06 control solar

7/26/2019 06 Control Solar

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Sector de Acondicionamiento Ambiental - Escuela de Arquitectura FAU/UCVASIGNATURA: CLIMA Y DISEO

Prof. Luis Rosales (IDEC/FAU/UCV)

TEMA 4: CONTROL SOLAR

INTRODUCCIN

Las principales cargas trmicas en edificios son las cargas solares y las cargas internas. El sol calienta lasedificaciones de dos maneras: a) incidiendo en las superficies externas de la envolvente, calor que se almace-na en los materiales y se conduce hacia interior, y b) penetrando directamente a travs de las aberturas ycomponentes traslcidos. En climas clidos, ambos efectos pueden producir fcilmente aumentos de tempera-tura que hagan imposible en determinadas horas la obtencin de condiciones de confort. En consecuencia, sehace necesario apelar a recursos de diseo dirigidos a controlar dichas cargas, lo cual demanda conocer larelacin geomtrica entre el sol y la edificacin y la manera como la radiacin incide y se transmite.

PROCEDIMIENTOS PARA CONTROLAR LA PENETRACIN DE CALOR SOLAR

El control solar es la exclusin completa, parcial, permanente o temporal del calor solar en los cerramientosde las edificaciones y/o en los espacios interiores y exteriores circundantes. Los procedimientos para lograrlocombinan consideraciones de dos tipos: por un lado, consideraciones geomtricas relativas al entorno y a laforma y orientacin de la edificacin respecto de los rayos del sol y, por otro, consideraciones fsicas relacio-nadas con el almacenamiento y transmisin del calor solar en los materiales. En el primer caso se habla detcnicas de sombreado y en el segundo de tcnicas de reflexin y aislamiento. En ambos, saber desde dndellega la radiacin solar y en qu cantidad lo hace determina las opciones de diseo a seguir.

Ubicacin del sol

La posicin del sol se precisa por medio de dos ngulos: acimut y altura (ver figura). El primero es el ngulohorizontal medido desde el norte hasta el plano vertical que contiene al sol (llamado meridiano del sol). Habi-

tualmente se le considera positivo en direccin de las agujas del reloj (variando desde 0 hasta 360) o positi-vo en la misma direccin, pero variando hasta 180, y negativo en direccin contraria, variando hasta 180.El segundo es el ngulo vertical medido desde el plano horizontal del suelo hasta el sol, ngulo que varadesde 0 (cuando el sol sale o se pone) hasta 90 (cuando se encuentra en el cenit).

Izquierda: ngulos solares: altura y acimut (http://www.jxj.com/magsandj/rew/2003_05/images/sun_04_502.gif)Derecha: applet para el clculo de la ubicacin del sol (http://www.squ1.com/site.html)
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Cuando se disea, no basta con conocer la ubicacin del sol en mo-mentos puntuales, sino que se requiere un panorama completo de suubicacin a lo largo del ao. Las herramientas ms aptas a tales efec-tos son los llamados diagramas de carrera del sol o bacos solares.De todos, el ms usado es el basado en la proyeccin estereogrfica,consistente en representar en un plano la bveda celeste por medio deuna proyeccin de las lneas circulares de igual altura del sol (figura

de la izquierda). Contrariamente a la proyeccin ortogonal simple, laestereogrfica permite representar de manera amplia los intervalos dealturas del sol en las zonas de la bveda celeste ms cercanas al hori-zonte. La utilidad de ello en el diseo es poder representar con clari-dad los objetos aledaos que producen sombras y que normalmentecubren esas zonas del cielo.

Proyeccin estereogrfica

baco solar de Caracas, ciudad ubicada a 10,5N y 66,56O (programa SUNTOOL v1.10)

Examinando el baco solar de Caracas (figura anterior) se puede deducir que aquellas fachadas orientadas E yO son las que ms perpendicularmente recibirn radiacin solar a lo largo del ao en la maana y en la tarderespectivamente, aquellas orientadas S recibirn sol entre los meses de octubre a abril todo el da con ciertainclinacin, mientras que las orientadas N lo harn entre los meses de abril y octubre con una inclinacin anmayor. Esto es as debido a la latitud de la Ciudad, ubicada al norte del ecuador, bien que no tan lejos de l,por lo que las trayectorias del sol oscilan en una franja relativamente centrada en el diagrama, pero desplaza-da hacia abajo, pues el sol tender a verse ms al sur que desde el ecuador. En este sentido, comprese el casode Caracas con los cuatro diagramas de la siguiente figura:


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Diagramas de carrera del sol para cuatro latitudes distintas (programa SUNTOOL v1.10)

SOMBREADO

Un primer mtodo para evaluar el sombreado es usando programas decomputacin grfica como AutoCad, 3DStudio, Revit, SketchUp o Vec-torWorks, los cuales incluyen mdulos para ubicar el sol en funcin dela hora, el da y el lugar de la Tierra y simular la luz solar y sus sombrasen imgenes esquemticas o foto-realistas de modelos tridimensionales(figura de la derecha). Una evaluacin bien hecha del sombreado usando

estos programas debe considerar la trayectoria anual del sol y su relacincon el edificio, esto es, debe hacerse en las fechas y horas ms adecua-das, de acuerdo a la orientacin de las fachadas o ambientes que se estnanalizando y la latitud en que se est (normalmente los solsticios, que escuando el sol est ms al frente, sea al norte, sea al sur).

Imagen foto-realista hecha con AutodeskViz(http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?siteID=123112&id=2157763)

Evaluar el sombreado de una propuesta arquitectnica usando programas de computacin grfica suponehaber considerado de alguna manera dicho criterio en la definicin de la misma. En ese caso los programas

hacen de herramientas de comprobacin, con la posibilidad de regresar a la propuesta y hacer los cambios quela evaluacin sugiera. Sin embargo, de no tomarse las decisiones con conocimientos tcnicos suficientes, lacomprobacin por medio de los programas derivara un proceso de ensayo y error poco riguroso. Una formade evitarlo es aplicando algn mtodo para la concepcin, dimensionado y estimacin de sombras y elemen-tos de sombreado. Bien que se trate de mtodos clsicos y de vieja data que pueden (y en muchos casos eshasta ms prctico) aplicarse manualmente, hoy en da estn incorporados a muchos programas especializa-dos de anlisis trmico de edificios (p.ej., Ecotect,ArchiWIZARD, Awnshade, DesignBuilder, Shading II,ShadowFX). En lo que sigue se explicarn los dos mtodos ms usados: a) el mtodo de los diagramas deventana solar y b) el mtodo de los ngulos de sombreado.

Mtodo de diagramas de ventana solar

Ya se apunt que el baco solar vara de acuerdo a la ubicacin geogrfica. En otras palabras, es relativo alsitio en que se encuentra el observador. Ahora bien, un observador rodeado de objetos altos tendr parcial-mente obstruida su visin del cielo. Si el sol se encontrara en esas partes del cielo que el observador no ve,dicho observador estar a la sombra; de lo contrario, recibir los rayos del sol. Las reas del cielo que el ob-servador no ve estn conformadas por puntos de acimut y altura especficos y coincidentes con los acimut yalturas de los puntos que conforman los obstculos. Ello permite representar dichos obstculos en el bacosolar (es decir, hacer su proyeccin estereogrfica), lo que da como resultado una apreciacin completa de losmomentos del ao en que el lugar desde donde se traza el diagrama estar a la sombra.
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Reportar los acimut y las alturas de los obstculos que se tengan en un lugar determinado sobre el baco solarequivale en los hechos a proyectar dichos obstculos en una semiesfera concntrica a la bveda celeste (verfigura). Al resultado se le denomina diagrama de ventana solar, aludiendo a la analoga entre ver el cielo porentre los obstculos y ver a travs de una ventana.

