Muro Trombe: Qué es y cómo funciona este innovador sistema de energía solar pasiva

Los sistemas solares pasivos son el conjunto de tecnologías y medidas constructivas útiles para absorber, mantener y distribuir el calor dentro de los edificios durante el periodo invernal y protegerse de la radiación solar, aumentando la ventilación, durante el periodo estival. Estos sistemas se dividen en 3 categorías: de ganancia directa, indirecta y mixtos.

Entre los sistemas de ganancia indirecta más difundidos se encuentra el muro de Trombe, una solución que utiliza una pared masiva combinada con una superficie acristalada para acumular el calor solar y liberarlo gradualmente en el interior de los ambientes. Un sistema de ganancia indirecta está compuesto por un elemento transparente y un elemento captador de acumulación. El elemento de acumulación es parte integral de la envolvente del edificio y no permite que la radiación solar alcance directamente el espacio interno. El elemento captador, en cambio, intercepta la radiación solar antes de que esta llegue al ambiente interno, acumulando el calor y devolviéndolo lentamente.

El muro de trombe se utiliza principalmente para reducir las necesidades energéticas invernales a través de la energía gratuita del sol. Si se optimiza, puede, por lo tanto, contribuir de manera significativa al ahorro energético, llegando incluso a la planificación de casas pasivas sin sistemas de calefacción.

¿Qué es el muro de Trombe y cómo funciona?

El muro de Trombe es un sistema solar pasivo de ganancia indirecta diseñado para acumular y liberar calor aprovechando la radiación solar, formando parte de los principales sistemas solares pasivos utilizados en el diseño bioclimático. Lleva el nombre del ingeniero francés Félix Trombe, quien difundió su aplicación en los años 60, pero el principio físico en el que se basa es mucho más antiguo: la acumulación térmica en masa de mampostería expuesta al sol.

El sistema está compuesto por tres elementos principales:

• una pared masiva de alta inercia térmica (hormigón, ladrillo macizo, piedra, adobe);
• una cámara de aire;
• una superficie acristalada externa con función de captación solar y protección contra el viento.

La pared está generalmente orientada al sur (en el hemisferio norte) y presenta un acabado superficial oscuro para maximizar la absorción de la radiación solar. La cámara, situada entre el vidrio y la masa de mampostería, crea un efecto invernadero que eleva la temperatura del aire y de la superficie acumuladora.

El funcionamiento combina tres fenómenos físicos:

• irradiación, para la absorción de la energía solar;
• conducción, para la transmisión del calor dentro de la masa;
• convección natural, para la circulación del aire a través de aberturas regulables.

El conjunto de estos mecanismos permite que la pared se comporte como una verdadera “batería térmica”, capaz de almacenar energía durante las horas de irradiación y liberarla gradualmente cuando las condiciones externas se vuelven menos favorables.

Funcionamiento invernal: Acumulación y liberación controlada del calor

Durante la temporada invernal, la radiación solar atraviesa el vidrio y es absorbida por la pared masiva, que se calienta progresivamente. El aire presente en la cámara aumenta de temperatura generando un movimiento convectivo natural.

Con la apertura de las bocas superiores e inferiores:

• el aire caliente asciende y entra en el ambiente interno;
• el aire más frío del ambiente es atraído a la cámara;
• el ciclo se autoalimenta hasta el atardecer.

Paralelamente, el calor acumulado en la masa de mampostería se transmite hacia el interior por conducción, con un retraso temporal (desfase térmico) que puede variar de 6 a 10 horas en función del grosor y del material.

Durante la noche las aberturas se cierran. En esta fase, el sistema funciona exclusivamente por irradiación y conducción, liberando gradualmente el calor acumulado y contribuyendo a estabilizar la temperatura interna.

Muro trombe: funcionamiento invernal diurno y nocturno

Funcionamiento estival: Estrategias de refresco pasivo

En el periodo estival, la gestión del muro trombe cambia de configuración para evitar fenómenos de sobrecalentamiento.

