SIMULACIÓN DEL DESEMPEÑO SOLAR Y EL COMPORTAMIENTO DE LAS SOMBRAS EN EDIFICACIONES. Estudio de caso de un edificio municipal en Loranca, España. Arq. Jorge Hernán Salazar Trujillo Actualizado el 1 de enero de 2005 RESUMEN Se describe el método de evaluación aplicado para calcular el desempeño de un edificio ante la radiación solar directa y el beneficio energético de aplicar dos alternativas diferentes de protección solar. Se compara, para una localidad especifica, la cantidad de radiación solar directa que recibe un edificio con todas sus ventanas localizadas sobre la superficie o plano de fachada; qué tanto se reduce esta energía usando un sistema de protección solar dimensionado de manera empírica, y cual sería el beneficio exacto de hacer este dimensionamiento de manera precisa y con el auxilio del computador.
ASOLEAMIENTO EN EDIFICACIONES GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN ENERGÍA MEDIO AMBIENTE ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍA ESCUELA DE ARQUITECTURA. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. SEDE MEDELLÍN.
SIMULACIÓN DEL DESEMPEÑO SOLAR Y EL COMPORTAMIENTO DE LAS SOMBRAS EN EDIFICACIONES. ESTUDIO DE CASO DE UN EDIFICIO MUNICIPAL EN LORANCA, ESPAÑA. Arq. Jorge Hernán Salazar Trujillo
[email protected] INTRODUCCIÓN Cada vez un mayor número de personas relacionadas con la industria de la construcción involucran un compromiso medio ambiental a su labor profesional. Para ellos esta claro que optimizar el comportamiento ambiental de un edificio implica balancear los estimativos del consumo energético del edificio durante su vida útil con el monto de la inversión necesaria para edificarlo. Salvo algunas excepciones, utilizar todos los materiales de última generación en la construcción de un diseño que involucra las más avanzadas técnicas de ahorro de energía hace, desde el punto de vista económico, poco viable la ejecución del proyecto. En muchos lugares del planeta la energía es barata o la tecnología de última generación muy costosa; para que un proyecto sea ambientalmente sano y económicamente sensato en estas localidades, es necesario hacer un balance entre las especificaciones técnicas del proyecto y los consumos energéticos que ocasionará su funcionamiento. En el diseño se hicieron análisis con respecto a los equipos electromecánicos, los sistemas de acondicionamiento de aire, el costo ambiental de los materiales utilizados en la construcción y se hizo un
énfasis especial en evitar la especificación de materiales que se consideran en la actualidad como ambientalmente peligrosos. Condicionantes urbanísticos como la relación con las plazas del entorno y la forma del lote, obligaron a que el edificio tuviera la mayor parte de sus ventanas orientadas hacia oriente y occidente, motivo por el cual resolver exitosamente el asoleamiento y la protección solar de las fachadas fue un requisito fundamental para lograr la optimización energética del proyecto. Se describen algunos de los sistemas de protección solar que permitieron reducir tan dramáticamente las cargas calóricas por radiación solar, pero el método de dimensionamiento de los elementos de protección solar será mencionado brevemente ya que se trata de una técnica en la que se trabaja sobre cada abertura de manera independiente. El logro fundamental de esta experiencia es que, tras una serie de cálculos individuales, se hizo una integración de datos que permitió analizar la edificación como una sola unidad. Estos valores finales son los que permitieron evaluar y justificar la inversión necesaria para instalar los diferentes elementos de protección solar diseñados para cada orientación y ventana particulares.
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Modelo del edificio y sus condiciones de asoleamiento, aproximadamente a las 2:00 de la tarde, de un día de verano. A la izquierda la fachada oeste y a la derecha la fachada sur
Detalle de la fachada este del proyecto, aproximadamente a las 10:00 de la mañana en época de primavera.
