Qué son los sistemas pasivos

Los sistemas pasivos son estrategias de diseño arquitectónico que aprovechan las fuentes de energía gratuitas del emplazamiento — radiación solar, viento, masa del terreno, agua — para climatizar, iluminar y ventilar edificios sin consumo energético mecánico. A diferencia de los sistemas activos (calderas, bombas de calor, unidades de aire acondicionado), los sistemas pasivos no tienen partes móviles, no consumen electricidad ni combustible, y su coste operativo es cero. Su eficacia depende del diseño integrado: deben concebirse desde la fase de concepto, porque modificar un edificio ya diseñado para incorporar sistemas pasivos es costoso e ineficiente.

La clasificación funcional distingue 4 tipos: (1) sistemas pasivos térmicos de calefacción (captación solar directa, muros Trombe, invernaderos adosados, masa térmica), (2) sistemas pasivos térmicos de refrigeración (ventilación nocturna, sombreamiento, refrigeración evaporativa, contacto con el terreno), (3) sistemas pasivos de iluminación (ventanas, lucernarios, atrios, estantes de luz, tubos solares) y (4) sistemas pasivos de ventilación (ventilación cruzada, efecto chimenea, torres de viento). El estándar Passivhaus (PHI, 1991) demostró que los sistemas pasivos, combinados con una envolvente de alto rendimiento (U ≤ 0,15 W/m²K, n₅₀ ≤ 0,6 ren/h), reducen la demanda de calefacción a ≤ 15 kWh/m²·año en cualquier clima, eliminando la necesidad de sistemas de calefacción convencionales.

Los sistemas pasivos de calefacción captan la radiación solar a través de superficies acristaladas y la almacenan en la masa térmica interior. La ganancia solar directa es el sistema más simple: ventanas al sur con vidrio de factor solar g = 0,50-0,65 transmiten 3-5 kWh/m²·día de energía solar en invierno (latitudes 36-43°N). La energía se almacena en el forjado de hormigón (capacidad: 250-300 kJ/m²K para 20 cm de espesor) y se libera durante la noche, amortiguando la oscilación térmica a 2-4°C.

El muro Trombe (Félix Trombe y Jacques Michel, 1967) combina un muro pesado pintado oscuro (absortancia α ≥ 0,90), una cámara de aire y un vidrio exterior: la radiación solar calienta el muro, que almacena 150-250 kWh/m²·año de energía útil en clima mediterráneo y la transmite al interior con un desfase temporal de 6-10 horas (coincidiendo con la noche). El invernadero adosado al sur funciona como espacio tampón y captador solar: la temperatura en el invernadero supera a la exterior en 5-15°C durante las horas de sol invernal, precalentando el aire que ventila las estancias contiguas. El coste de los sistemas pasivos de calefacción es del 0-5% del coste de construcción si se integran desde el diseño (orientación + vidrio + masa térmica), frente al 3-8% de un sistema activo de calefacción.

Los sistemas pasivos de refrigeración eliminan o reducen la ganancia solar no deseada y disipan el calor acumulado. El sombreamiento es la primera línea de defensa: un voladizo horizontal de profundidad P = 0,5-0,8 × H (altura del hueco) bloquea el 85-100% de la radiación solar directa en verano (ángulo > 65° a 40°N) mientras admite el sol de invierno. Las lamas exteriores orientables con factor de reducción solar g_ext = 0,08-0,15 bloquean el 85-92% de la radiación antes de que alcance el vidrio.

La ventilación nocturna (night purge ventilation) es el sistema pasivo de refrigeración más eficaz en climas con amplitud térmica > 10°C: la apertura de ventanas durante la noche enfría la masa térmica interior, que absorbe el calor durante el día siguiente. Artmann et al. (2008) demostraron que la ventilación nocturna reduce la temperatura máxima diurna 3-5°C. La refrigeración evaporativa (fuentes, canales, vegetación) absorbe 2.450 kJ por litro de agua evaporada, enfriando el aire 5-10°C en climas secos (HR < 40%). El contacto con el terreno (edificios semienterrados, conductos canadienses) aprovecha la temperatura estable del suelo a 2-3 m de profundidad (14-18°C en España) para preenfriar el aire de ventilación. Estas estrategias combinadas eliminan la necesidad de aire acondicionado durante el 60-90% de las horas de verano en climas mediterráneos.

Los sistemas pasivos de iluminación distribuyen la luz natural en el interior del edificio sin consumo eléctrico. Las ventanas son el sistema básico: la regla empírica establece que la profundidad iluminada (DF ≥ 2%) es de 2,0-2,5 × Hventana. Los estantes de luz extienden la zona iluminada a 6-10 m de profundidad reflejando la luz directa hacia el techo. Los atrios iluminan las 4 fachadas interiores de edificios profundos con DF ≥ 2% hasta 6-8 m por planta. Los tubos solares (Solatube) transportan la luz natural hasta 6-10 m desde la cubierta, iluminando espacios ciegos con 200-500 lux.

Los sistemas pasivos de ventilación renuevan el aire interior sin ventiladores mecánicos. La ventilación cruzada genera 10-20 renovaciones/hora con vientos de 2-4 m/s. La ventilación por efecto chimenea utiliza la diferencia de densidad del aire caliente (menos denso) y frío (más denso): una chimenea de 6 m de altura genera 3-5 Pa de depresión, suficiente para 4-8 renovaciones/hora sin viento. Las torres de viento (badgir) captan el viento a 10-15 m de altura y lo canalizan hacia el interior, enfriándolo por evaporación al pasar sobre agua: reducción de temperatura de 8-15°C en climas áridos. La combinación de todos estos sistemas pasivos permite alcanzar edificios con demanda energética total de 15-40 kWh/m²·año, cumpliendo los requisitos del estándar Passivhaus y del NZEB europeo (Directiva 2010/31/UE).

Los sistemas pasivos tienen una historia de 5.000+ años: las viviendas de Machu Picchu (Perú, s. XV) combinan masa térmica de piedra, orientación solar al norte (hemisferio sur) y protección del viento por la topografía montañosa. Las casas patio de la Alhambra (Granada, s. XIV) utilizan patios con fuentes (refrigeración evaporativa), muros de 60 cm (masa térmica), ventilación cruzada entre patios y estancias, y celosías (filtro solar) — manteniendo 24-27°C interiores con 40°C exteriores.

En la era contemporánea, el Kranichstein Passivhaus (Darmstadt, 1991, Wolfgang Feist) fue el primer edificio Passivhaus: 4 viviendas con demanda de calefacción de 10 kWh/m²·año medidos durante 25+ años de monitorización continua, demostrando que los sistemas pasivos (envolvente de U = 0,14 W/m²K, ventanas triple vidrio, MVHR) son duraderos y fiables. A 2024, más de 60.000 edificios Passivhaus construidos globalmente confirman que los sistemas pasivos funcionan en todos los climas (desde Yakutsk a -50°C hasta Dubái a +50°C). El sobrecoste del Passivhaus respecto al CTE convencional en España es del 5-15%, con un retorno de 8-15 años por los ahorros energéticos del 75-90%.