Formas que resultan incluir obstculos en la proyeccin estereogrfica de la bveda celeste (http://www.squ1.com)

La visin de los objetos representados en los diagramas de ventana solar al igual que la proyeccin del cieloen el baco solar equivale de hecho a una fotografa de la bveda celeste tomada con una cmara provista deun lente u objetivo de ojo de pezy abertura de 180.

Fotografa con lente de ojo de pez superposicin con el baco solar ventana solar:el observador estar a la sombra en los perodos de tiempo indicados por el baco en que el sol est obstruido

Un punto importante para dibujar los diagramas de ventana solar es saber cmo proyectar las aristas horizon-tales de los obstculos (por ejemplo, el borde superior de un edificio o de un alero). Como se aprecia en lasiguiente figura, la proyeccin estereogrfica de una lnea horizontal es una curva cuya curvatura depende dequ tan alta est la lnea desde la cota del observador (o la cmara). Se puede luego definir una plantillaconuna serie de curvas correspondientes a la proyeccin de lneas horizontales de diferente altura. Dicha plantillagira alrededor del centro del diagrama en funcin de la orientacin de la lnea en cuestin.

Representacin en el diagrama de ventana solar de lneas horizontales (http://www.squ1.com).
http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/


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En la siguiente figura se esquematiza el procedimiento para generar los diagramas de ventana solar.

Procedimiento para generar diagramas de ventana solar (tomado de:http://www.squ1.com):1. Se miden los acimut y alturas de los extremos de la lnea superior de contorno del primer plano visible del obs-

tculo y se reportan en el diagrama. Ambos puntos se unen siguiendo la direccin de las curvas de proyeccinde lneas horizontales. La parte sombreada representa la proyeccin de ese primer plano.

2.

El procedimiento se repite para el segundo plano visible del obstculo.3. La proyeccin del obstculo queda definida por las proyecciones de los planos visibles del mismo.

Siguiendo este procedimiento es posible re-presentar elementos de sombreado tpicos,como aleros, parasoles, prgolas, etc. En lafigura de la derecha se muestran dos ejemplos:una pared con un volado macizo de longitudinfinita y una pared con un volado en prgolade longitud infinita, ambos de ancho genrico.En ambos casos se dibujan los diagramas deventana solar para dos puntos, uno a nivel del

suelo y otro a la mitad de la altura. El que lalongitud sea considerada infinita permite tra-zar las lneas de acimut correspondientes a lalongitud real, quedando el rea final limitadapor dichas lneas. Por su parte, el ancho realproduce una disminucin o aumento del anchode la sombra, pudindose escoger el ms ade-cuado conforme al baco solar. Diagramas de ventana para volado macizo y en prgola

La principal ventaja de superponer los diagramas de ventana solar al baco solar es que con ello se lograapreciar de un vistazo la situacin de luz/sombra del punto desde donde se traz el diagrama a lo largo delao. Otra ventaja es que en casos tpicos, los diagramas de ventana solar se pueden considerar patrones de

elementos de sombreado genricos que se pueden rotar sobre el baco solar segn la orientacin de la fachadao componente que protejan, para as averiguar en detalle la adecuacin del elemento a la orientacin (en lasiguiente figura se presenta la superposicin entre el diagrama de ventana solar del volado macizo de la figuraanterior (caso del punto 2) y el baco solar de Caracas para las orientaciones N, O y SE). La desventaja prin-cipal de los diagramas de ventana solar es que slo informan la situacin en el punto desde donde se les traza,debindose repetir el procedimiento para otros puntos del componente a sombrear a fin de conocer su situa-cin completa frente al sol (no es lo mismo trazar el diagrama de ventana solar de un parasol desde el centrodel antepecho de la ventana, desde uno de los extremos, desde el centro o desde el tope). Una manera de sol-ventar esta desventaja es usar el mtodo de los ngulos de sombreado, lo que se explica a continuacin.
http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/


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Superposicin del diagrama de ventana solar de una pared con un volado macizo de longitud infinita y el baco solarde Caracas para tres orientaciones de cerramientos (N, O y SE)

Mtodo de los ngulos de sombreado

Los ngulos de sombreado se definen en funcin de la ubicacin del sol en un instante dado y la orientacindel componente a sombrear. Estos son el ngulo horizontal de sombreado (AHS) y el ngulo vertical de som-breado (AVS). El ngulo horizontal de sombreado es el ngulo horizontal entre el meridiano del sol y el planovertical normal al componente (u orientacin). El ngulo vertical de sombreado es el ngulo vertical entre el

plano horizontal y el plano constituido por el borde inferior del componente y el sol.

ngulos de sombreado

A estos ngulos se les puede entender tambin como los ngulos que definen las proyecciones lateral y hori-zontal de los rayos solares respecto del plano del cerramiento a proteger. Desde la perspectiva del cerramien-to,AHSindicara qu tan de ladovienen los rayos del sol y AVS indicara qu tan de arribalo hacen. Si sedefine a la orientacin del cerramiento como el acimut de la normal al plano del mismo (0 para una fachada

norte, 180 para una fachada sur, 90 para una fachada este y 270 para una fachada oeste), se llega a dos ex-presiones sencillas que permiten conocer el valor que toman dichos ngulos en un momento dado en funcindel acimut y la altura del sol (ntese que si la orientacin coincide con el acimut,AHS = 0yAVS = Altura):

acimutnorientaciAHS = ))cos(

)tan(tan(

AHS

AlturaArcAVS=

Estos ngulos son muy prcticos para definir las dimensiones de parasoles usando principios geomtricos ytrigonomtricos simples. Por ejemplo, para el caso de una ventana de altura hy ancho aa la que se va a in-corporar un parasol horizontal, se puede definir el ancho edel parasol en funcin deAVSy luego, en funcindel ancho calculado yAHS, definir la distancia de prolongacin d del parasol a un lado de la ventana.


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Vista lateral Vista en planta

Si, por ejemplo, en lugar de efectuar una prolongacin del parasol horizontal se decide incluir un parasol

vertical, se realizara el mismo clculo de la izquierda, pero usandoAHSen lugar deAVSy aen lugar de h.

Ciertamente, el resultado depende de la ubicacin del sol, lo que depende del da del ao y la hora. Es por elloque el meollo del mtodo es averiguar para qu da y hora dimensionar, de manera de cubrir todos los das yhoras del ao. Ello depende de la orientacin y de la geometra del problema. En lneas generales, los dasms desfavorables para sombrear son los solsticios, que es cuando el sol est ms de frentepara orientacionesque tiendan, as sea un poco, al norte o al sur. Las geometra del elemento a sombrear y del elemento de som-breado darn la hora, aunque no se pueda plantear para ello un mtodo universalizable, debindose pensarcada problema (aunque, como se ver en las prcticas, la proyeccin frontal de los rayos del sol, la cual coin-cide con elAVSde una fachada perpendicular a la que se desea sombrear, en muchos casos es un dato clave).

Se adivina que siempre que se haga el dibujo a escala, una evaluacin genrica, en etapa de anteproyecto,

permite derivar el orden de magnitudde las protecciones solares (ver siguiente figura).

Dimensionado del ancho de un alero de techo usando el ngulo vertical de sombreado (orientaciones norte y sur) (dibu-jo tomado de: Arquitectura y entorno. El diseo de la construccin bioclimtica - Lloyd Jones, David.)


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Geometra bsica de las protecciones solares en funcin de la orientacin

A una latitud especfica, la relacin geomtrica entre una fachada y la direccin de los rayos del sol dependede la orientacin de la fachada. Las protecciones solares deben responder a esa relacin. En este apartado sepresenta la configuracin geomtrica bsica que deben tener las protecciones solares externas fijas (incorpo-radas a una fachada) en el norte de Venezuela en funcin de la orientacin del componente a proteger.