Durante el día:

• se activa un sistema de sombreado (persianas, pantallas móviles o cortinas);
• se abren las aperturas superiores del vidrio para favorecer la expulsión del aire caliente hacia el exterior;
• se limita la entrada directa de radiación a la masa mural.

Por la noche, en cambio, es posible aprovechar el refresco natural:

• se abren las bocas del muro masivo;
• el aire caliente interno es expulsado;
• el aire más fresco nocturno atraviesa el intersticio enfriando la masa.

De este modo, el sistema puede contribuir, si está correctamente diseñado, a la ventilación natural y a la reducción de las cargas de refresco.

Muro trombe: funcionamiento estival diurno y nocturno

Cómo realizar un muro trombe: Técnicas constructivas y materiales

La correcta planificación de un muro trombe requiere una cuidadosa evaluación de orientación, materiales, grosor, ventilación y características del vidrio. No se trata simplemente de añadir un acristalamiento frente a una pared existente, sino de integrar un sistema pasivo dentro del proyecto arquitectónico, considerando el clima, el uso previsto y el comportamiento energético del edificio.

Una planificación imprecisa puede generar sobrecalentamiento estival, pérdidas nocturnas o rendimientos inferiores a los esperados. Por el contrario, un sistema bien dimensionado puede contribuir de manera significativa a la reducción de las necesidades energéticas invernales.

Grosor, inercia térmica y materiales

El elemento central del sistema es el muro de alta inercia térmica, responsable de la acumulación y liberación gradual del calor.

Los materiales más utilizados son:

• hormigón armado;
• ladrillo macizo;
• piedra natural;
• adobe o tierra cruda;
• paneles prefabricados con materiales de cambio de fase (PCM).

El grosor varía generalmente entre 30 y 40 cm para soluciones en hormigón o mampostería maciza. Grosor inferior reduce la capacidad de acumulación y el desfase térmico; grosor excesivo, en cambio, puede retrasar demasiado la liberación del calor, comprometiendo el confort nocturno.

Un parámetro clave es la capacidad térmica volumétrica del material: cuanto mayor sea la densidad y el calor específico, mayor será la energía almacenable.

La superficie exterior del muro, orientada hacia el intersticio, se trata generalmente con:

• acabado oscuro (negro o colores de alta absorción);
• revestimientos selectivos de alta absorción solar y baja emisividad (en las soluciones más avanzadas).

Vidrio, intersticio y aberturas regulables

La superficie acristalada cumple una doble función:

• captación solar, gracias al efecto invernadero;
• protección del viento, reduciendo las pérdidas por convección.

En las aplicaciones contemporáneas se utilizan:

• vidrios dobles o triples de baja emisividad;
• marcos de corte térmico;
• sistemas con vidrio laminado de seguridad.

La distancia entre el vidrio y el muro (intersticio) generalmente se encuentra entre 5 y 15 cm.

Un intersticio demasiado estrecho limita el movimiento convectivo; uno demasiado amplio puede dispersar calor o generar inestabilidad en el flujo de aire.

Las aberturas de ventilación son un elemento determinante. Normalmente se prevén:

• dos aberturas inferiores;
• dos aberturas superiores;
• persianas o compuertas regulables manual o automáticamente.

En configuraciones avanzadas, el control puede ser confiado a:

• sensores de temperatura;
• sistemas domóticos;
• actuadores motorizados.

Orientación e integración en el proyecto arquitectónico

La orientación ideal es sud ±15° en el hemisferio norte, para maximizar la irradiación invernal.

Es fundamental verificar:

• la ausencia de sombreados permanentes;
• la altura solar estacional;
• la integración con sistemas de sombreado estival (persianas, salientes, cortinas exteriores).

