Geometría Solar y Ángulos de Incidencia

Técnicas de Análisis de Asoleamiento

Herramientas de Diseño Solar

Estrategias de Control Solar

Diseño de dispositivos de control solar

Caso de estudio:

Modelización-simulación de asoleamiento

Tema 3: Helio Arquitectura

Geometría solar y ángulos de incidencia

Proceso General de Análisis Bioclimático

El objetivo es traducir los datos climáticos en conceptos de diseño en un proceso gradual donde se transita de datos numéricos a gráficas, después a cartas y diagramas, de ahí a esquemas, a conceptos de diseño y finalmente al partido. La evaluación de este partido llevará al proyecto definitivo.

Conocimiento del Sol

El Sol es nuestra fuente original, toda la energía proviene del Sol

El asoleamiento es el principal causante de todas las variables del clima en la Tierra

El hombre lo estudia desde hace siglos Stonehenge 1840 AC Pirámide de Kukulcán Chichén Itzá 900 DC Arquitectura vernácula en todo el mundo

Qué es la Geometría Solar

Conocimiento de la trayectoria de los rayos solares tanto en su componente térmica como lumínica Orientación óptima

Mejor ubicación de espacios interiores de acuerdo al uso

Diseño de aberturas y dispositivos de control

Calentamiento, enfriamiento e iluminación para el confort humano

Tecnología Solar Pasiva

Cosechar el SOL en inviernoEvitar el SOL en verano Iluminación natural

adecuada todo el año

“Energía ABUNDANTE, INAGOTABLE Y GRATUITA.

11/03/2011LU

MA

.FA.U

AS -A

rq. Celia R. Gastélum

Construir con el Sol

La arquitectura vernácula ha

respondido desde siempre al CLIMA

Viviendas Trogloditas en Matmata, Túnez

Vivienda china en Tungkwan

Teotihuacán, MéxicoVivienda seri en Mesa Verde,

Colorado

el Sol ha estado ahí desde siempre y de muchas maneras el hombre ha aprovechado sus beneficios.

El Sol y la Tierra Orbita elíptica

Perihelio y afelio

Movimientos de la Tierra Rotación – día y noche Día solar – 23h 56m

4.099s

Traslación – cambios estacionales

Año solar – 365d 5h 48m 45.19s

Geometría Solar

¿Cómo pueden los arquitectos manipular la energía del sol?

SINALOA:Latitud 27º 02‘ - 22º 29' Norte

Longitud 105º 23' - 109º 28‘ Oeste

Movimientos de la Tierra:

Rotación

Movimientos de la Tierra:

Traslación

Plano de la Eclíptica

Ángulo de 23.27º respecto al eje de rotación

Los rayos solares inciden perpendicularmente sobre la superficie terrestre en un punto distinto cada día del año

Declinación 0 en el Ecuador – equinoccios + 23.27º trópico de cáncer – solsticio de verano - 23.27º trópico de capricornio – solsticio de invierno

Distintas duraciones del día y la noche, estaciones y factores ambientales

Equinoccios y Solsticios

El eje de rotaciónde la Tierra está

inclinado 23º 27” respecto

al plano de la eclíptica.

La Ruta del Sol

Calculando los efectos de las sombras

Bóveda Celeste Ruta del Sol

Cenit – Nadir

Localización de un punto en la superficie terrestre Latitud y Longitud

Localización de un punto en la bóveda celeste Altura y Acimut

Bóveda Celeste

Técnicas de análisis de asoleamiento

Diagramas y Representaciones Gráficas

Graficando la ruta del Sol

Domo celeste y Ventana Solar

Heliodón: para entender la Ruta del Sol

2. Ajustar MES

1. Ajustar LATITUD

4. Ajustar HORA

3. Ajustar ORIENTACIÓN

Experimentación:

NO TOCAR LÁMPARAS

Nuestro equipo en el LUMA

ConclusionesLa Radiación Solar ejerce una influencia dominante en los factores climáticos y energéticos que condicionan el confort en nuestros edificios.

Entender las relaciones entre el sol, el clima y la arquitectura nos ayudará a diseñar mejores edificios, aquellos que contribuyan al equilibrio armónico entre ambiente natural y humano.

