Control solar final en arquitectura bioclimatica PDF

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redaccion de fenomenos que se involucran en la arquitectura bioclimatica, para el cuidado del medio ambiente, asi tambien como el ahorro y uso eficiente de la energia en edificios y casas residenciales....

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Universidad Politécnica de Chiapas Ingeniería en Energía Doctor: Bianca Yadira Perez Sariñana. Introducción ala aqr. Bioclimática. Control solar. Cuatrimestre: 9 º Grupo: “B” Equipo.

Vázquez Medina Erick Rodrigo. Sergio Antonio Frias Gomez. Gustavo Rafael Anza Torrez. Jorge Sabel Díaz morales. Hugo Alexis Jiménez Trujillo. Francisco Iván García flores.

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. 1

Contenido Control solar. ....................................................................................................................................... 3 Descripción. .......................................................................................................................................... 3 ¿Cómo funciona? ................................................................................................................................. 4 SISTEMAS DE CONTROL SOLAR CON DISPOSITIVOS ARQUITECTÓNICOS............................................ 5 Dispositivos móviles ............................................................................................................................ 6 Dispositivos de control solar fijo ......................................................................................................... 6 CONTROL VERTICAL ............................................................................................................................. 8 S I S TE M AS

DE

C ON TR OL

S OL A R

SI N

D IS PO S I TI VO S A R QU ITE CT ÓN IC OS ........... 11

EL COLOR ........................................................................................................................................... 13 LOS VIDRIOS PARA CONTROL SOLAR ................................................................................................. 14 Láminas de control solar.................................................................................................................... 14 CONTROL SOLAR ALREDEDOR DEL MUNDO ...................................................................................... 15 Control solar dependiendo el clima de región .................................................................................. 17 ¿Que son los dispositivos de control solar? ......................................................................................18 Dispositivos de control solar.............................................................................................................. 21 Referencias. ....................................................................................................................................... 24

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Control solar.

Descripción. Reduce el aumento de calor solar y ofrece altos niveles de luz natural lo cual proporciona ambientes confortables y agradables para vivir y trabajar. El



control

solar

es

un

clave

en

términos

de

ahorro

de

energía:

En condiciones de calor, o para edificios con altas cargas internas, se usa para minimizar el aumento de calor solar al rechazar la radiación solar y ayudar a controlar el brillo.



En condiciones más templadas, se puede usar para equilibrar el control solar con altos niveles de luz natural.

Ilustración 1. Control solar.

3

Los productos de control solar cubren todos los requisitos arquitectónicos, ofreciendo soluciones para grandes y pequeñas áreas acristaladas en todo tipo de edificios.

Ilustración 2. Vidrio de control solar.

¿Cómo funciona?

El vidrio administra la radiación de calor solar por tres mecanismos: reflectancia, transmitancia y absorbancia. Reflectancia: La proporción de radiación solar reflejada hacia la atmósfera. Transmitancia: La proporción de radiación solar transmitida directamente a través del vidrio. Absorbancia: La proporción de radiación solar absorbida por el vidrio.

Ilustración 3.funcion

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Este vidrio, que es capaz de conseguir un control solar en nuestras ventanas, está fabricado con un tipo de material que se coloca en una de las caras del cristal y que permite que la luz del sol, solo pase a través del vidrio e impide que la energía solar entre en nuestra casa, reflectando gran parte del que se recibe hacia el exterior.

Ilustración 4. Tipo de control solar.

Al colocar este tipo de vidrio en nuestras ventanas conseguimos que nuestro hogar esté iluminado, y asimismo mantener a una buena temperatura el interior, o lo que se denomina en terminología técnica, que el edificio tenga una buena eficiencia energética.

No todos los edificios necesitan el mismo tipo de vidrio. Las condiciones climáticas, los niveles de exposición al sol o la orientación de la ventana, nos van a indicar la elección más adecuada para nuestro hogar o edificio. Es importante elegirlo correctamente, ya que de este factor va a depender una temperatura adecuada en el interior y el consumo de energía.

