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PROYECTO WATERGY: HACIA LA SOSTENIBILIDAD DEL USO DE
AGUA EN LA AGRICULTURA INTENSIVA Y LA ARQUITECTURA.
Guillermo Zaragoza
Estación Experimental de Cajamar “Las Palmerillas”
RESUMEN
El proyecto Watergy, financiado por la Comisión Europea en su V Programa Marco (Sector
Medioambiente, Energía y Desarrollo Sostenible), es una colaboración entre la Estación
Experimental de Cajamar de Almería, la Universidad Técnica de Berlín (Alemania), la
Universidad de Wageningen y el Instituto de Técnica Agrícola y Medioambiental (IMAG),
ambos de Holanda. Consiste en el desarrollo de un sistema colector solar a base de aire
húmedo siguiendo el principio de un termosifón cerrado de dos fases. Mediante una
combinación de evaporación y condensación es posible utilizar la energía solar de manera
mucho más eficaz. El sistema consta de una torre solar con un intercambiador de calor dentro,
comunicada con un invernadero cerrado con plantas. El aire calentado y humedecido circula
desde el invernadero hacia la torre por medio de la convección natural, cediendo su calor
sensible y latente en el intercambiador de calor para volver seco y frío al invernadero. La
ventaja principal no es sólo la reducción de costes en la climatización, sino la posibilidad de
depuración de aguas, introduciendo agua de baja calidad en el sistema para la obtención
posterior de agua destilada en la condensación. El sistema permite plantear la
descentralización del suministro de agua potable y calor, con la integración del invernadero en
zonas residenciales como destino de aguas residuales y productor de calor, agua destilada y
alimentos para las viviendas.
El proyecto contempla la evaluación de dos prototipos: una variante para climas áridos del sur
de Europa, maximizando la producción de agua en el contexto de la horticultura intensiva, y
otra para centroeuropa enfocada más a la producción de calor en el marco de la arquitectura
sostenible.
INTRODUCCIÓN
La falta de agua es la limitación más importante para la producción agrícola. Las pérdidas
provocadas por la sequía son similares a las inducidas por todos los demás factores climáticos
juntos (Boyer, 1982). El riego es, sin duda, el medio más antiguo para proteger a los cultivos,
y ha permitido la agricultura en regiones áridas y desérticas que de otro modo no serían
productivas. Diversos sistemas tecnológicos, como el riego por goteo, permiten una eficiencia
en su uso. El cultivo protegido permite hacer un uso aún más eficiente del agua, al reducir las
necesidades hídricas de las plantas por disminuir la evapotranspiración en el interior del
invernadero (Stanghellini, 2003). Además del efecto de calentamiento radiativo debido a la
existencia de una cubierta transparente a la radiación solar exterior y poco transparente a la
radiación infrarroja larga reemitida desde el interior, lo invernaderos ejercen un efecto de
abrigo o confinamiento (efecto convectivo) al limitar el intercambio del aire con la atmósfera
exterior (Castilla, 2004).
Los invernaderos no son estructuras totalmente cerradas, sino que disponen de mecanismos de
ventilación. Al abrir el invernadero durante el día se permite el intercambio de aire con el
exterior, liberándose el exceso de calor y humedad, a la vez que se recuperan los niveles de
CO2 tras el consumo que realizan las plantas en la fotosíntesis. Durante la noche la entrada de
aire exterior es motivada fundamentalmente por la necesidad de disminuir la humedad relativa
del invernadero. Puesto que rara vez es simultanea la necesidad de expulsar calor y humedad
del invernadero, y en muchas ocasiones contradictoria, puede afirmarse que el intercambio de
aire con el exterior disminuye el rendimiento energético y el aprovechamiento del agua en el
invernadero. Cerrar el invernadero evita esa pérdida de calor y de humedad provocada por la
ventilación, pero entonces debe garantizarse por otros métodos el enfriamiento y el secado del
aire interior, así como su enriquecimiento en CO2. Por lo general, los sistemas convencionales
que permiten mantener un clima interno óptimo en un invernadero cerrado implican una
circulación del aire interno con ventilación mecánica y el uso bombas de calor (Opdam y col.,
2005), lo que requiere un elevado consumo energético que puede acabar cancelando el ahorro
energético que supone el cierre del invernadero.
