior a través de los orificios mientras que a su vez hay una entrada de aire “frío” a la cámara de aire exterior del muro trombe por los orificios inferiores.

En climas fríos la incorporación de los orificios de ventilación hace aumentar considerablemente la eficiencia del muro, pudiendo así reducir superficie. En climas más suaves la diferencia no es tan acusada y pueden instalarse muros sin ventilar.

 

Otras soluciones para controlar la eficiencia del muro trombe

Como hemos visto antes, un muro trombe es un sistema muy básico en concepto, pero podemos desarrollar muchos tipos de variantes a partir de este primero. Por ejemplo, podemos añadir:

  • Hojas móviles de material aislante térmico dentro de la cámara de aire.
  • Láminas reflectantes exteriores móviles (protección solar) para evitar sobrecalentamientos en verano.
  • Los orificios también pueden tener clapetas que cierren la ventilación cuando puede haber pérdidas térmicas a través de ellos, por ejemplo, por la noche.

 

La construcción de muros trombe

kelbaugh-house
Fuente: Douglas Kelbaugh.

Los muros trombe son una solución ad-hoc del proyecto. Es decir, cada muro trombe debe ser calculado de forma precisa en cada proyecto. No existen dos muros trombe iguales.

La construcción del muro trombe precisa varios gremios: por un lado, tenemos la parte de albañilería y por el otro la de instalador de ventanas. Lo importante es que ambas hojas queden bien selladas y que los orificios de ventilación cierren correctamente.

 

Detalle constructivo

Cuando vemos una sección de fachada de estas características distinguimos claramente su composición constructiva: vidrio exterior – cámara de aire – pared interior. Es posible que también encontremos apertura de orificios en la pared opuesta, al Norte, para favorecer la convección del calor al interior de la estancia.

muro trombe detalle
Fuente: Douglas Kelbaugh.

 

Soluciones alternativas al muro trombe

Hoy en día el uso del concepto de muro trombe está en cierto desuso y puede verse en ejemplos de arquitectura unifamiliar autoconstruida y solar-pasiva. En cambio, la tecnología de esta potente herramienta de climatización gratuita se ha desarrollado bastante desde los primeros ejemplos de los años 1960, gracias a la calidad de los vidrios y las protecciones solares.

El funcionamiento original es simple y claro, pero ciertas variaciones y algo de tecnología pueden aumentar su valor, lo que está llevando a desarrollos industriales basados en esto. Como arquitectos, tenemos además muchas opciones en nuestras manos.

 

Gadgets alternativos

La teoría es la misma, pero con algunos elementos extra como te hemos comentado antes, se puede potenciar las fortalezas y reducir las debilidades del sistema:

  • Sistema de sombreamiento sobre el vidrio en verano. Así puede seguir funcionando como una fachada ventilada pero con un nivel de acumulación de calor inferior.
  • Ventiladores que ayuden al aire a circular cuando sea necesario (se activan en función de la orden de un termostato en el interior).
  • Un panel aislante (rígido o flexible) que se descuelga sobre el muro de noche en invierno para reducir las pérdidas hacia el exterior a través del vidrio.
  • Instalación de tubos de agua en el muro con el objetivo de aprovechar el calor acumulado para ACS.
  • Integración con el sistema de ventilación para distribución interior uniforme, recuperación de calor y limpieza de aire.

 

Ésta última técnica es la del Soléhom francés: el captador es un muro trombe que almacena el calor para luego introducirlo en la vivienda, pero no de manera directa, sino a través de lo que podríamos considerar un recuperador de calor. El edificio capta también aire del norte y, por medio de una máquina, establece cuáles son las necesidades térmicas del interior. Utiliza las dos fuentes de aire para satisfacerlas.

Solehom
Fuente: Solehom.

Por otra parte, está el filtrado del aire que entra antes de ser liberado al interior: se eliminan las partículas en suspensión, garantizando la limpieza del aire.

 

Imagen: Webminar-Hades

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Iniciativa de KÖMMERLING para demostrar que otro tipo de arquitectura es posible. Un cambio marcado por la eficiencia y el diseño a un precio de ejecución viable.

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