ANTECEDENTES El edificio de la Junta Municipal y Casa de la Cultura de Loranca esta localizado en el municipio de Fuenlabrada, cerca de Madrid y experimenta los rigurosos inviernos y los calurosos veranos característicos de la capital española, donde no es extraño que en las tardes la temperatura supere los 40°C. Por las condiciones extremas en una y otra estación, la optimización energética del edificio y su sistema de acondicionamiento de aire implicaba reducir al mínimo la carga calórica por radiación solar durante el verano y permitir el acceso controlado de radiación solar por la fachada sur durante el período invernal. Uno de los objetivos fundamentales del proyecto fue no plantear sobrecostos por razones bioclimáticas superiores al 10%, conseguir ahorros energéticos próximos al 25 o 30% y retornos de amortización en torno a los diez años.
comparación con el calor desprendido por las personas y la iluminación artificial durante algún evento. Estas características en el uso del edificio hacen que la potencia del equipo de aire acondicionado no experimente grandes reducciones por la instalación de los elementos de protección solar. Los ahorros en energía provendrán de la reducción del consumo energético de los equipos de acondicionamiento de aire durante los períodos en que el edificio presenta factores de ocupación bajos, los cuales serán la mayor parte del tiempo.
Por ello la Agencia Internacional de energía ha mostrado su interés en incorporar la Junta Municipal a su programa T-23, dedicado a proyectos demostración de edificios para equipamientos. Por tratarse de un edificio público, con salas de exposición y auditorio, la afluencia de personas durante horas pico puede ser bastante grande y la carga calórica por radiación solar será poco representativa en
METODOLOGÍA La labor de análisis y refinamiento del sistema de protección solar se hizo en tres fases diferentes. En la primera fase se analizó el edificio completamente desnudo, en la segunda fase el edificio con voladizos sobre la ventanería y, en la tercera fase, el edificio con todos los sistemas de protección solar dimensionados en detalle. Se mantuvieron constantes el volúmen del edificio, el área de fachada cubierta por vidrio y las dimensiones de las ventanas, para calcular en cada fase la cantidad de radiación solar directa que llegaría a las aberturas acristaladas. Esto permitió tener un conocimiento preciso del beneficio obtenido por el sistema de protección solar en relación con un edificio de igual área, igual volúmen e igual cantidad de ventanas, pero carente de protección solar. Las
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ventanas fueron clasificadas en diferentes tipos de acuerdo a su diseño y orientación; el resultado de estas comparaciones se presentara junto con las conclusiones en la figura 23. FASE 1. EDIFICIO SIN PROTECCIÓN SOLAR Y CON LA VENTANERÍA INSTALADA SOBRE EL PLANO DE FACHADA En esta primera fase de evaluación el edificio esta completamente desprotegido ante la radiación solar; carece de sombra exterior alguna y todas sus ventanas están a ras con los muros. Por ello presenta las condiciones de asoleamiento más desfavorables que el edificio puede llegar a tener. Esta primera fase se utilizó como patrón de comparación porque cualquier modificación sobre la envolvente del edificio daría como resultado una reducción en las cargas energéticas por radiación solar. FASE 2. EDIFICIO CON VOLADIZOS Y RETROCESOS ENTRE LA VENTANERÍA Y EL PLANO DE FACHADA A nivel de prediseño y dimensionados de una manera empírica, se diseñaron unos retrocesos que desde el punto de vista volumétrico aportan valor estético al edificio y que proyectan sombra sobre sus ventanas. En esta fase se altera la forma del edificio pero no se haría ninguna inversión adicional en elementos cuya función exclusiva sea proteger las ventanas de la radiación solar directa. FASE 3. EDIFICIO CON QUIEBRASOLES CALCULADOS PARA CADA VENTANA SEGUN SU ORIENTACIÓN Teniendo en cuenta la sombra de los voladizos y retrocesos de la fase anterior, se hizo el diseño de las rejillas, elementos horizontales y mallas de sombrío para instalar en cada abertura. Estos elementos fueron diseñados y optimizados con el auxilio del computador para que el máximo