En la arquitectura, para la generación de energía solar térmica suelen emplearse colectores que
captan la energía solar utilizando el aire. Puesto que la transferencia de calor desde el aire
caliente (generalmente seco) a un medio de acumulación (por lo general agua) es poco eficiente,
las aplicaciones de estos dispositivos se limitan al calentamiento directo de recintos. El estándar
en la generación de calor solar es la placa solar y los colectores en tubo de vacío para calentar
directamente un fluido. Puesto que la superficie de intercambio de calor está limitada a la
superficie de captación de energía, la conductividad debe aumentarse utilizando materiales
específicos, lo que conduce a un elevado coste. Además, puesto que un colector individual tiene
una longitud de 1 ó 2 metros para su funcionamiento óptimo, se generan costes adicionales y
pérdidas de energía por las conexiones necesarias entre los elementos individuales,
especialmente cuando se quiere conseguir una amplia superficie de captación.
La utilización del calor latente del aire húmedo puede aumentar el rendimiento térmico de la
captación de energía solar térmica, ya que a igual temperatura el aire húmedo es capaz de
contener más energía que el aire seco. El uso del calor latente puede conseguirse mediante la
combinación de un colector solar con una fuente de humidificación del aire, como puede ser un
invernadero. Sin embargo, la presencia de plantas en su interior limita la temperatura máxima del
invernadero, imponiendo un régimen térmico demasiado bajo para la acumulación de calor o su
uso directo. Por tanto, la mejor solución es separar el intercambiador de calor del invernadero,
pero entonces se necesita un movimiento del aire desde uno al otro, y la energía mecánica
necesaria para dicha circulación puede llegar a ser de similar magnitud a la energía térmica
generada.
El proyecto Watergy propone una solución original a estos problemas utilizando la convección
natural y una combinación de evaporación y condensación que permite aumentar la eficiencia de
los procesos de transferencia de calor (Buchholz, 2003). La principal ventaja es no sólo la
reducción de costes en la climatización de recintos cerrados, sino la posibilidad añadida de
depuración del agua, puesto que el sistema puede alimentarse con agua de baja calidad para
obtener agua destilada. A continuación se describe el sistema, junto a sus dos aplicaciones
principales, desarrolladas en dos prototipos diferentes.
WATERGY: UN COLECTOR SOLAR A BASE DE AIRE HÚMEDO
El sistema propuesto en el proyecto Watergy establece un circuito cerrado de aire impulsado por
energía solar térmica. Está compuesto por un invernadero conectado a unos colectores solares de
aire dispuestos en forma vertical funcionando como una chimenea solar, dentro de la cual un
conducto de retorno contiene un intercambiador de calor aire-agua conectado con un acumulador
de calor externo (ver Figura 1). Debido a la convección natural, el aire caliente asciende desde el
invernadero por la torre, es enfriado por el intercambiador de calor y desciende de nuevo al
invernadero a través del conducto de retorno.
1. Torre solar
intercambiador de calor
acumulador de calor
2. Colector secundario
3. Invernadero
4. Sistema de
fermentación
Figura 1. Esquema del sistema Watergy de colector solar a base de aire húmedo.
El colector solar principal es el invernadero, que establece un límite de temperatura basado en la
tolerancia de las plantas (unos 35 ºC de máximo para un invernadero de horticultura
mediterránea, algo más para un invernadero tropical). Para aumentar el régimen de temperatura y
el contenido de humedad del aire, se instala un colector secundario en el camino del aire desde el
invernadero hacia la torre. Esto permite mantener separada del invernadero la parte más caliente
del aire ascendente, que puede continuar su calentamiento y humidificación al margen de la zona
de cultivo. La evaporación adicional de agua en este colector secundario pretende mantener el
aire caliente en un estado de saturación constante. En el caso en el que la radiación sea alta y por
tanto no sea un límite para el desarrollo de las plantas, el colector secundario puede instalarse
sobre el invernadero, incluso actuando como un sistema de sombreo si fuera necesario. Si la
radiación es un factor limitante y la transmisión de energía solar debe maximizarse, el colector
secundario puede instalarse fuera del invernadero, en la propia torre solar.