No se discuten las protecciones solares internas, el empleo de obstculos externos o las protecciones mviles.Sin embargo, los principios descritos se aplican por igual a todo tipo de proteccin solar (por ejemplo, en elcaso de las protecciones externas mviles, el criterio es cumplir con dichos principios en las horas ms desfa-vorables, pudindose luego plegar la proteccin segn la ubicacin del sol). El arquitecto debe considerarsiempre que la solucin al sombreado puede integrar varios tipos de protecciones solares (por ejemplo, cuan-do se combinan parasoles con vegetacin y obstculos externos), con lo cual se evita sobredimensionar.

En lo que sigue se indica, primero, la geometra bsica para sombrear 100% en cada una de ocho orientacio-nes (N|NE|E|SE|S|SO|O|NO) y luego se presentan soluciones habituales que dan un sombreado parcial. Lameta no es sealar las dimensiones de la proteccin solar sino la geometra ms adecuada. Una vez definidoel tipo de proteccin, el arquitecto podr calcular las dimensiones para las circunstancias de su proyecto.

1. Fachadas norte y sur:

En Venezuela, las fechas ms problemticas a efectos de sombrear las fachadas norte y sur son respectiva-mente el 21 de junio (solsticio de junio) y el 21 de diciembre (solsticio de diciembre). En esas fechas el sol seencuentra al medioda en su posicin ms baja en esas orientaciones. El resto del ao la ubicacin del solflucta entre esos dos extremos. Sin embargo, en diciembre, con el sol al sur, su altura al medioda es apro-ximadamente 20 menor que en junio cuando est al norte, por lo que la fachada sur conlleva proteccionessolares mayores. En todo caso, conceptualmente, la situacin de esas fachadas es semejante, pues el sol seencuentra respecto de ellas a poca altura y a los lados en la maana y la tarde, y alto y al frente al medioda.

Hora AHS AVS

06:30 67.0 11.7

07:00 68.0 28.3

07:30 68.6 42.2

08:00 68.9 52.5

08:30 68.8 60.0

09:00 68.3 65.4

09:30 67.1 69.2

10:00 65.0 72.0

10:30 61.5 74.0

11:00 55.5 75.4

11:30 45.1 76.4

12:00 26.4 76.9

12:30 -2.1 77.1

13:00 -29.5 76.9

13:30 -46.9 76.3

14:00 -56.5 75.3

14:30 -62.1 73.8

15:00 -65.3 71.7

15:30 -67.3 68.816:00 -68.4 64.7

16:30 -68.9 59.1

17:00 -68.9 51.3

17:30 -68.5 40.5

18:00 -67.9 26.2

18:30 -66.8 9.3

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de jun. Orientacin norte


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Hora AHS AVS

07:00 -65.3 9.2

07:30 -63.5 22.6

08:00 -61.3 32.5

08:30 -58.5 39.7

09:00 -55.2 44.8

09:30 -51.0 48.6

10:00 -45.7 51.3

10:30 -39.2 53.2

11:00 -31.1 54.511:30 -21.2 55.4

12:00 -9.9 55.9

12:30 2.3 56.0

13:00 14.3 55.8

13:30 25.2 55.1

14:00 34.3 54.1

14:30 41.8 52.5

15:00 47.8 50.3

15:30 52.7 47.3

16:00 56.5 43.1

16:30 59.7 37.3

17:00 62.2 29.1

17:30 64.2 17.9

18:00 65.8 3.2

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de dic. Orientacin sur

Pantalla mixta vertical y horizontal:

La primera solucin caracterstica para las orientaciones norte y sur es unaproteccin solar mixta conformada por dos pantallas verticales y una horizon-tal. Las pantallas verticales actan en la maana y en la tarde (cuando el solse encuentra bajo y a los lados) y la pantalla horizontal acta al medioda(cuando el sol se encuentra alto y delante). Correctamente dimensionada, estaalternativa permite sombrear todo el ao el 100% de una ventana o una fa-chada orientada al norte o al sur. La misma puede asimilarse formalmente a

varios tipos de protecciones solares: balcones con cerramientos, espaciosintermedios abiertos, galeras, porches, patios techados con paredes, etc.


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Pantalla horizontal con prolongacin

Otra solucin tpica en esas orientaciones es la pantalla horizontal con pro-longacin a cada lado del componente a proteger. La prolongacin suple laspantallas verticales de la pantalla mixta. Sin embargo, para obtener el mismoefecto de sombreado, la extensin debe ser larga. Esta solucin puede aseme-jarse formalmente a un alero de techo o a cualquier volado extenso que se

encuentre por encima del componente a proteger.

Pantallas horizontal y mixta de estructura laminar

Las pantallas anteriores pueden hacerse de estruc-tura laminar para mejorar las condiciones de ilumi-nacin natural y ventilacin. La inclinacin de laslminas debe responder a los ngulos de sombrea-do. Un caso particular anlogo son las prgolas.

Celosa de elementos verticales y horizontales

La celosa cumple la funcin de la pantalla mixta,discretizando el rea que se busca sombrear. Ellargo requerido (dimensin perpendicular a la fa-chada) vara conforme al ancho y alto de cada aber-tura. Estas celosas pueden constituir la misma fa-chada (como por ejemplo cuando se hacen paredesde calados) o aadirse ms all de una fachada oventana a manera de doble hachada.


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Celosa de elementos horizontales y pantallas verticales

Esta solucin combina la celosa horizontal para protegerdel sol del medioda y las pantallas verticales para protegerdel sol de la maana y la tarde. Al igual que las solucionesanteriores, permite sombrear el 100% del tiempo en lasorientaciones norte y sur si se le dimensiona adecuadamente.

Celosa de elementos verticales y pantallas horizontales

Solucin semejante a laanterior pero intercam-biando el sentido de lascelosas y las pantallas.

2. Fachadas este y oeste

Las fachadas este y oeste hacen frente al sol cuando ste tiene baja altura (en la maana y la tarde). Por endeplantean la necesidad de obstruir la visin de las partes bajas del cielo en esas orientaciones. Por otra parte,los ngulos horizontales de sombreado oscilan entre unos 20 hacia el norte (el 21 de junio) y 30 hacia el sur(el 21 de diciembre), lo que lleva a prever cierta proteccin lateral. En horas del medioda, la altura del solobliga a contar con protecciones solares horizontales que estn por encima del componente a proteger.

So

lpordetrs

AHS AVS

07:00 24.7 4.2

07:30 26.5 11.7

08:00 28.7 19.308:30 31.5 26.9

09:00 34.8 34.7

09:30 39.0 42.6

10:00 44.3 50.5

10:30 50.8 58.6

11:00 58.9 66.8

11:30 68.8 75.0

12:00 80.1 83.3

12:30

13:00

13:30

14:00

14:30

15:00

15:30

16:0016:30

17:00

17:30

18:00

Hora

21 de diciembre

Hora AHS AVS

06:30 -23.0 5.0

07:00 -22.0 12.3

07:30 -21.4 19.5

08:00 -21.1 26.708:30 -21.2 33.9

09:00 -21.7 41.0

09:30 -22.9 48.1

10:00 -25.0 55.2

10:30 -28.5 62.2

11:00 -34.5 69.3

11:30 -44.9 76.4

12:00 -63.6 83.4

12:30

13:00

13:30

14:00

14:30

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

18:00

18:30

21 de junio

S

olpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de dic. y el 21 de jun. Orien-tacin este