rendimiento coincidiera con la fecha y hora de mayor ganancia energética para cada ventana y orientación particulares. Esta última fase se constituye en el diagnostico definitivo del comportamiento solar del proyectado edificio. El método de evaluación del desempeño solar que fue aplicado consistió en calcular tres valores, uno para cada fase, representativos del comportamiento global del edificio ante la radiación solar directa. Para ello fue necesario clasificar todas las ventanas y puertas vidrieras del proyecto en función de su diseño y orientación en nueve tipos de aberturas; cada una de ellas se analizó en tres ocasiones, una para cada fase. Este procedimiento arrojo como resultado un conjunto de 27 gráficos y 27 valores de Eficiencia de protección Solar, valores que fueron utilizados en el cálculo de los promedios ponderados que se presentan al final. FUNDAMENTOS Para predecir el comportamiento de una ventana ante la radiación solar directa es necesario calcular la cantidad de energía que alcanza su superficie; esta magnitud varía en función de la orientación y forma de cada abertura, así como de las trayectorias solares. La posición aparente del sol en la bóveda celeste varía constantemente y por ello el cálculo de la dirección de los rayos solares debe ser hecho para varias fechas en el transcurso del año y varias horas en cada una de estas fechas. Estos valores se integran para conocer la energía que entraría, de manera teórica y en ausencia de nubosidad, por una determinada abertura durante el período comprendido entre el solsticio de verano y el solsticio de invierno, intervalo en el cual el sol ocupa todas las posiciones posibles sobre la bóveda celeste.
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Además de éste hay otros tres factores que no es pertinente analizar aquí pero que participan de manera directa en el asoleamiento de toda edificación. Ellos son la variación en la intensidad de la radiación a lo largo del día y del año, el entorno geográfico y las condiciones de acceso solar del lugar y las características geométricas de la ventana y su sistema de protección solar. Una vez estos cuatro factores, que tienen incidencia en el desempeño de un protector solar fueron calculados, fue necesario reunirlos en un solo valor que expresara apropiadamente la manera en la cual dicho protector solar se comporta frente a la radiación solar directa. Esta magnitud es el factor de eficiencia de protección solar (E), y se define como el producto de S por I (E=S*I ), en la cual S corresponde al cociente entre el área desprotegida y el área total del vano e I corresponde al cociente entre la radiación solar incidente y la radiación máxima posible. E es simplemente un porcentaje, en el cual un valor de E=100% representa unas condiciones de asoleamiento muy desfavorables y valores de E cercanos a 0 representan condiciones de asoleamiento altamente eficientes. Esta magnitud es representativa para un instante particular. Para revelar la forma como el protector solar se comporta a lo largo de todo el año, es necesario calcular una cantidad significativa de instantes distribuidos apropiadamente a
lo largo del mismo. Esta operación se realiza automáticamente mediante un programa de computador que utilizando los datos geométricos tridimensionales del protector solar con su correspondiente ventana y entorno, efectúa los cálculos necesarios para generar las gráficas que representan el factor de eficiencia de protección solar durante todo el año. Interpretación de Diagramas Figura 3 Los diagramas incluidos en este documento reflejan las variaciones del factor E para una latitud y ventana determinada. Las abscisas corresponden a las horas del día en el horario de verano. Las ordenadas las fechas comprendidas entre junio 22 y diciembre 21 (los valores comprendidos entre enero y junio no son representados debido a que se pueden obtener con un márgen de error aceptable mediante un proceso de simetría). El eje Z representa el factor de eficiencia de protección solar E. Además, cada diagrama incluye en su esquina inferior izquierda una vista con un corte realizado a una altura correspondiente a E=10% con el fin de facilitar las comparaciones entre diferentes diagramas. Para su elaboración fueron utilizados datos precisos acerca del lugar y el emplazamiento, así como las dimensiones reales de los elementos arquitectónicos analizados.