Desde el punto de vista constructivo, el muro trombe es más efectivo cuando se prevé en la fase de diseño inicial. La inserción posterior en edificios existentes podría, de hecho, conllevar dificultades estructurales, problemas de puentes térmicos y costos más elevados. Por esta razón, el sistema debe evaluarse dentro de una estrategia de diseño bioclimático integral, junto con aislamiento, ventilación natural y distribución de los espacios.

Esquema y detalle constructivo de la pared de Trombe

Desde el punto de vista del diseño, la pared de Trombe es un sistema estratificado en el que cada elemento influye en el rendimiento general. Una sección tipo, de adentro hacia afuera, incluye:

• acabado interior;
• pared maciza de alta inercia térmica (25–45 cm);
• superficie absorbente oscura lado intersticio;
• intersticio de aire (5–15 cm);
• ventana exterior con marco de corte térmico;
• posible protección solar.

La pared maciza constituye el corazón del sistema: materiales como hormigón, ladrillo macizo o piedra garantizan una alta capacidad térmica y un desfase útil para la liberación nocturna del calor.

El intersticio de aire debe dimensionarse de manera equilibrada: demasiado reducido limita el movimiento convectivo, demasiado amplio reduce su eficacia. En la práctica de diseño, valores entre 8 y 12 cm suelen ser óptimos.

Las aperturas de ventilación – generalmente dos inferiores y dos superiores – permiten la circulación natural del aire en invierno y la gestión del enfriamiento estival. Es fundamental que estén dotadas de persianas herméticas para evitar pérdidas nocturnas.

Desde el punto de vista ejecutivo, se debe prestar especial atención a:

• continuidad del aislamiento en los muros;
• estanqueidad al aire del nodo vidrio–marco;
• control de la condensación en el intersticio;
• integración con sistemas de protección externa.

Muro de trombe: Las configuraciones más innovadoras

Desde sus primeras aplicaciones, este sistema ha encontrado empleo en numerosos edificios y ha sufrido varias experimentaciones. Estas continuas investigaciones y adaptaciones han llevado, con el tiempo, a la creación de configuraciones modernas y avanzadas, diseñadas para mejorar su eficiencia. Entre las configuraciones más innovadoras del muro de Trombe, que se refieren tanto al uso de un diseño innovador en la forma del sistema, como al uso de materiales y tecnologías de nueva generación, se encuentran:

• a zig zag;
• con materiales de cambio de fase;
• con aislamiento en aerogel.

Muro de Trombe a zig zag

El muro de Trombe a zig zag, desarrollado por el equipo del «Center for Buildings and Thermal Systems» del NREL (National Renewable Energy Laboratory), ha sido diseñado para mitigar algunos problemas asociados a los muros de Trombe tradicionales, como el excesivo acumulamiento de calor y el deslumbramiento en los días de verano.

Este tipo de muro está compuesto por tres secciones: una orientada al sur y las otras dos anguladas hacia adentro, formando una estructura en V.

La sección orientada al sureste incluye una ventana que proporciona luz y calor en las mañanas frías, cuando se necesita una fuente inmediata de calor. La sección opuesta del muro en V es un clásico muro de Trombe, destinado al acumulamiento de calor para redistribuirlo durante la noche.

El diseño del muro de Trombe a zig zag aprovecha el movimiento del sol, que sale por el este y se pone por el oeste. Las ventanas orientadas al sureste captan la luz solar de las primeras horas de la mañana, ofreciendo iluminación natural y calefacción. Durante la tarde, además de la pared de acumulación orientada al sur que recoge calor durante todo el día, entra en funcionamiento la pared expuesta al suroeste, absorbiendo el calor del sol para utilizarlo en la calefacción nocturna.

Muro de Trombe con materiales de cambio de fase

El muro de Trombe con materiales de cambio de fase (PCM) representa una innovación que emplea materiales como sales eutécticas o sales hidratadas, en lugar de los materiales tradicionales como hormigón, ladrillo o adobe.

El uso de PCM permite aumentar la eficiencia del muro, ya que estos materiales pueden almacenar más energía en un volumen más pequeño y ligero en comparación con los materiales tradicionales.