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Hora AHS AVS

07:00

07:30

08:00

08:30

09:00

09:30

10:0010:30

11:00

11:30

12:00

12:30 -87.7 88.4

13:00 -75.7 80.1

13:30 -64.8 71.9

14:00 -55.7 63.7

14:30 -48.2 55.5

15:00 -42.2 47.5

15:30 -37.3 39.6

16:00 -33.5 31.7

16:30 -30.3 24.0

17:00 -27.8 16.4

17:30 -25.8 8.918:00 -24.2 1.4

Solp

ordetrs

21 de diciembre

Hora AHS AVS

06:30

07:00

07:30

08:00

08:30

09:00

09:30

10:0010:30

11:00

11:30

12:00

12:30 87.9 89.5

13:00 60.5 82.5

13:30 43.1 75.4

14:00 33.5 68.3

14:30 27.9 61.3

15:00 24.7 54.2

15:30 22.7 47.1

16:00 21.6 40.0

16:30 21.1 32.9

17:00 21.1 25.7

17:30 21.5 18.6

18:00 22.1 11.318:30 23.2 4.0

21 de junio

S

olpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de dic. y el 21 de jun. paraorientacin oeste

Visera inclinada hasta una altura cercana a la del borde ms bajo del componente a proteger

La necesidad de obstruir el sol estando bajoy al frente impone apelar a dispositivos quereducen la iluminacin de los espacios, laventilacin natural y la visual hacia el exte-rior. La visera inclinada es la solucin con-

ceptualmente ms efectiva si se planteacomo nico criterio el control solar, puescon ella se logra un sombreado de 100%todo el ao. Conviene hacerla mvil a losefectos de plegarla y desplegarla conforme ala ubicacin del sol. Igualmente conviene que sea permeable en la parte alta a fin de que no atrape el airecaliente. En todo caso esta solucin es anloga conceptualmente a todas las soluciones que obstruyan la vi-sin del cielo, tales como pantallas protectoras, contraventanas o dobles fachadas.

Pantalla protectora frontal con extensin

Aqu la extensin de los planos hacia

los lados sustituye la proteccin queproporcionan los laterales de la viserainclinada. Puesto que los ngulos desombreado horizontales no llegan aser altos y se cuenta de por s con unaplano frontal, dicha extensin es demenor dimensin que la requerida enfachadas norte o sur. Adicionalmentese mejoran un poco las condiciones deiluminacin y ventilacin.


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Pantalla protectora con estructura laminar

Las opciones anteriores usualmente se hacen con una es-tructura laminar que mejora la ventilacin y la iluminacin,permitindose a la vez cierta visin hacia el exterior. Laspartes del cielo que se podrn ver debern en principio seraquellas en las que no est el sol o est tan bajo que ya no

perjudique (es decir, hacia los lados o hacia el horizonte),por lo que las lminas deben inclinarse e intercalarse ade-cuadamente. Los bloques calados de planos inclinadoscumplen la misma funcin, sea colocados como una segun-da piel, sea como pared de fachada.

3. Fachadas noreste y suroeste

Las fachadas noreste y sureste son casos intermedios entre las fachadas norte y este y las fachadas sur y oeste,por lo que la solucin al sombreado tambin es intermedia. Las fechas ms desfavorables a objeto de som-brear estas fachadas son el 21 de junio en la orientacin noreste y el 21 de diciembre en la orientacin suroes-te. En ambos casos los rayos solares llegan la mayor parte del tiempo desde la derecha.

Hora AHS AVS

06:30 22.0 5.007:00 23.0 12.4

07:30 23.6 19.8

08:00 23.9 27.2

08:30 23.8 34.4

09:00 23.3 41.3

09:30 22.1 47.9

10:00 20.0 54.2

10:30 16.5 60.1

11:00 10.5 65.7

11:30 0.1 71.1

12:00 -18.6 76.2

12:30 -47.1 81.1

13:00 -74.5 85.9

13:30

14:00

14:30

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

18:00

18:30

21 de junio

Solpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de jun. Orientacin noreste


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Hora AHS AVS

07:00

07:30

08:00

08:30

09:00

09:30

10:00

10:30 -84.2 84.4

11:00 -76.1 78.7

11:30 -66.2 73.4

12:00 -54.9 68.4

12:30 -42.7 63.6

13:00 -30.7 58.9

13:30 -19.8 54.1

14:00 -10.7 49.2

14:30 -3.2 44.2

15:00 2.8 39.0

15:30 7.7 33.5

16:00 11.5 27.8

16:30 14.7 21.7

17:00 17.2 15.2

17:30 19.2 8.5

18:00 20.8 1.4

21 de diciembre

Solpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de dic. Orientacin suroeste

Pantalla vertical oblicua y pantalla horizontal

La proteccin solar debe proteger del sol bajo, parcialmente frontal y parcialmente lateral(llegando desde la derecha) as como del sol alto al final de la maana y comienzos de latarde, horas en que el ngulo horizontal de sombreado pasa del lado izquierdo (lo cual sepuede controlar con una prolongacin de la pantalla horizontal, puesto que el sol est almismo tiempo alto). Ello implica en principio recurrir a una proteccin horizontal con pro-

longacin a la izquierda y un plano oblicuo (o lateral, pero extenso) del lado derecho.

Celosa de elementos verticales oblicuos y una pantalla horizontalLa proteccin lateral oblicua se distribuye a lo anchodel componente con elementos de menor proyeccin.A diferencia de lo que se requerira en fachadas este uoeste, la oblicuidad es parcial, mantenindose unamejor visual hacia el exterior.


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Celosa de elementos verticales oblicuos y elementos horizontales

El rea a proteger se distribuye a lo alto y ancho. Se trata de la solucin adaptada delas celosas a la orientacin en cuestin. Recurdese que en las fachadas norte y sur lascelosas estaban conformadas por planos perpendiculares a la fachada, permitindoseuna visual directa al exterior, y en las fachadas este y oeste la celosa consista en pla-nos fuertemente inclinados que anulaban dicha visual. En las fachadas noreste y sures-

te la inclinacin es intermedia, permitindose una visual parcial.

4. Fachadas noroeste y sureste

La solucin del sombreado es anloga a la de las fachadas noreste y suroeste, con la diferencia que los planosse invierten, pues los rayos solares llegan ahora la mayor parte del tiempo desde la izquierda. Las solucionesque se plantearn para estas fachadas sern las mismas de ms arriba, pero con planos simtricos.

Hora AHS AVS

07:00 -20.3 4.1

07:30 -18.5 11.1

08:00 -16.3 17.7

08:30 -13.5 24.0

09:00 -10.2 30.009:30 -6.0 35.7

10:00 -0.7 41.0

10:30 5.8 46.2

11:00 13.9 51.1

11:30 23.8 55.9

12:00 35.1 60.7

12:30 47.3 65.4

13:00 59.3 70.3

13:30 70.2 75.4

14:00 79.3 80.8

14:30 86.8 86.7

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

18:00

21 de diciembre

Solpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de dic. Orientacin sureste

Hora AHS AVS

06:30

07:00

07:30

08:00

08:30

09:00

09:30

10:00

10:30

11:00

11:30 90.1 90.0

12:00 71.4 85.3

12:30 42.9 80.413:00 15.5 75.5

13:30 -1.9 70.4

14:00 -11.5 65.0

14:30 -17.1 59.3

15:00 -20.3 53.3

15:30 -22.3 47.0

16:00 -23.4 40.4

16:30 -23.9 33.4

17:00 -23.9 26.2

17:30 -23.5 18.8

18:00 -22.9 11.4

18:30 -21.8 4.0

21 de junio

Solpordetrs

Recorrido del sol en Caracas (10.5 N | 66.6 O) y ngulos de sombreado el 21 de jun. Orientacin noroeste


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Soluciones habituales para un sombreado parcial

Existen soluciones de sombreado que si bien no permiten sombrear 100% en ninguna orientacin, son co-mnmente usadas por tradicin o por facilidad de instalacin. stas son:

Visera

Funciona parcialmente en cualquier orientacin, en especialen las horas en que el ngulo vertical de sombreado sea altoy el ngulo horizontal de sombreado coincida con la orien-tacin. Tienen el defecto de que para ngulos de sombreadohorizontales de cierta magnitud se presentar una penetra-cin lateral del sol. La cada reduce la dimensin de la pro-yeccin hacia fuera de la fachada puesto que se reduce laaltura a proteger.