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EL COEFICIENTE GLOBAL DE EFICIENCIA DE PROTECCIÓN SOLAR El coeficiente Global de Eficiencia de protección Solar es el cociente entre la energía que recibe una ventana durante un año y la que recibe, durante el mismo período de tiempo, un plano horizontal localizado en latitud cero, de área equivalente y en ausencia de sombra. El resultado de este cociente es un porcentaje, donde un valor de 100% solo puede ser obtenido por la ventana patrón. Toda abertura inclinada o vertical recibirá una cantidad de radiación inferior, por ello el valor de EG será para ellas siempre inferior a 100%. Figura 4 Diagrama que representa la variación de la Eficiencia de protección Solar E para un plano horizontal, en ausencia de sombra y localizado en latitud cero. Es la superficie patrón que fue utilizada para definir el Factor de Eficiencia Global, motivo por el cual en este caso el valor de EG es de 100%. El valor máximo de E es de 100% y se presenta en el solsticio de otoño a medio día; fecha y hora en la cual los rayos solares llegan perpendicularmente a localidades ubicadas sobre la línea del Ecuador. El Factor de Eficiencia Global EG es el volúmen contenido bajo la superficie que
representa la variación de E, pero expresado en porcentaje, para comparar el desempeño ante la radiación solar de dos ventanas basta comparar sus coeficientes de Eficiencia Global; si una ventana tiene un EG de 20% y otra de 60% puede asegurarse que la segunda recibe el triple de radiación solar directa que la primera y que ambas reciben la quinta y las tres quintas partes de lo que recibiría un plano de área equivalente, instalado horizontalmente, y localizado en la línea ecuatorial. Este método ha sido aplicado con éxito en la evaluación de ventanas de manera individual, y fue descrito con mayor detalle en el artículo "Shading Device Evaluation Method" que se cita en la bibliografía, pero no es de tanta utilidad si se requiere evaluar el comportamiento de una edificación ante la radiación solar de manera integral. ANÁLISIS Como ya se mencionó anteriormente, las aberturas del proyecto se clasificaron en función de su forma y orientación en nueve tipos de ventanas; dos orientadas al sur, una al norte, tres al oriente y tres al occidente. Para la elaboración del presente artículo se seleccionaron tres de estos nueve tipos de aberturas; se incluyen aquí las graficas de la segunda, quinta y novena
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ventanas con sus respectivos análisis en cada una de las fases y se resaltan en la figura 23 para ilustrar el procedimiento. VENTANA TIPO 2 FASE 1 Muro cortina orientado al sur A la izquierda. Se trata de un ventanal de 8.00 metros de altura y 23.70 metros de ancho, orientado exactamente al sur y que cierra todo un costado del edificio. Instalado a ras de la fachada, no se proyectaría ninguna sombra sobre el ventanal e indudablemente en las épocas de verano habría un importante sobrecalentamiento en esta fachada. Esto ocurriría porque una abertura orientada hacia el sur y localizada en el hemisferio norte recibe normalmente una mayor cantidad de energía que en cualquier otra orientación. A la derecha. Como puede comprobarse
en el diagrama de evaluación, el acceso solar al edificio por el costado sur se daría durante todo el año, con excepción de los lapsos comprendidos entre 7:00 y 9:00 de la mañana y 6:00 y 9:00 de la tarde de los meses de mayo y junio. La cantidad de energía que ingresaría por este muro cortina sería el 54% de la que ingresaría por un por un plano horizontal, de área equivalente, y localizado en latitud ecuatorial. FASE 2 A la izquierda. Un par de muros laterales y un plano inclinado en la parte superior de la ventana conforman un marco con un grosor de3.40 metros. Al menos el primer piso empieza a disfrutar de alguna sombra durante los meses de verano, aunque la planta baja aun quedaría insuficientemente protegida. A la derecha. El diagrama demuestra como
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entre mayo y mediados de julio el asoleamiento del muro cortina mejora sustancialmente porque ha quedado cubierto parte del recorrido aparente del sol durante el período de verano. Aunque pasar de un EG de 54% a otro de 45% significa que la cantidad de radiación que llega hasta el ventanal se reduce casi una quinta parte, sería deseable que esto ocurriera a partir de la primera semana del mes de septiembre, época en la que se suelen encender los equipos de calefacción en esta región de España. FASE 3 A la izquierda. Para poder bloquear el sol de verano hasta el mes de agosto, permitir leves ingresos de radiación solar hasta el mes de septiembre y finalmente dejar entrar tanta radiación como sea posible hasta finales de la primavera, es necesario dividir la protección solar en dos zonas, una para cada planta. Si se pretendiera proteger con un único quiebrasol toda la fachada, la planta baja quedaría insuficientemente protegida o la primera planta exageradamente protegida. Las celosías horizontales sobre el techo protegen el primer piso, el elemento horizontal de 2.50 metros de ancho y confinado entre los muros laterales atiende la planta baja.