Un ejemplo de muro de Trombe con materiales de cambio de fase se encuentra en la SimbCity House, construida en Versalles por el equipo de las Universidades de Alcalá y Castilla la Mancha para el Solar Decathlon Europa 2014.

Para mantener una masa del muro de acumulación contenida, pero con una alta inercia térmica, los diseñadores españoles crearon un panel prefabricado adaptable a la estructura de madera del edificio. El acabado interior del panel incluye una mezcla de arcilla natural y un material de cambio de fase, compuesto por microcápsulas con núcleo de cera, que actúan como acumulador latente de calor.

Muro de Trombe con aislamiento en aerogel

Otro sistema innovador prevé el uso de materiales translúcidos, como el aerogel, insertados entre dos placas de vidrio protector. Este material tiene la capacidad de almacenar calor hasta cuatro veces más que los materiales aislantes convencionales, manteniendo al mismo tiempo una alta translucidez.

El aislamiento translúcido constituido por aerogel de sílice se aplica directamente sobre el enlucido negro del muro masivo.

Para evitar el sobrecalentamiento estival del muro, es necesario sombrear externamente el material transparente. Esto se puede lograr insertando una lona enrollable entre el vidrio y la capa termoaislante, o instalando un sistema de sombreado externo al vidrio. Numerosos estudios han demostrado que la incorporación de un aislamiento translúcido (TIM) en un sistema de muro de Trombe ofrece significativos ahorros energéticos.

El mayor muro de trombe con aislamiento en aerogel del mundo se encuentra en Glasgow, Escocia, en la Universidad de Strathclyde. Aquí hay 1040 m² de aislamiento translúcido aplicado a las ventanas y el muro de Trombe está instalado en cuatro edificios que albergan un total de 376 estudiantes.

Caso de estudio: Pared de agua / sistemas híbridos FV-TW

Una variante menos común pero técnicamente interesante es la pared de Trombe de agua, en la que la masa del muro es reemplazada o integrada por contenedores llenos de agua.

El agua posee una capacidad térmica superior en comparación con la mayoría de los materiales de construcción, permitiendo:

• alto almacenamiento con espesores reducidos;
• liberación más uniforme del calor;
• mayor rapidez de respuesta térmica.

Los principales límites se refieren a:

• complejidad constructiva;
• necesidad de perfecta estanqueidad;
• integración arquitectónica no siempre sencilla.

A pesar de esto, en contextos experimentales o en edificios de bajo consumo, representa una solución de alto rendimiento.

Esquema de la pared de Trombe

Pros y contras de un muro trombe: Ventajas y desventajas para el diseño energéticamente eficiente

La pared trombe es uno de los sistemas solares pasivos más estudiados y experimentados. Sin embargo, como toda solución tecnológica, presenta ventajas significativas, pero también límites de diseño que deben evaluarse cuidadosamente.

Ventajas

Entre los principales puntos fuertes se pueden destacar:

• reducción del consumo energético invernal, gracias a la contribución solar pasiva;
• estabilidad térmica interna, favorecida por la alta inercia de la masa de la pared;
• sencillez en la instalación, tratándose de un sistema predominantemente pasivo;
• durabilidad en el tiempo, con mantenimiento limitado en comparación con sistemas mecánicos;
• integración coherente en los proyectos de arquitectura bioclimática.

Desventajas y críticas

Junto a los beneficios, es necesario considerar algunas críticas:

• riesgo de sobrecalentamiento estival si no está adecuadamente protegida;
• dependencia de las condiciones climáticas y de la radiación efectiva;
• necesidad de un diseño cuidadoso de los detalles constructivos;
• eficacia limitada en climas cálido-húmedos o en contextos sombreados;
• posible incremento de los costos si se inserta en edificios existentes.

Otro aspecto a menudo subestimado se refiere a la gestión por parte del usuario: en las configuraciones manuales, la apertura o cierre incorrecto de las bocas puede reducir la eficacia del sistema.