Pantalla inclinada

Funciona parcialmente cuando el sol es frontal o se encuen-

tra alto. Para ngulos de sombreado horizontales de ciertamagnitud la penetracin de sol puede ser importante (a me-nos de cerrar completamente, pues habitualmente son mvi-les). En todo caso es una solucin que se ve con frecuencia,sobre todo en fachadas este y oeste.

Proteccin frontal

Funciona parcial y pasajeramente cuando el sol es frontal(ngulos de sombreado bajos). Para ngulos de sombreadoaltos la penetracin de sol es importante. De ah que sepiense en este tipo de protecciones slo en las fachadas este

y oeste. Como sea es una solucin que se ve con frecuencia.

Parasoles verticales en serie

Este tipo de proteccin solar es usual en edificios. Funcionaslo cuando los ngulos horizontales de sombreado seanaltos (es decir, cuando los rayos solares lleguen de lado).Pueden usarse con resultados parciales en las orientacionesnorte y sur y en las orientaciones intermedias. Son pocoeficientes en las orientaciones este y oeste.

Parasoles horizontales en serie

Este tipo de proteccin solar es usual en edificios. Funcionaslo cuando los ngulos verticales de sombreado sean altos(es decir, cuando los rayos solares lleguen desde arriba). Enlas orientaciones norte y sur dejan entrar la radiacin solardirecta temprano en la maana y al final de la tarde; en lasorientaciones este, en la maana, y en las oeste, en la tarde.


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Tcnicas generales para el sombreado de ventanas y fachadas

Existen diferentes tcnicas para proteger una ventana o una fachada del sol, algunas de las cuales ya fueronmencionadas. En trminos generales, se les puede clasificar como se indica en la siguiente figura.

Modos de proteccin solar de ventanas y/o fachadas

En lo que sigue se comenta brevemente cada una de estas tcnicas.

Los obstculos externos pueden ser desniveles topogrficos (por ejemplo una montaa), construcciones ale-daas, la edificacin en otra de sus partes o la vegetacin. Las sombras que producen los obstculos presenteso las dimensiones y ubicacin de aquellos que se vayan a implementar pueden analizarse por cualquiera de

los mtodos expuestos en el presente texto, particularmente los diagramas de ventana solar. Al igual que laspantallas horizontales y verticales externas, los obstculos externos tienen la ventaja de que bloquean el solantes de que llegue al componente a proteger. Sin embargo, no siempre son constructivamente prcticos nifciles de implementar y controlar, requirindose en ocasiones complementarlos con tcnicas de otro tipo.

La vegetacin como elemento de sombreado es muy provechosa en el trpico, sobre todo en aquellas facha-das problemticas respecto de las cuales el sol tiene alturas bajas, como son las fachadas este y oeste. Se debeconsiderar que algunos rboles cambian de follaje cada cierto tiempo, pudiendo temporalmente perder supoder de sombreado. De igual forma, demasiada vegetacin podra ocasionalmente bloquear el viento, dismi-nuyendo el potencial de enfriamiento de la ventilacin natural, por lo que las partes ms frondosas de losrboles debern ubicarse estratgicamente. De hecho, en trminos generales, cualquier elemento de sombrea-do externo deber en principio concebirse observando simultneamente la ventilacin natural.

La vegetacin como elemento de sombreado

Respecto de una ventana o una fachada, lamisma edificacin en otra de sus partespuede entenderse como un elemento desombreado externo. El uso de volmenesen diferentes planos, con salientes y entran-tes, produce un conjunto de sombras pro-pias y arrojadas apto para disminuir la ne-cesidad de elementos adicionales de som-breado en aquellas fachadas as protegidas.

La misma edificacin como elemento de sombreado


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Espacios semiabiertos intermedios como porches, patios, galeras o balcones rodeando o complementando losespacios habitables internos pudiesen tambin considerarse obstculos externos, aunque representen en loshechos un tipo de proteccin anlogo a las pantallas horizontales y verticales, bien que, a diferencia de stas,no necesariamente se les conciba exclusivamente para sombrear. Sin embargo, constituyen un excelente re-curso de proteccin solar, muy usado en la arquitectura tradicional de las regiones tropicales (al igual que concualquier otro medio de proteccin, sus dimensiones pueden determinarse por medio de los mtodos de anli-sis presentados anteriormente).

Espacios semiabiertos funcionando como proteccin solar de los espacios internos

Especial atencin debe darse a la reflexin producida por las superficies externas (sobre todo el suelo y lasfachadas de otras edificaciones) o por el piso y paredes de patios, estacionamientos, corredores y balcones.sta puede en los casos ms desfavorables incrementar la radiacin solar global hasta en 40%. Al efecto de lareflexin de la radiacin producida por las superficies aledaas a las edificaciones se le denomina de maneragenrica albedo. De modo que obstruir adecuadamente la radiacin solar usando obstculos o cualquier otromedio de sombreado debe observar la geometra relativa de las superficies externas y el albedo que pudieranproducir en la edificacin. Conviene en este sentido que dichas superficies tengan poca reflectividad, siendouna opcin ptima de nuevo la vegetacin (grama, materos, adoquines calados combinados con grama,etc.). En la siguiente tabla se muestran valores tpicos de la reflectividad de diferentes tipos de suelo, as co-mo algunos tipos de fachada.

Tipo de superficie Reflectividad Tipo de superficie ReflectividadCsped fresco 0.20 Cemento gris pulido 0.35Csped seco 0.32 Acabado de concreto 0.35

Tierra negra recin cultivada 0.16 Pintura amarilla 0.4Tierra arcillosa 0.20 Pintura blanca 0.6

Arena clara 0.32 Ladrillos macizos rojos 0.35Grava 0.22 Vidrio reflectivo 0.25-0.40Asfalto 0.19

Reflectividad caracterstica de superficies externas aledaas a las edificaciones (Fuente: programa CODYBA)

Las pantallas externas fijas horizontales o verticales son por su parte modos eficaces de proteger un compo-nente, pues bloquean la radiacin solar antes de que llegue a l. Sin embargo, su factibilidad depende fuerte-mente del tamao y orientacin del componente. Por ejemplo, en Caracas, a las 3:00 pm, la altura del sol es

de aproximadamente 40, y proteger plenamente a esa hora una ventana oeste de 1,2 m de alto con una panta-lla horizontal requerira hacerla de 1,4 m de ancho. De ah que sea comn el uso de curvaturas en tales panta-llas, como es el caso de los toldos. Si la orientacin es ms favorable (tendiendo al norte o al sur), una panta-lla horizontal de tamao moderado puede combinarse con pantallas verticales a fin de bloquear verticalmenteel sol del medioda y lateralmente el sol de la maana y la tarde (ver siguiente figura).


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Pantallas fijas verticales y horizontales aptas para las orientaciones norte y sur

Los aleros y volados de techo, adems de servir de proteccin contra la penetracin de la lluvia, pueden con-siderarse y tratarse como pantallas externas, bien que, dependiendo de la orientacin, slo puedan protegerparcialmente una fachada, a menos que se les proyecte hacia abajo a fin de cubrir menores alturas del sol.