A la derecha. El diagrama de evaluación demuestra como antes del 15 de agosto no ingresa ninguna radiación solar directa a través del muro cortina; sin embargo, en el invierno se permite la entrada de casi la totalidad de radiación. Comparando con la figura 6, se puede verificar como en verano se lograría eliminar por completo el ingreso de radiación solar directa al edificio mientras en invierno se experimentaría una reducción de la ganancia energética (calculada con el máximo) de solo un 25%. Si se combinan los factores de eficiencia global de la primera y tercera fase (54.29% y 27.12% respectivamente) se puede comprobar como la relación es de dos a uno; es decir que la ganancia energética se ha reducido a la mitad. Se enfatiza que el valor de 27.12% corresponde a la mitad invernal y permitiría reducir el consumo energético por concepto de calefacción. VENTANA TIPO 5 Ventana superior de la planta baja orientada al este FASE 1 A la izquierda. Se trata de un conjunto de siete ventanas instaladas en línea, de 0.90 mts. de altura y 27.25 mts. de longitud, orientado exactamente al este y apoyado sobre un elemento en concreto que cubre el acceso principal del edificio. Al instalarse en
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el plano de la fachada, esta ventana no recibiría la sombra de ningún elemento. A la derecha. Todos los días del año, desde temprano en la mañana y hasta el inicio de la tarde, la radiación solar directa alcanzaría estas ventanas. La cantidad de energía que llega a estas ventanas es el 32% de la que llegaría al plano de referencia. Se trata de un valor inferior al del ventanal orientado al sur (54%) porque el número de horas en que recibe radiación solar directa es menor. FASE 2 A la izquierda. Un vuelo con una longitud de 1.80 mts. en la placa reforzada del piso superior proyecta mucha sombra, especialmente en la parte más próxima
a ella. Por motivos estéticos las ventanas no se instalan en esta zona sino en la parte baja, junto al elemento en concreto que sombrea el acceso al edificio. A la derecha. Los rayos solares deben llegar bastante pronunciados para que la sombra del voladizo cubra completamente la ventana. Por este motivo, en las primeras horas del día no hay diferencia entre este diagrama y el de la figura 12. Sin embargo alrededor de las 11:00 se empieza a aprovechar la sombra proyectada por el voladizo, al punto que durante las horas más calientes del día la cantidad de radiación directa que llega a la ventana es nula, reduciendo en un 35% la cantidad de energía que alcanzaría la ventana.