Una vez que el aire húmedo y caliente asciende a la torre, es enfriado por el intercambiador de
calor, lo que origina la condensación en su superficie del vapor de agua contenido en el aire. De
este modo se produce agua destilada y se libera energía térmica, no sólo la que contiene el aire en
forma de calor sensible, sino también la acumulada en forma de calor latente por su contenido de
humedad. La condensación en la superficie de contacto del intercambiador de calor aumenta la
eficiencia de transferencia de calor. Al enfriarse, el aire cae de nuevo al invernadero. El aire
enfriado y secado vuelve a tener capacidad para recoger calor y humedad del invernadero,
ascendiendo por la convección natural y reiniciando el circuito.
El ciclo biológico se cierra con un dispositivo de fermentación de estado sólido que repone el
CO2 que toman las plantas del invernadero para crear su biomasa (Buchholz, 2000). Las plantas
y los micro-organismos responsables de la fermentación se intercambian oxígeno y dióxido de
carbono. Además, el calor residual del metabolismo se incorpora al aire circulante y se añade a la
energía capturada. De manera alternativa a la fermentación, el CO2 necesario para el desarrollo
de las plantas puede proceder de una fuente externa.
La energía solar se transfiere desde el colector al acumulador de calor mediante el
intercambiador de calor. La energía se acumula durante la fase de carga de la manera descrita,
para ser liberada durante la fase de descarga mediante la inversión de la circulación del aire. El
calor se libera del acumulador disipándose mediante el mismo intercambiador de calor. El
acumulador puede dimensionarse para un uso diario, en climas cálidos donde incluso en invierno
puede recogerse energía solar durante el día para su uso durante la noche, o bien para un uso
estacional en climas más fríos donde durante el invierno no puede realizarse captación solar y se
necesita una elevada cantidad de calor. En este último caso la energía térmica se acumula durante
el periodo cálido del año para su uso en la estación fría.
Comparado con los colectores solares convencionales, el uso del calor latente en la captación y
en los procesos de transferencia de calor permite una significante reducción de costes. El
aumento de la eficiencia de transferencia de calor debido a la condensación y la evaporación
permite utilizar un intercambiador de menor tamaño o de un material más barato con adecuada
conductividad, como el plástico. Otra sinergia del proceso se establece mediante la posibilidad de
tratamiento de agua sin aporte energético adicional. La condensación produce agua destilada. Las
fuentes de humedad del sistema son dos: (i) la evapotranspiración del cultivo en el colector
principal (invernadero) y (ii) la evaporación adicional en el colector secundario. En el primer
caso pueden usarse aguas grises para el riego, y en el segundo, aguas salobres, que serían
purificadas por el sistema.
En comparación con las aplicaciones convencionales de la energía solar, el sistema propuesto es
de una cierta complejidad. Los principios de funcionamiento se han probado en modelos
extensos utilizando el entorno de simulación Smile, desarrollado desde 1990 por la Universidad
Técnica de Berlín y el Instituto Fraunhofer de Arquitectura de Ordenadores y Tecnología de
Software. Se trata de un entorno universal de simulación para modelado de sistemas en tiempo
continuo y discreto, que combina análisis termodinámicos con dinámica de fluidos (Ernst y col.,
2000). Se ha escogido por su flexibilidad y adaptabilidad a los requerimientos del sistema.
Permite determinar la circulación del aire, el comportamiento térmico de la instalación
incluyendo las plantas, y el sistema de calentamiento y enfriamiento del aire (Jochum y col.,
2005).