Arquitectura SOLARMENTE Responsable

Herramientas de diseño solarDiagrama solar estereográfico y máscara de sombras

Cómo podemos entender la trayectoria solar

Métodos de análisis y su aplicación en la arquitectura

Métodos de Análisis

Gráficos – Ej. Gráficas y diagramas solares

Matemáticos – Ej. Trayectoria, posición y energía

Simulación tridimensional – Ej. Heliodón

Software – Ej. SketchUp/Google Earth, Autodesk Ecotect Analysis

Diagramas Solares:

proyecciones

Referencias:

Astronomy Simulations and Animations, University of Nebraska Lincoln http://astro.unl.edu/classaction/animations/coordsmotion/eclipticsimulator.h

tml

Ecotect Community Wiki http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Solar_Position

Geoscience Animations http://esminfo.prenhall.com/science/geoanimations/animations/01_EarthSu

n_E2.html

Acondicionamiento Térmico, Josué Llanqué http://dc195.4shared.com/doc/Xjopk7PT/preview.html

Evaluación de dispositivos de control solar

Un diagrama para cada aplicación:

cartesianaortogonalgnomónicaestereográfica polar

Tipos básicos de protecciones solares y su proyección de sombra

Método Gráfico

Para evaluar un dispositivo de control solar necesitamos:

1. Diagrama solar estereográfico para la latitud del sitio (2)

2. Transportador solar o máscara de sombras

3. Tabla de temperaturas horarias en base a las normales climatológicas del sitio1.

2.

3.

Procedimiento:

1. Calcular Temperatura Neutra y Zona de Confort para colorear la gráfica de temperaturas horarias

Procedimiento:

2. Trasladar temperaturas horarias a la gráfica solar estereográfica

3. Alinear transportador solar sobre la gráfica de modo que coincidan ambos centros

Procedimiento:

Fachada NEFachada NW

Procedimiento:

4. Girar el transportador hasta encontrar la orientación del dispositivo analizado

Fachada NW

De enero a junio la temperatura en las tardes está por encima de la ZC.En los meses de mayo y junio, desde las 13:00 el calor es MUY INTENSO hasta el anochecer

Procedimiento:

5. Encontrar las fechas y horarios con necesidad de protección solar

6. Se buscan los ángulos que cubren el período crítico y de todas las combinaciones de ángulos posibles que satisfacen la protección necesaria para seleccionar la más conveniente.

Estrategias de control solarEvaluación y Diseño de Dispositivos de Control Solar DCS

Dispositivos de control solar

Componentes a considerar: Térmica Lumínica Ventilación

Control, no obstrucción

“La principal estrategia de enfriamiento es el control solar, ya que no tendrá que enfriarse algo que no se ha calentado”

Concepto General de Diseño

Forma, configuración y orientación Orientación general del proyecto Configuración compacta o dispersa Ubicación esquemática de los espacios interiores

por uso Con atrio o patio central De uno o varios niveles Con alturas simples o dobles

Los DCS se pueden agrupar por:

Su posición respecto a los planos de fachada Horizontales Verticales Mixtos

La geometría solar nos dará los “ángulos de protección” pero el diseño dependerá de

la creatividad del arquitecto

Horizontales

1. Alero, volado

2. Pórtico

3. Repisa

4. Persiana

5. Faldón

6. Pérgola

7. Toldo

8. Techo escudo o doble techo

5

6

7

8

1

2

3

4

Verticales1. Pantalla

2. Partesol

3. Persiana

4. Muro doble o muro escudo

1

2

3

4

1

2

Mixtos y combinados

1. Marcos

2. Celosías

Otros

1. Remetimiento de ventanas

2. Cambio de orientación de ventanas

3. Contraventanas

4. Nuevos acristalamientos

5. Cortinajes

6. Vegetación

1

2

3

4

5

6

Recomendaciones Generales

Evaluación de dispositivos de control solar

Ejemplo de Análisis

Partesolderecho

Partesolizquierdo

Volado

Traslado de ángulos al

transportador solar

Partesolderecho

Partesolizquierdo

Volado

Si la ventana está orientada al Sur,los dispositivos de control solar están evitando el paso de los rayos solares en todas las áreas con color

Transportador sobre gráfica solar:

El acceso que tendrá el sol será la sección amarilla de la trayectoria solar anual mostrada en la gráfica

Orientación sur

Orientación suresteLa protección de los partesoles no incide sobre la trayectoria solar de la grafica.El volado es el único que está protegiendo. Los partesoles podrían eliminarse y la protección sería la misma.

Diseño de dispositivosLímites de protección necesarios:A qué hora y en qué meses es necesaria la protección.

Para ello es necesario trasladar los datos de temperaturas horarias a la gráfica solar.

Esto nos indica las zonas frías (en azul) y de sobrecalentamiento (en naranja).

Evidentemente tenemos que proteger las zonas calientes y permitir el asoleamiento en las frías

Orientación sureste

Orientación 15 °hacia el sur-este • Asoleamiento durante

algunas tardes de invierno

• Zonas de sobrecalentamiento en fachada aumentaron

• Pero pueden ser bloqueadas por dispositivos de control solar.

• El punto crítico de diseño será el límite de la zona de sobrecalentamiento.

Decisiones de diseño

A partir de éste punto se define el ángulo de protección necesario en el transportador de sombras

Como se aprecia en la imagen, un ángulo de protección de 70°grados es suficiente para proteger la ventana del sobrecalentamiento.

7. Con esta información, diseñar dispositivos sencillos o mixtos que cubran las necesidades mínimas detectadas, utilizando el vocabulario gráfico.