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FASE 3 A la izquierda. Para controlar los rayos solares que durante la primera parte de la mañana alcanzan la ventana, se instala un protector solar horizontal de 0.90 metros de ancho. La distancia que lo separa del voladizo es la óptima para obtener la mayor cantidad de sombra por unidad de longitud de quiebrasol y depende del ancho del elemento, de la conformación física del edificio y de los valores de radiación máximos obtenidos de la evaluación realizada para la fase anterior. A la derecha. Analizando la sección horizontal del diagrama puede verificarse como el intervalo en el cual llega radiación solar a la ventana es idéntico entre esta fase y la anterior. Esto sucede porque un ancho de 0.90 mts es insuficiente para sombrear
completamente la ventana. Sin embargo los valores máximos se han reducido sustancialmente y ahora esta ventana recibe el 39% de la energía que recibiría en caso de estar completamente desprotegida. Este 61% de reducción se distribuye en un 35% aportado por el voladizo y un 26% aportado por el quiebrasol horizontal. VENTANA TIPO 9 Ventana de la primera planta orientada al oeste FASE 1 A la izquierda. Se trata de siete ventanas de 2.60 mts. de altura y 3.25 mts. de ancho, correspondientes cada una de ellas a un espacio individual y separadas entre si por muros divisorios. Estas ventanas están
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orientadas exactamente hacia el oeste y aunque en el proyecto se ha previsto una arborización de altura suficiente para sombrarlas, es conveniente proteger la fachada con elementos arquitectónicos; si en un futuro la fachada cuenta además con la sombra de elementos naturales, mucho mejor. A la derecha. Todas las tardes del año la radiación solar directa alcanzaría estas ventanas; la cantidad de energía que llegaría a ellas es el 32% de la que llegaría al plano horizontal de referencia. Porque el edificio esta alineado con los ejes geográficos, este diagrama es perfectamente simétrico al de la ventana este (figura 12). Cualquier ligera desviación en la orientación, tendría como consecuencia que estas ventanas tuvieran comportamientos desiguales. FASE 2 A la izquierda. Un voladizo en la placa reforzada del piso superior con una longitud de 1.05 mts. y una prolongación de los muros que separan cada espacio de los espacios adyacentes, conforman un marco perimetral alrededor de cada una de las ventanas. A la derecha. Los rayos solares tienen que llegar muy verticales para que las sombras
producidas por el voladizo y las aletas laterales cubran por completo las ventanas. Por este motivo el ingreso de radiación, que antes ocurría a las 2:00 de la tarde ocurre ahora a las 3:00; diferencia poco significativa puesto que a esta hora aun restan bastantes horas de sol. Sin embargo, la sombra cae siempre sobre la ventana y reduce en todo momento el área expuesta al sol. Por ello hay una reducción del 52% en la cantidad de energía con respecto a la fase anterior. FASE 3 A la izquierda. En un verano español la fachada occidental es el costado crítico en asuntos de climatización. Por este motivo, además del voladizo y las aletas laterales, se especifico una rejilla metálica compuesta por elementos horizontales. La dimensión de las piezas obedece a limitaciones de índole técnico, su inclinación a los requerimientos de visibilidad característicos de un sitio a 5.40 mts. sobre el nivel del suelo. El espaciamiento entre las laminas se cálculo en función de los valores de radiación máximos para la fase anterior. Esto significa que si se eliminaran el voladizo y las aletas laterales, el espaciamiento requerido hubiera sido diferente.