Los cálculos se han utilizado en el diseño de aplicaciones específicas del sistema colector solar a
base de aire húmedo. Sin embargo, para obtener resultados realistas el diseño del sistema debe
ser probado en una evaluación de procesos reales. Esto se consigue utilizando dos prototipos
diferentes con dimensiones cercanas a un producto de serie. El primero se ha ideado para climas
áridos del sur de Europa, con el énfasis en la producción de agua y con vistas a una aplicación en
el contexto de la horticultura de invernaderos (Buchholz y col, 2004). El segundo se ha diseñado
para climas más fríos de Europa central, y se enfoca a la producción de agua y calor en el marco
de la arquitectura sostenible.
PROTOTIPO WATERGY 1: INVERNADERO CERRADO
El primer prototipo está construido en la Estación Experimental de Cajamar “Las Palmerillas”,
en El Ejido, Almería (ver Figura 2). Consiste en un invernadero cerrado de unos 200 m2, con una
estructura de acero galvanizado estándar y una cubierta de polietileno transparente. La torre solar
está situada en el centro del invernadero, tiene unos 10 m de altura y una forma cilíndrica
cubierta de policarbonato, conteniendo un conducto de enfriamiento dentro del cuál está el
intercambiador de calor, compuesto de unos capilares de polipropileno. El colector secundario
está situado dentro del invernadero, es una lámina de plástico transparente que actúa como doble
techo separando el invernadero en dos volúmenes. La única comunicación está en los extremos
del invernadero, de manera que el aire es obligado a circular a través de todo el cultivo antes de
ascender al volumen superior, y una vez aquí circula sobre toda la superficie del colector
secundario en su camino ascendente hacia la torre. Un sistema de aspersión sobre la lámina de
plástico garantiza la humidificación adicional del aire ascendente.
Figura 2. Vista del invernadero cerrado Watergy (prototipo PT1) construido en la Estación
Experimental de Cajamar. A la izquierda se observan el acumulador de calor.
Tanto el intercambiador como el acumulador de calor están construidos de forma modular para
ensayar diferentes grados de capacidad y rendimiento del sistema (Buchholz y col., 2005). El
acumulador de calor consiste en tres depósitos cerrados de polietileno que contienen un total de
unos 15 m3 de agua. En la figura 3 se muestra el ciclo de calor del prototipo Watergy 1 (PT1). La
energía térmica se acumula durante el día y se utiliza para calentar durante el invierno y como
una fuente adicional de evaporación/condensación durante la noche en el verano. La circulación
se invierte durante la noche para liberar el calor acumulado a través del intercambiador de calor y
disponer de enfriante para el funcionamiento del día siguiente. Además, rociando agua sobre la
superficie caliente del intercambiador de calor durante la descarga, la disipación del calor
acumulado aumenta y se produce una evaporación adicional, fuente de destilación al condensar
esta humedad sobre la superficie de la cubierta de plástico del invernadero, más fría durante la
noche.
Figura 3. Esquema de captación térmica solar en el prototipo Watergy PT1 (1: invernadero; 2:
torre solar; 3: conducto de enfriamiento con intercambiador de calor; 4: acumulador de calor para
uso diario). Se muestran los procesos de carga diurna y descarga nocturna (flechas rojas para el
aire caliente, azules para el aire frío)
En este prototipo, la producción de agua es el objetivo principal. El esquema del ciclo hídrico del
invernadero cerrado se muestra en la figura 4. Pueden usarse aguas grises (equivalentes a aguas
residuales tras un tratamiento terciario) en el riego y aguas salobres en la aspersión sobre el doble
techo y el intercambiador, para obtener agua destilada en la condensación. De manera
alternativa, puede optarse por cerrar el ciclo del agua mediante la reutilización del agua
condensada en el riego. El invernadero también permite recoger todos los lixiviados del suelo
para volver a incorporarlos al riego.
2. Agua salada o salobre se
evapora sobre el techo interior
3. En el intercambiador de
calor condensa agua destilada
que se recupera
1. El agua regada es convertida en
evapotranspiración por las plantas y el suelo
Figura 4. Esquema del ciclo del agua en el invernadero cerrado Watergy (prototipo PT1)
Para simplificar la evaluación del sistema, en el prototipo PT1 no se ha incluido la fermentación.