Volados de techo

Sin embargo, en trminos generales, para las fachadas que enfrentan el sol cuando tiene bajas alturas (facha-das este y oeste), los dispositivos que no se puedan ajustar no ofrecen buen control solar, mientras que aque-

llos mviles (toldos graduables, postigos, contrapuertas, persianas externas, etc.) pueden levantarse, enrollar-se o cerrarse, ya sea manualmente o respondiendo automticamente a los niveles de radiacin solar incidentea travs de mecanismos equipados con sensores fotoelctricos, aunque merme con ello la iluminacin, laventilacin y la visin hacia el exterior. De esta forma se les puede utilizar slo cuando sean necesarios, co-mo, por ejemplo, en la tarde si protegen una ventana oeste y en la maana si protegen una ventana este.

Pantallas externas mviles

Ahora bien, tal como se sugiri respecto de los toldos y los aleros de techo, a cualquier pantalla fija se le pue-de dar una curvatura o cada destinada a cubrir ngulos de sombreado menores (ver siguiente figura). Tam-bin se puede considerar dispersarla a lo largo y ancho del componente a los efectos de fraccionar la dimen-sin a proteger. Esta dispersin est por dems implcita en opciones de diseo como los bloques de ventila-cin (bloques calados) o los cerramientos de romanillas, con lo cual se logra combinar una buena proteccinsolar con una adecuada permeabilidad ante el viento y la luz (ver figura).


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Derecha: Pantallas externas fijas inclinadas, divididas o con curvaturas a fin de bloquear mejor el sol / Izquierda:Bloques calados: proteccin solar + ventilacin + iluminacin natural

En edificios con aire acondicionado, los vidrios reflectivos son opciones vli-das en las fachadas menos exigentes y en aquellos casos en que se desee au-mentar o complementar la proteccin ofrecida por algn otro dispositivo desombreado. Son sobre todo tiles en situaciones de elevada radiacin difusa(das clidos con nubosidad tenue y esparcida o muy alta humedad) en las quela penetracin de este tipo de radiacin no direccional puede ser considerabley/o cuando el albedo sea fuerte. Se debe tener presente que el uso exageradode vidrios reflectivos en zonas urbanas (caso de edificios de fachadas de vi-

drio) significa despachar la radiacin hacia las zonas exteriores adyacentes,pudiendo causar malestar en las personas que all se encuentran (figura de laderecha). En todo caso, los vidrios reflectivos deben entenderse siempre comoconstituyentes de una estrategia integral de control solar y no como una solu-cin per se, pues a pesar de que dejan entrar menos radiacin que los vidriossimples no anulan el efecto invernadero.

Las pantallas internas tienen la ventaja que se les puede adaptar con facilidad a situaciones cambiantes. Laspersianas, correderas y cortinas llevan dispositivos para adecuar su nivel de abertura a las condiciones de solen un momento dado. Funcionan mejor las persianas de romanillas verticales u horizontales, pues su rotacinpermite controlar simultneamente la entrada de luz, viento y sol. Sin embargo, las pantallas internas presen-tan el inconveniente que dejan entrar la radiacin de longitud de onda corta en el espacio que las separa del

vidrio. Dependiendo de su color, un porcentaje de dicha radiacin ser reflejado de regreso a travs del vi-drio, siendo el resto absorbido por la pantalla, produciendo su calentamiento. Este calor es reemitido a amboslados en forma de radiacin de longitud de onda larga, para la cual el vidrio es opaco, generndose un efectoinvernadero localizado entre la pantalla y la ventana. El aire que all se calienta posteriormente sube, entrandoal ambiente. Es importante por tanto que cualquier pantalla interna sea clara y reflectante en su cara al sol (loque en el mercado se conoce comoBlack out). Una opcin es disponer de una ranura en la parte superior delmarco o la pared para expulsar el aire caliente. Otra ms compleja y costosa es ubicar la pantalla entre dosvidrios, dejando abierta la parte superior del vidrio exterior a fin de evacuar el aire caliente.

Calentamiento en pantallas internas / Cortina con black out / Persiana incorporada a la ventana


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No obstante esta desventaja, las pantallas internas son una posibilidad altamente tentadora por su costo bienque en algunos casos pudiesen resultar ms onerosas que otros tipos de proteccin solar, pero, sobre todo,por la posibilidad de desligarlas de la construccin en s, simplificando tanto los costos asociados como eldiseo. Ello significa sin embargo que se remite el problema al usuario, lo que se justifica nicamente enclimas no muy calurosos donde se pueda desatender hasta cierto punto la ventilacin. Lo anterior no impideque las pantallas internas no puedan en los hechos concebirse como complementos de otros tipos de protec-ciones, habida cuenta que muchas veces se apela a ellas por razones de privacidad.

Cualquiera que sea el caso, una edificacin construida en el trpico debe siempre concebirse plantendosecomo criterio prioritario el control solar. No resulta aventurado afirmar que existe un efecto psicolgico debienestar trmico con slo observar una edificacin protegida del sol, al tiempo que tambin se puede ganarmucho en esttica. Ello es vlido tanto para las edificaciones que funcionan con climatizacin pasiva comopara aquellas que lo hacen con aire acondicionado (Nota: en este ltimo caso conviene, entre otras cosas, y alos efectos de reducir el consumo energtico, hacer ventanas ms pequeas a los fines de reducir las dimen-siones de las protecciones solares, habida cuenta que no se apelar a la ventilacin natural).

Edificios diseados menospreciando el control solar

Edificios diseados tomando en cuenta el control solar

TRANSMISIN DE RADIACIN SOLAR A TRAVS DE COMPONENTES TRASLCIDOS

La transmisividad de un componente traslcido es la fraccin de radiacin solar incidente que lo atraviesa.

Indica el grado global de transparencia del componente ante la radiacin solar. Sin embargo, esa transparen-cia no se reparte por igual en todas las longitudes de onda. Para comprender a cabalidad cmo y qu tantransparente es un material traslcido respecto de la radiacin solar es necesario conocer primero el espectrode la radiacin solar. La figura de la derecha muestra dicho espectro para un da despejado. All se observaque las fracciones predominantes de la radiacin solar son la luz visible y la radiacin infrarroja, seguida aunque bastante ms lejos de la radiacin ultravioleta. La reparticin es aproximadamente la siguiente: 47%luz visible, 45% radiacin infrarroja y 8% radiacin ultravioleta.


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Espectro de la radiacin solar en un da despejado (http://www.squ1.com)

En la siguiente figura se muestran ahora variaciones de transmisividad tpicas de cuatro diferentes tipos devidrio en funcin de la longitud de onda de la radiacin incidente:

Transmisividad de distintos tipos de vidrio en funcin de la longitud de onda (http://www.squ1.com)

Nota: la transmisividad concebida de manera global se puede ahora entender como la integral de las curvasanteriores, es decir, el promedio de las transmisividades para todas las longitudes de onda.

Obsrvese que los vidrios designados en la grfica como antisoly calorex (que se pudiesen reunir bajo ladenominacin de vidrios reflectivos), contrariamente a los vidrios ordinarios, estn fabricados con el propsi-to expreso de minimizar la entrada de radiacin solar infrarroja y ultravioleta sin disminuir su transparenciavisual. De ah que a efectos prcticos se definan dos propiedades complementarias a la transmisividad a fin dediferenciar el comportamiento de los vidrios ante el calor y la luz: el coeficiente de ganancias solares y latransmisividad visual.
http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/http://www.squ1.com/


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El coeficiente de ganancias solares es la fraccin de radiacin solar incidente que se absorbe y transmite. Enotras palabras, es la suma de la absortividad y la transmisividad (en ocasiones, en el caso de ventanas, se leagrega la absortividad del marco, ponderada segn el rea de ventana que ocupe). Por su parte, la transmisi-vidad visual es la fraccin de la radiacin solar visible incidente que se transmite.