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A la derecha. Los niveles de eficiencia de protección solar característicos de las rejillas son altísimos, por ello es típico utilizarlas en orientaciones difíciles como en este caso. Sin embargo, todas rejilla implica una limitación importante en la visibilidad, por ello es importante diseñarlas adecuadamente para permitir un ángulo visual tan amplio como sea posible. En este caso, la rejilla permitiría reducir en un 95% la cantidad de radiación solar directa que llega a la ventana y permitiría la visual hacia el parque y la zona verde adyacentes al edificio. FASE FINAL DE LA EVALUACIÓN Las tres fases de evaluación y los nueve tipos de aberturas dan un total de veintisiete valores de EG, estos valores se multiplicaron cada uno por el área del vano correspondiente y se totalizaron en las tres IDENTIFICACIÓ N Área vidriada mt² V9 al Sur MC1 al Sur V3 al Norte V2 al Este V1 al Este V6 al Este V4,V7,V8 al Oeste V1 al Oeste V6 al Oeste TOTALES Promedio Ponderado EG Transformado Ventana sur en invierno Resto de ventanas
12.96 189.60 76.08 62.68 24.53 59.15 110.12 24.53 59.15 618.80
FASE 1 EG% area*EG 54.29 703.60 54.29 10293.38 1.72 130.86 31.64 1983.20 31.64 776.13 31.64 1871.51 31.64 3484.20 31.64 776.13 31.64 1871.51 21890.52 35.38 100.00%
fases. Las tres sumatorias, una por cada fase, se dividió por el área total acristalada del proyecto (618.80 mt²) para obtener los promedios ponderados del Coeficiente de Eficiencia Global. La siguiente Tabla resume las operaciones realizadas para obtener los tres valores, uno para cada fase, representativos del comportamiento global del edificio de la Junta Municipal de Loranca ante la radiación solar directa. Estos tres valores se resaltan en la última línea de la tabla. Se resaltan también las ventanas cuyo análisis se incluyó en el presente artículo. En relación con el plano referencia el valor ponderado de 35.38% de la primera fase puede ser interpretado de la siguiente manera; el edificio de la Junta Municipal y Casa de la Cultura de Loranca, de ser FASE 2 EG% area*EG 54.29 703.60 45.17 8564.23 1.72 130.86 11.89 745.27 20.55 504.09 12.27 725.77 9.18 1010.90 20.55 504.09 16.48 974.79 13863.60 22.40 63.32%
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FASE 3 EG% area*EG 20.69 268.14 27.12 5141.95 0.05 3.80 3.98 249.47 12.40 304.17 1.61 95.23 3.98 438.28 12.40 304.17 1.61 95.23 6900.44 11.15 31.52% 24.71% 6.81%
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construido con todas sus ventanas instaladas a ras con el plano de su correspondiente fachada, recibiría teóricamente el 35.38% de la radiación solar directa que recibiría un plano de 618.80 mt² instalado horizontalmente en algún sitio de latitud ecuatorial. Este tipo de comparaciones resultan bastante abstractas y de difícil aplicación en la evaluación especifica de un proyecto, por ello los valores ponderados correspondientes a cada una de las fases fue transformado proporcionalmente para que el valor de la primera fase tuviera un valor de 100%. Hecho esto, se hace evidente como la primera fase tuvo la finalidad de servir de patrón de comparación a las otras dos. El valor transformado de EG para la segunda fase es de 63.32% y la diferencia entre la fase uno y la fase dos de 36.68 %, valor que corresponde a la cantidad de energía que no llega hasta las aberturas del edificio gracias al control solar efectuado por los diferentes retrocesos en fachada.
período invernal y en un 6.81% que ingresa por las demás aberturas. CONCLUSIONES • Los retrocesos en la fachada de la segunda fase protegen el edificio de los rayos solares durante las horas más brillantes del día, por ello logran reducir a la tercera parte las ganancias solares por radiación solar directa. Este es un resultado muy satisfactorio, especialmente si se tiene en cuenta que se trata de un sistema que fue dimensionado aplicando principios elementales de mecánica solar y sin el auxilio de herramientas de cálculo y verificación del asoleamiento más sofisticado.
Mediante la adición de algunas pantallas de control solar y el refinamiento y optimización de los sistemas aplicados en la segunda fase, la cantidad de radiación solar directa se lograría reducir hasta el 31.52%, valor correspondiente a la última fase.
• El refinamiento y posterior optimización en el dimensionado y posicionamiento de los sistemas de protección solar permitió reducir en algo más de dos tercios las cargas energéticas a que estaría sometido el edificio por concepto de la radiación solar directa. El comportamiento y desempeño de un sistema de protección solar es difícil de predecir sin el análisis minucioso y detallado que se alcanza con la ayuda del computador. Como en este problema participan tantas variables simultáneamente, alcanzar este nivel de eficiencia sin hacer cálculos muy detallados hubiera sido exageradamente laborioso.