De este modo, el CO2 necesario para las plantas se suministra de manera artificial, tal y como se
hace en algunos invernaderos comerciales.
Primeros datos de la evaluación
La construcción de PT1 finalizó tras el verano de 2004. Tras un periodo de ajuste, los primeros
datos de funcionamiento en continuo comenzaron a recogerse en Marzo de 2005, con un cultivo
de judía en el invernadero (Buchholz y col., 2006). En la figura 5 se ilustra el régimen de
temperaturas conseguido. La temperatura máxima del colector (T1), que se alcanza en la parte
superior de la torre, queda por debajo de 50 ºC, lo que permite el uso de materiales baratos en su
construcción. La temperatura mínima del colector (T2) es la de la base inferior de la torre. La
diferencia entre ambas crea la convección natural durante el día. La temperatura del acumulador
de calor (T0) se mantiene en un régimen más bajo que un colector estándar. Durante el día, el
acumulador actúa como enfriante estableciendo la temperatura mínima del colector (a la salida
del conducto de refrigeración). Puede además observarse cómo la temperatura del invernadero se
equilibra entre el enfriamiento debido al aire frío que sale de la base de la torre y el
calentamiento por la radiación solar. Las temperaturas máximas dentro del invernadero son
bastante aceptables para un invernadero cerrado, ya que son tolerables por el cultivo. Durante la
noche, la liberación de calor queda de manifiesto al elevarse la temperatura en la parte superior
de la torre (el calor se libera por encima del sensor que mide T2, por lo que éste no se afecta). En
las fechas mostradas (primavera), el sistema funcionó sin la evaporación nocturna sobre el
intercambiador de calor que es necesaria en periodos más cálidos para una mayor disipación. Eso
explica el ligero calentamiento progresivo del acumulador de calor (T0), que no regeneró
totalmente su capacidad de enfriamiento a lo largo de este periodo de días consecutivos que
fueron todos cálidos.
45
Text
40
Temperatura [ºC]
T0
35
T1
30
T2
25
Tinv
20
15
10
5
10-04
11-04
12-04
13-04
14-04
15-04
16-04
17-04
18-04
19-04
Figura 5. Temperaturas medidas en el prototipo Watergy 1 durante un periodo de
funcionamiento en la primavera de 2005 (se indica el mediodía de cada fecha). Se muestran: la
temperatura media del acumulador de calor (T0), las temperaturas máxima (T1) y mínima (T2)
del colector, la del invernadero (Tinv) y la exterior (Text).
En fechas posteriores el sistema se ha ido poniendo a punto, logrando con el tiempo un
funcionamiento más preciso y ajustado del enfriamiento. La figura 6 compara, para el mismo
periodo de los años 2005 y 2006, la temperatura dentro del invernadero durante el día, además de
la diferencia con la del exterior. En el último año se observa que la diferencia entre el
invernadero cerrado y el exterior es mucho menor, lo que ilustra la mejora en el sistema de
enfriamiento.
Tinv - Text [06]
Tinv [06]
Tinv - Text [05]
Tinv [05]
40
35
T [ºC]
30
25
20
15
10
5
0
09/04
14/04
19/04
24/04
29/04
04/05
09/05
Figura 6. Comparación entre las temperaturas medidas en el prototipo Watergy 1 durante el
mismo periodo de funcionamiento en dos años diferentes. Se muestra la temperatura diurna del
invernadero (Tinv) y la diferencia con el exterior (Tinv-Text) para 2005 y 2006.