Muchos fabricantes de vidrios y/o ventanas utilizan estos conceptos a fin de describir las cualidades de susproductos. Algunos los complementan con la llamada relacin luz-calor, que es simplemente la transmisivi-

dad visual divida entre el coeficiente de ganancias solares: a mayor relacin luz-calor ms eficaz es la combi-nacin entre dejar entrar luz y bloquear el calor (en la siguiente tabla se presentan valores tpicos de estosndices para materiales traslcidos genricos).

Material N decapas

Color Transmisividadvisual

Coeficiente de gananciassolares

Relacin luz-calor

Acrlicos/ Simple Transparente 0.92 0.77 1.19Fibras de vidrio Blanco 0.42 0.33 1.27

Bronce 0.27 0.46 0.59Doble Transparente 0.86 0.77 1.10

Blanco 0.39 0.30 1.28Bronce 0.25 0.37 0.67

Policarbonatos Simple Transparente 0.85 0.89 0.96Bronce 0.50 0.69 0.73Blanco 0.37 0.50 0.73

Doble Transparente 0.73 0.75 0.97Bronce 0.43 0.58 0.73Blanco 0.32 0.43 0.74

Vidrios Simple Transparente 0.89 0.82 1.09Bronce 0.55 0.64 0.87Verde 0.74 0.59 1.25

Doble Transparente 0.78 0.70 1.11Bronce 0.48 0.51 0.94Verde 0.66 0.47 1.40

Triple Transparente 0.70 0.53 1.32

Bronce 0.42 0.37 1.14Verde 0.61 0.38 1.61

Propiedades de materiales traslcidos (Fuente:www.energydesignresources.com/docs/sg-3-specs.pdf)

La dependencia de la transmisividad respecto de la longitud de onda indica que ningn vidrio es completa-mente transparente para todo el espectro radiativo. De ah que, por ms eficiente que ste sea, siempre se ledebe utilizar con cuidado en climas clidos y de fuerte sol. Cuando una radiacin de longitud de onda cortaatraviesa un cerramiento traslcido penetrando al interior de la edificacin, los objetos que all se encuentranabsorben una parte y reflejan otra. Dependiendo de la geometra del recinto y la absortividad y reflectividadde las superficies, la radiacin absorbida calentar los objetos, al tiempo que la reflejada ir rebotando y dis-tribuyendo la energa. Los objetos as calentados emitirn cada vez mayor cantidad de radiacin de longitudde onda larga, la cual puede quedar totalmente atrapada si los vidrios son opacos a ella. De no disponerse de

algn medio eficaz de enfriamiento (por ejemplo, una buena ventilacin), el resultado ser un calentamientoprogresivo conocido como efecto invernadero, y es la causa, por ejemplo, de las importantes cantidades depotencia de aire acondicionado requeridas en los edificios de fachadas de vidrios.

TCNICAS DE REFLEXIN Y AISLAMIENTO

Al ser opacos, las paredes y techos pueden y deben tratarse mediante tcnicas asociadas a los mecanismosde transferencia y propagacin del calor de cerramientos opacos presentados en el tema 3. Concretamente, eluso de acabados reflectivos y el uso de materiales aislantes. En el primer caso la meta ser reflejar tanto sol
http://www.energydesignresources.com/docs/sg-3-specs.pdfhttp://www.energydesignresources.com/docs/sg-3-specs.pdfhttp://www.energydesignresources.com/docs/sg-3-specs.pdfhttp://www.energydesignresources.com/docs/sg-3-specs.pdf


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como sea posible, puesto que la radiacin reflejada no tiene incidencia en el calentamiento de la edificacin.En el segundo, el aislamiento buscar bloquear el calor absorbido, impidiendo su conduccin. Se debe sealarque, dependiendo del clima, no siempre ser necesario apelar a ambas tcnicas para obtener condiciones deconfort o se podr condicionar una tcnica a la otra. Por otro lado, es obvio que una superficie a la sombra norequerir la observancia estricta de tales tcnicas, a menos que el albedo sea muy elevado o que la radiacindifusa tienda a ser alta por exceso de humedad y/o una nubosidad tenue y esparcida.

La arquitectura verncula de las regiones tropicales utiliza mucho los techos de materiales vegetales, los cua-les tienen altas resistencias trmicas. Tales techos son en efecto muy adecuados para el control solar, perotienen el inconveniente que se deterioran debido al crecimiento de hongos y la invasin de insectos, al tiempoque aumentan el riesgo de incendios. Por tal razn, cuando se apele a ellos se deber tomar en cuenta que seles debe renovar cada tantos aos o tratrseles con resinas protectoras y que se deben colocar a alturas talesque se minimice el riesgo ante el fuego.

Uso de superficies claras y materiales aislantes

De hecho, en el trpico, se debe considerar siempre que la humedad deteriora fcilmente las superficies exte-riores, oscurecindolas y propiciando el crecimiento de hongos. Es por ello que conviene considerar reflecti-vidades mximas de 0,6, incluso en superficies inicialmente blancas y brillantes (las cuales tienen en los he-chos valores cercanos a 0,8), a menos que las mismas sean limpiadas o pintadas con regularidad.

Considerando que una buena resistencia trmica reduce la necesidad de apelar a colores claros y vice versa,vale preguntarse hasta qu punto apelar a ambas tcnicas a la vez. Al respecto, el Prof. Baruch Givoni 1pro-pone un mtodo sencillo para estimar la necesidad de aislamiento trmico en un cerramiento expuesto al sol

(techo o pared) en funcin de la radiacin incidente, el color de la superficie exterior y un aumento admisi-ble de la temperatura del cerramiento en su cara interior. El mtodo en cuestin se explica a continuacin.

Determinacin de la resistencia trmica requerida segn el color de la superficie de un cerramiento

La principal simplificacin que se asume en el mtodo es la siguiente: la temperatura del aire interior es muyparecida a la del aire exterior. Esta suposicin es vlida en edificaciones ventiladas, por lo que el mtodopresenta como condicin que el problema de la ventilacin est resuelto adecuadamente.

El mtodo propone la definicin previa de un aumento admisible de la temperatura del cerramiento en sucara interior. En vista que la edificacin se encuentra bien ventilada, el principal problema pasa a ser el ma-lestar que pudiera causar un incremento excesivo de la temperatura radiante por efecto del calor conducido

hasta la cara interior del cerramiento.

Notacin: : absortividad de la superficie exterior (color). Es: intensidad de la radiacin solar incidente en la cara exterior del cerramiento (W/m

2)

hey hi: conductividades superficiales de las caras externa e interna del cerramiento (W/m2C). Recurdese que estas conductivi-

dades superficiales difieren para techos y paredes. Ts-a: incremento de la temperatura sol-aire por encima de la temperatura del aire debido al sol (C).

Ti: incremento admisible de la temperatura de la cara interior del cerramiento por encima de la temperatura del aire (C).

1Climate considerations in building and urban design, Baruch Givoni. Van Nostrand Reinhold, N.Y., 1998.


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Procedimiento:

Se debe calcular el incremento de la temperatura sol-aire por causa del sol. Se asume que los techos pierden5C por efecto de la emisin de radiacin hacia la bveda celeste y las paredes 2C por efecto de la emisinde radiacin hacia su entorno. Luego, los incrementos de la temperatura sol-aire se obtienen como sigue:

Techos: 5=

e

s

as

h

ET

Paredes: 2=

e

s

as

h

ET

El flujo de calor conducido desde el exterior hasta el interior se debe a la diferencia entre los incrementos porencima de la temperatura del aire en ambas caras:

)(ias

TTK =

donde Kes la conductancia del cerramiento.