Es decir un 31.80% menos que la segunda fase y un 68.48% menos que la primera. Es conveniente resaltar que el valor de la última fase en ningún momento puede considerarse como un remanente no resuelto por el sistema de protección solar; uno de los objetivos del proyecto fue aprovechar de manera controlada la radiación solar por la fachada sur durante los meses de invierno. Por ello el valor de EG de la fase tres (31.52%) esta compuesto en un 24.71% por radiación solar directa que ingresa por la fachada sur durante el
• Reducciones tan dramáticas en la carga calórica por radiación solar directa no siempre son viables de ser alcanzadas de una manera económica en una edificación. En este caso hay que tener presente que las fachadas norte y sur solo suman un 30% del área de fachada y que se trata de un edificio alargado y con la mayor área de fachada expuesta hacia oriente y occidente. En un edificio con planta cuadrada, o en otro con su mayor área de fachada hacia orientaciones menos desfavorables, el ahorro energético prodigado por el sistema
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de protección solar será significativo pero difícilmente tan alto como en este proyecto. • A pesar de la orientación tan desfavorable del proyecto, finalmente se logro definir una envolvente apropiada para la orientación y características climáticas del lugar. Estos logros repercutirán en un ahorro económico y energético a mediano y largo plazo, pero también harán que las condiciones ambientales reinantes al interior del edificio sean acordes con las actividades que alberga. El bienestar ofrecido por este edificio a sus visitantes será con seguridad más alto que el de un edificio convencional. CRÉDITOS La realización del proyecto ha sido efectuada por el equipo de trabajo de A.U.I.A. (Arquitectos Urbanistas e Ingenieros Asociados, S.L.) formado por Luis Álvarez-Ude, Mario Muelas Jiménez, Manuel Paredes Grosso, Fernando Prats Palazuelo y Alfredo Villanueva Paredes. Arquitectos involucrados en el desarrollo del proyecto, Fernando Fernández y Fernando Soriano. En el asesoramiento Bioclimático han participado Manuel Macias, ingeniero del CIEMAT y los arquitectos Margarita de Luxan y Jorge Hernán Salazar. BIBLIOGRAFÍA 1 ASHRAE, Cooling and Heating Load Calculation Manual, New York. pp 3-25/351 A3.9/A3.11. 2 Autodesk, Inc. AutoLISP Release 10, Programmer's Reference. California, 1989. 119 p.
3 Bedoya Frutos, Cesar and Francisco Javier Neila. Las técnicas de Acondicionamiento Ambiental: Fundamentos arquitectónicos. Departamento de construcción y tecnología Arquitectónicas. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, 1992, 285 p. 4 M.C. Lan William. Sunlightning as Formgiver in Architecture. Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1986. 464 p. 5 Melguizo Bermúdez, Samuel and Octavio Uribe Toro. Asoleamiento, Teoría General y Diagramas. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Facultad de Arquitectura, 1987, Medellín. 54 p. 6 Olgyay, Víctor. Clima y Arquitectura en Colombia. Universidad de Valle, Carvajal y Compañía, Cali, 1968. pp 41-48, 5153, 76-83, 131-154. 7 R.G. Barry and R.J. Chorley. Atmósfera, Tiempo y Clima. Editorial Omega, Barcelona, 1980. pp 48-49. 8 Salazar, Jorge Hernán. Diseño de un Sistema de Evaluación y Representación de la Eficiencia de Protección Solar. Tesis de grado, Universidad Nacional, Facultad de Arquitectura, Medellín, 1992, 108 p. 9 Salazar, Jorge Hernán. Sunlightning Evaluation in Buildings. Building Research and Information, Volume 23, Number 3, pp 182-187, May/June 1995. 10 Salazar, Jorge Hernán.protección Solar en Edificaciones. Peldar S.A., Medellín, 1996, 90 Pág.
Fin del documento.
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