Desde el inicio de los ensayos se ha mantenido dentro del invernadero un cultivo sano,
alternando diferentes ciclos. En ningún momento ha sido necesario el uso de tratamientos
fitosanitarios. Durante el invierno se han cultivado judías, mientras que durante el verano, debido
a que cuando la temperatura exterior supera los 30ºC es muy difícil mantener el invernadero
cerrado por debajo de 35ºC, se han sustituido por plantas cuya actividad fotosintética no se ve tan
afectada por las elevadas temperaturas, es decir, aquellas denominadas fotosintéticamente C4. La
okra es la especie escogida por su rápido y elevado crecimiento vegetativo, que proporciona una
alta transpiración. Aunque durante los ciclos de cultivo se han realizado múltiples ensayos del
sistema que han sometido las plantas a condiciones no siempre óptimas, las producciones
obtenidas han sido aceptables en comparación con los invernaderos abiertos de la zona, quizás
por el hecho beneficioso de mantener una concentración de dióxido de carbono dentro del
invernadero dos veces por encima de la exterior, con lo que aumenta la actividad fotosintética de
las plantas.
En cuanto a la producción de agua en el sistema, las últimas cifras obtenidas de recogida de
condensación están en torno a un 85% del agua de riego. Análisis químicos y microbiológicos de
este agua muestran una calidad apta para la fertirrigación (Zaragoza y col., 2006). El 15% del
agua aportada se pierde por el propio consumo de las plantas en su formación, así como por
defectos en el sistema de recogida de condensación (aún en mejora) y por pérdidas de aire
húmedo, ya que pese a que el invernadero está totalmente cerrado, hay una mínima tasa de
intercambio con el exterior, en este caso la medida es de 0.1 volúmenes a la hora. No obstante,
teniendo en cuenta la magnitud del riego (en torno a 1.5 l/m2 día en el invernadero cerrado) y la
posibilidad de recoger el agua de lluvia sobre la cubierta, siendo la pluviometría de la zona de
unos 240 l/m2 anuales, está garantizada en este prototipo la autarquía hídrica con este nivel de
recuperación de agua.
PROTOTIPO WATERGY 2: EDIFIFIO SOSTENIBLE
El segundo prototipo del proyecto Watergy está construido en Berlín desde otoño de 2005. El
prototipo desarrolla el concepto de un edificio con una fachada invernadero (ver figura 7). El
edificio es una construcción en madera de dos plantas, con 6 m de altura total y una superficie de
120 m2. El invernadero adosado es una estructura de metal cubierta por una lámina transparente
de ETFE, y su superficie es de 40 m2. El objetivo principal de este segundo prototipo es la
producción de calor durante la parte más cálida del año para su uso como calefacción durante la
parte fría del año. El calor se almacena en un acumulador de unos 35 m3 de capacidad, aislado
con una capa de unos 60 cm de celulosa. En este caso el propio edificio hace de torre solar y el
colector secundario se instala sobre el tejado en lugar de dentro del invernadero. A su salida se
encuentra el intercambiador de calor. Durante el proceso de descarga en la época fría del año, el
intercambiador de calor actúa como un radiador de calor para el edificio.
La condensación recogida en el proceso se reutiliza en el edificio, que libera sus aguas grises en
el sistema a través del riego de las plantas. Las figuras 8 y 9 ilustran los ciclos de calor y agua en
el prototipo Watergy 2 (PT2).
Figura 7. Vista del edificio Watergy (prototipo PT2) construido en Berlín. Se observa el
invernadero adosado en la fachada sur y el colector solar secundario en el tejado, bajo el que se
dispone el intercambiador de calor central del edificio
Figura 8. Esquema de captación de calor del prototipo Watergy Prototype 2 (1: invernadero; 3:
conducto de enfriamiento con intercambiador de calor; 5: edificio; 6: acumulador de calor para
uso estacional). Se muestran los procesos de carga en verano y descarga en invierno.
Figura 9. Esquema del ciclo de agua en los prototipos Watergy 1 (1: recogida de agua
condensada; 2: agua usada en el riego; 3: almacén temporal de agua; 4: agua usada en el
edificio).