En un enfoque más amplio orientado a la casa pasiva y al diseño ecosostenible, la pared trombe representa una de las estrategias más consolidadas para reducir el consumo energético.

La pared trombe sigue siendo hoy en día una solución eficaz de diseño solar pasivo, capaz de mejorar el confort interno y reducir el consumo energético si se dimensiona e integra correctamente en el envolvente del edificio.

Como toda estrategia bioclimática, requiere un análisis cuidadoso del contexto climático, de los materiales y del comportamiento estacional del edificio.

Para evaluar de manera precisa la contribución energética de sistemas pasivos y verificar el rendimiento de la envolvente, es fundamental confiar en herramientas de cálculo dedicadas.

• diseño y verificación del rendimiento energético de los edificios,
• certificación energética APE,
• diagnóstico energético,
• intervenciones de rehabilitación y eficiencia.

FAQ – Muro de Trombe

¿Qué es el muro de Trombe y para qué sirve?

El muro de Trombe es un sistema solar pasivo de ganancia indirecta que utiliza una pared masiva y una superficie acristalada para acumular el calor solar y liberarlo gradualmente dentro de los edificios. Se emplea principalmente para reducir las necesidades energéticas invernales aprovechando la energía gratuita del sol.

¿Cómo funciona el muro de Trombe?

El sistema aprovecha tres fenómenos físicos: irradiación, conducción y convección natural. La radiación solar atraviesa el vidrio y es absorbida por la pared masiva, que acumula calor. Este se libera lentamente hacia el interior, tanto por conducción a través de la pared como mediante el movimiento del aire en el intersticio.

¿Cuáles son los principales elementos que componen una pared de Trombe?

Una pared de Trombe está compuesta por tres elementos principales:

• una pared masiva de alta inercia térmica;
• un intersticio de aire;
• una superficie acristalada externa.

Estos elementos trabajan juntos para captar, acumular y distribuir el calor dentro del edificio.

¿Cómo cambia el funcionamiento entre invierno y verano?

En invierno, el sistema acumula el calor solar durante el día y lo libera gradualmente en las horas de la tarde y la noche. En verano, en cambio, se gestiona para evitar el sobrecalentamiento, utilizando pantallas solares y favoreciendo la ventilación natural para expulsar el aire caliente.

¿Qué materiales se utilizan para realizar un muro de Trombe?

Los materiales más utilizados son aquellos de alta inercia térmica, como hormigón, ladrillo macizo, piedra y adobe. En soluciones más avanzadas, también se pueden emplear materiales de cambio de fase (PCM), capaces de aumentar la capacidad de acumulación térmica.

¿Cuál es la orientación ideal para una pared de Trombe?

La orientación óptima es hacia el sur (±15°) en el hemisferio norte, para maximizar la irradiación solar invernal. Es importante evitar sombras permanentes e integrar sistemas de sombreado para el período estival.

¿Cuáles son las ventajas del muro de Trombe?

Las principales ventajas son:

• reducción del consumo energético para la calefacción;
• mayor estabilidad térmica interna;
• sencillez en la instalación;
• larga duración y bajo mantenimiento;
• integración en proyectos de arquitectura bioclimática.

¿Cuáles son las desventajas o límites del sistema?

Entre las principales críticas se destacan:

• riesgo de sobrecalentamiento estival si no está correctamente sombreado;
• dependencia de las condiciones climáticas;
• necesidad de un diseño cuidadoso;
• menor eficacia en climas cálido-húmedos o en presencia de sombras;
• posible aumento de costos en intervenciones en edificios existentes.

¿El muro de Trombe puede contribuir al diseño de edificios pasivos?

Si se diseña y dimensiona correctamente, el muro de Trombe puede contribuir de manera significativa a la reducción de las necesidades energéticas, hasta ser integrado en edificios de bajo consumo o en estrategias de diseño bioclimático avanzado.