Principios de diseño arquitectónico solar

1. 14/03/2020
1
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
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.
1
2
3

2. 14/03/2020
2
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 invierno
 Evitar el SOL en verano
 Iluminación natural
adecuada todo el año
“Energía ABUNDANTE, INAGOTABLE Y GRATUITA.
11/03/2011LUMA.FA.UAS ‐Arq. Celia R. Gastélum
4
5
6

3. 14/03/2020
3
Construir
con el Sol
 La arquitectura
vernácula ha
respondido desde
siempre al CLIMA
Viviendas Trogloditas en
Matmata, Túnez
Vivienda china en
Tungkwan
Teotihuacán, México
Vivienda 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?
7
8
9

4. 14/03/2020
4
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 rotación
de la Tierra está
inclinado
 23º 27” respecto
al plano de la
eclíptica.
10
11
12

5. 14/03/2020
5
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
13
14
15

6. 14/03/2020
6
Técnicas de análisis de
asoleamiento
Diagramas y Representaciones Gráficas
Graficando la
ruta del Sol
16
17
18

7. 14/03/2020
7
Domo celeste y
Ventana Solar
CENIT
SOL
PROYECCION
DEL SOL
ORIGEN
h = ALTURA SOLAR
a = AZIMUT 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
19
20
21

8. 14/03/2020
8
Conclusiones
La 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
solar
Diagrama solar estereográfico y máscara de sombras
Cómo
podemos
entender la
trayectoria
solar
 Métodos de análisis y su aplicación en la arquitectura
22
23
24

9. 14/03/2020
9
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
25
26
27

10. 14/03/2020
10
Evaluación de
dispositivos de control
solar
Un diagrama
para cada
aplicación:
cartesiana
ortogonal
gnomónica
estereográfica
polar
Tipos básicos
de
protecciones
solares
y su
proyección de
sombra
28
29
30

11. 14/03/2020
11
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
31
32
33

12. 14/03/2020
12
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
34
35
36

13. 14/03/2020
13
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
solar
Evaluación 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”
37
38
39

14. 14/03/2020
14
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
40
41
42

15. 14/03/2020
15
Verticales
1. 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
43
44
45

16. 14/03/2020
16
Recomendaciones
Generales
Evaluación de
dispositivos de
control solar
Ejemplo de
Análisis
46
47
48

17. 14/03/2020
17
Partesol
derecho
Partesol
izquierdo
Volado
49
50
51

18. 14/03/2020
18
Traslado de
ángulos al
transportador
solar
Partesol
derecho
Partesol
izquierdo
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
52
53
54

19. 14/03/2020
19
Orientación
sureste
La 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
dispositivos
Límites 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
55
56
57

20. 14/03/2020
20
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.
58
59
60

21. 14/03/2020
21
7. Con esta información,
diseñar dispositivos
sencillos o mixtos que
cubran las necesidades
mínimas detectadas,
utilizando el vocabulario
gráfico.
61