Funcionamiento modelado
La evaluación de este prototipo está en marcha, y su funcionamiento estacional impide que se
disponga aún de datos completos en el momento de la presente redacción. La figura 10 muestra
los resultados de una simulación del régimen de temperatura del colector solar de aire húmedo en
esta aplicación. Se han considerado dos casos extremos de funcionamiento, máximo y mínimo, y
se ha escogido un año típico meteorológico de Berlín. El funcionamiento difiere de PT1 porque
PT2 opera de manera estacional y por tanto requiere acumular el calor a mayor temperatura (se
ha establecido un máximo de 70 ºC debido a razones técnicas de los materiales). La temperatura
del invernadero se mantiene en un nivel razonable para un invernadero tropical (unos 40 ºC). La
temperatura máxima del acumulador se alcanza en verano y se mantiene durante largo tiempo.
Durante el invierno tiene lugar el proceso de descarga y su temperatura cae a un mínimo entre 27
y 36 ºC, dependiendo del modo de funcionamiento.
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dec
Time of the year
Figura 10. Simulación del régimen de temperaturas del prototipo Watergy 2 a lo largo de un
año completo. Se muestra la temperatura del acumulador de calor para dos modos extremos
de funcionamiento del sistema (“Tstorage, max y min”), junto a la temperatura del
invernadero (“TGreenhouse”) y la exterior (“TEnvironment”).
INTEGRACIÓN DEL INVERNADERO CERRADO EN EL ENTORNO URBANO
La evaluación de los dos prototipos permitirá la caracterización del funcionamiento del
sistema en diferentes aplicaciones y el desarrollo de un producto comercial. La visión del
proyecto y su aplicación final es la integración del invernadero en el entorno urbano, como
sistema de depuración de las aguas grises de las viviendas, además de suministro de calor y de
agua potable a éstas. Eso permitiría el desarrollo de zonas urbanas aisladas de grandes redes
de distribución, tanto de combustible para calefacción como de agua dulce y depuración de
agua residual. Las figuras 11 y 12 muestran dos ejemplos de esta aplicación urbanística,
donde el invernadero se convierte en un valor añadido asociado a las viviendas como zona
ajardinada protegida, además de realizar una función de captación de energía solar en
superficies por lo general no utilizadas.
Figura 11. Esquema de integración urbanística del concepto Watergy (I). Los invernaderos
sirven de zonas verdes entre los edificios, a los que abastecen de agua y calor tras depurar sus
aguas residuales.
Figura 12. Esquema de integración urbanística del concepto Watergy (II). Se maximiza la
captación solar aprovechando superficies como el tejado de un aparcamiento
CONCLUSIONES
El proyecto Watergy pretende encontrar soluciones a corto plazo para las demandas energéticas
y los impactos ecológicos del sector agrícola y la industria de la construcción. La capacidad de
controlar el clima de un invernadero cerrado usando sólo energía solar y obteniendo depuración
de agua es de gran interés para desarrollar una horticultura intensiva más sostenible en el sur de
Europa. Al ahorro de energía y agua se suma la ausencia de tratamientos fitosanitarios al
impedir la entrada de insectos plaga, con el beneficio adicional de poder aumentar la
producción incrementando la actividad fotosintética con un nivel de CO2 superior al exterior.
El mismo principio permite una generación de calor más barata en el norte de Europa, lo que
puede resultar en una tecnología básica para una arquitectura y un urbanismo sostenible.
El concepto descrito se basa en un colector solar que utiliza el calor latente del aire además del
calor sensible, lo que aumenta la eficiencia de los procesos de transferencia y acumulación de
calor. Además, el sistema permite el tratamiento de aguas sucias, actuando como un depurador
mediante los procesos de evaporación y condensación.
Los ensayos con el prototipo evaluado en la Estación Experimental de Cajamar, en Almería,
muestran un control de la temperatura aceptable para el clima cálido de la zona, permitiendo un
cultivo continuado durante todo el año. Las primeras pruebas realizadas consiguen una
recuperación del agua de riego de hasta el 85%, lo que permite la autarquía hídrica del sistema al
sumar la recogida del agua de lluvia.
El segundo prototipo, construido en Berlín, es un edificio cuya fachada sur es un invernadero
cerrado. Tiene un suministro autónomo de calor y depuración de aguas grises a partir de la
energía solar, con un funcionamiento es estacional.
REFERENCIAS
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