Este flujo debe ser igual al flujo superficial en la cara interior puesto que el aire interior tiene una temperaturaigual al aire exterior:

)()(iiias

ThTTK =

de donde se despeja la resistencia trmica requerida:

)(

)(

)(

)(

ii

ias

ias

ii

Th

TTR

TT

ThK

=

=

(m2C/W)

Ejemplo 1:

Un techo de acabado rojo (=0.65) recibe en su cara exterior una radiacin solar de 1000 W/m2. Dicho techoest en una zona de viento moderado, por lo que la conductividad superficial exterior no es muy alta, de 15W/m2C, al igual que la conductividad superficial interior, la cual es de 7 W/m2C. Sin embargo, la viviendaes bastante permeable, por lo que la temperatura del aire interior es parecida a la exterior (Text Tint). Culdebe ser la resistencia trmica del techo para que la temperatura de su superficie interior no aumente ms de2C por encima de la temperatura del aire?

El incremento de la temperatura sol aire es:

C3.38515

100065.05 ===

x

h

ET

e

s

as

La resistencia trmica requerida es entonces:

C/Wm6.2)2(7

)23.38(

)(

)( 2=

=

=

ii

ias

Th

TTR

Se advierte que esta es una resistencia trmica alta, lo que implica el uso de algn material aislante.Ejemplo 2:

Una pared blanca (=0.3) con orientacin oeste recibe en su cara exterior una radiacin solar de 600 W/m 2.Dicha pared est en una zona de viento moderado, por lo que la conductividad superficial exterior no es muyalta, de 12 W/m2C. La vivienda tiene una ventilacin suficiente para que la temperatura del aire interior seaparecida a la exterior (Text Tint). La conductividad superficial interior de la pared es 7 W/m

2C. Cul debeser la resistencia trmica de la pared para que la temperatura de su superficie interior no aumente ms de 2Cpor encima de la temperatura del aire?


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El incremento de la temperatura sol aire es:

C13212

6003.02 ===

x

h

ET

e

s

as

La resistencia trmica requerida es entonces:

C/Wm79.0)2(7

)213(

)(

)( 2=

=

=

ii

ias

Th

TTR

Esta resistencia trmica se puede obtener con bloques de Alivn (estos bloques tienen de por s una buenaresistencia trmica) de 12.5 o 15 cm de espesor. Se observa que no hace falta usar capas de materiales muyaislantes cuando la cara exterior de la pared est pintada de blanco.

Al aplicar este mtodo se debe saber escoger el valor de la radiacin solar en funcin de la orientacin delcomponente. Conviene en tal sentido usar valores mximos representativos, de manera de cubrir todos loscasos. stos corresponden a das soleados y fechas y horas distintas para cada orientacin. Tomando comoreferencia los niveles de radiacin solar global tpicos en Venezuela, se llega, luego de separar dicha radia-cin en directa y difusa y aplicar la ley del coseno (ver el tema 2, clima), a los siguientes valores promedio:

Orientacin del cerramiento Radiacin solar de diseo

(W/m2

)

Fecha y hora en que se presenta la radiacin solar

mximaPlano horizontal 1000 Medioda, cualquier da del aoSur 600 Medioda del 21 de diciembre

Norte 400 Medioda del 21 de junioEste y Oeste 600 9:30 a.m. y 2:30 p.m. cualquier da del ao

Suroeste y Sureste 600 9:30 a.m. y 2:30 p.m. el 21 de diciembreNoroeste y Noreste 500 9:30 a.m. y 2:30 p.m. el 21 de junio

Radiacin incidente mxima representativa en cerramientos al sol segn su orientacin (en Venezuela)

El mtodo del CSTB

Otro mtodo es el propuesto por el CSTB de Francia (Centre Scientifique et Technique du Batiment) paralas Antillas Francesas. Se trata de grficos que permiten estimar la resistencia trmica requerida, tanto paraparedes como techos, en funcin del nivel de sombreado, el color exterior y la ventilacin (ver figuras).


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Se debe recordar que con el aislamiento hay que tener cuidado. Un recinto rodeado de cerramientos aislantesbloquea la entrada del calor, pero tambin su salida (as como un termo, el cual sirve para conservar el fro oel calor). De ah que un exceso de aislante deba al menos acompaarse de medios de evacuacin del calor quese genera en el recinto, como una buena ventilacin y/o un compromiso entre cerramientos aislantes y con-ductores, ubicando los primeros en las fachadas expuestas al sol y los segundos en las fachadas a la sombra,de modo de expulsar por conduccin a travs de estas ltimas el calor acumulado (sobre todo de noche).

ORIENTACIN

El baco solar permite deducir en trminos geomtricos cules orientaciones son ms desfavorables respectode la incidencia del sol. Sobre la base de los datos de las estaciones meteorolgicas y aplicando la ley delcoseno es posible averiguar cunto ms desfavorables lo son. Los valores presentados en las siguientes grfi-cas lo muestran para el caso de Caracas. A pesar de que las orientaciones este y oeste reciben igual cantidad,se seala que, a efectos de confort, se debe considerar como ms desfavorable la orientacin oeste. La raznes que entrada la tarde, el calor general es mayor, por lo que el control solar de aquellas fachadas orientadasoeste debe ser an ms riguroso.

Radiacin solar incidente en funcin de la orientacin para Caracas

(En base a datos de la FAV - 1985)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

R

adiacinincidente(MJ/m2/da)

Plano horizontal Sur

Su roes te = Su res te Oes te = Es te

Noroeste = Noreste Norte

Variacin de la radiacin global promedio diaria mes a mes en funcin de la orientacin del cerramiento (Caracas).

Totales anuales de radiacin so lar incidente segn la orientacin (Caracas,

en base a d atos de la FAV -1985)

5,802

2,8553,120 3,164

2,612

2,139

Plano horizontal Sur Suroeste =

Sureste

Oes te = Es te No ro es te =

Noreste

Norte

Orientacin

Radiacinsolarinciden

te(MJ/m2/ao)

Totales anuales de radiacin solar incidente segn la orientacin (Caracas, con base en datos de la FAV -1985)


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Obsrvese que desde el punto de vista de la cantidad de radiacin solar que incide a lo largo del tiempo en loscerramientos la orientacin sur no es en la prctica ms favorable que las este y oeste. La razn es que si bienen las segundas el sol incide ms perpendicularmente, lo hace slo en las maanas o en las tardes, mientrasque en la orientacin sur lo hace durante todo el da, aunque durante una parte del ao. Sin embargo, como yase explic, en este ltimo caso es ms fcil proteger la fachada mediante pantallas externas, puesto que el soltiene ms altura al medioda y se encuentra ms hacia los lados en la maana y en la tarde.

Debido a lo anterior resulta muy recomendable siempre que el terreno y el entorno lo permitan minimizarel rea de las fachadas este y oeste, as como la cantidad y el tamao de las aberturas en dichas fachadas. Ellosignifica orientar las fachadas principales hacia el norte y el sur, siempre que no se contraren los requeri-mientos de ventilacin, en cuyo caso ser necesario un compromiso entre dicha exigencia y el control solar.Dicho con otras palabras, en climas tropicales, la planta ideal ser la de una edificacin alargada en direc-cin este-oeste con una fila de espacios cuyas ventanas, balcones y puertas miren hacia el norte y hacia el sur.

Finalmente, en aquellos casos en que no se puedan evitar las fachadas de difcil control, resulta adecuadoconsiderar una distribucin de espacios tal que aquellos ambientes de menor permanencia de las personas(baos, vestier, pasillos, depsitos, estacionamientos, etc.) den hacia dichas fachadas, ubicando los otros es-pacios en las dems o confinndolos hacia adentro. De nuevo, ello depender de la posibilidad de conjugar talprocedimiento con la obtencin de una ventilacin natural adecuada (Nota: estas recomendaciones sern deta-

lladas junto con otras cuando se aborde el tema 6, diseo bioclimtico).

|LR Actualizado en febrero 2013

06 control solar

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