SISTEMAS

DE

CONTROL

SOLAR

CON

DISPOSITIVOS

ARQUITECTÓNICOS

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El uso de dispositivos de control solar como solución al problema arquitectónico, que surge del exceso de radiación en los edificios, es un recurso del diseño bioclimático que impacta en forma relevante las condiciones de confort en el interior de las edificaciones, también están muy vinculados a los consumos energéticos para el acondicionamiento térmico.

Dispositivos móviles

Disipan y absorben la energía solar hacia el aire exterior, lo que supone un incremento de efectividad próximo al 30% con respecto a los dispositivos interiores móviles. Sin embargo, hay que considerar que estos últimos suelen ser más económicos y de mayor operatividad manual.

Dispositivos de control solar fijo

Son habitualmente exteriores y deben de ser adecuadamente dimensionados antes de la construcción del edificio. Su respuesta ante la acción solar difusa es una desventaja, puesto que comporta una disminución de la iluminación natural interior en cualquier época del año. Un voladizo horizontal es más eficiente cuando la apertura se orienta hacia el sur, mientras que un voladizo vertical es más eficaz para orientaciones al este y al oeste.

Según Rodríguez Viqueira en términos general los sistemas de control solar fijos exteriores pueden dividirse en :

CONTROL HORIZONTAL

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● LOS ALEROS Los aleros son sistemas de protección solar fijos y horizontales que permiten proteger la fachada y los huecos de un edificio en verano, pero dejan pasar la radiación solar en invierno. Se trata de un elemento que sobresalga alrededor de un metro sobre la ventana o recorra toda una fachada. Son un método muy eficaz para evitar que nuestro edificio se caliente excesivamente ● CORREDOR O PORCHE Se trata de un espacio o galería cubierta, sostenida por columnas, ubicado a lo largo de una fachada. El pórtico forma un espacio de transición entre los espacios abiertos y cerrados, y puede ser un espacio de circulación exclusivamente o con un uso determinado. ● PERSIANA HORIZONTAL Consiste en un dispositivo formado por elementos horizontales compuesto por lamas que permiten el paso de la luz y el aire pero no del sol. Las persianas pueden ser exteriores o interiores y fijas o giratorias en su eje horizontal.

Fig #:Persiana horizontal

● PÉRGOLAS Y VEGETACIÓN Las pérgolas son elementos fijos o estructuras exentas que sobresalen de la fachada. Son permeables a la luz del Sol y, por sí solas, no son un elemento muy eficaz de protección frente a la radiación solar. La clave de las pérgolas está en combinarlas con especies vegetales de hoja caduca que crezcan por todas sus superficies. 7

El ciclo de caída de las hojas coincidirá con las estaciones de invierno y verano y así la pérgola será más o menos permeable a la radiación solar según la época del año. Además, durante el día, la vegetación genera un efecto llamado evapotranspiración que, básicamente, resulta en liberar humedad al ambiente cercano, generando una mayor sensación de frescor.

●

LOS

Los toldos son elementos de sobra conocidos por todos nosotros. sometidos a la radiación sale hasta que se pone.

TOLDOS y utilizados Nuestros edificios están solar desde que el sol

El color de un toldo también es muy importante, aunque encontramos toldos de todos los tipos y colores, el color blanco es el que mejor se comporta frente a la radiación solar ya que es muy reflectante. Entre un toldo oscuro y un toldo blanco, la diferencia en cuanto eficacia puede llegar al 15%. Lo mismo ocurre con la transparencia. Así, cuanto menos transparente y más claro sea un toldo, mejor funcionará.

CONTROL VERTICAL ● PERSIANAS ENROLLABLES (ALICANTINAS)

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Se trata de las tradicionales persianas enrollables de madera o de plástico que pueden llegar a tener una parte horizontal o ser completamente verticales y ajustadas a los

huecos de fachada.

Fig #:Persianas enrollables

●

LAMAS Y PERSIANAS REGULABLES Los sistemas exteriores de lamas regulables, verticales u horizontales, son sistemas móviles que resultan muy eficaces como barrera contra la radiación solar. Estos sistemas se suelen colocar verticalmente, aunque también los hay horizontales, y por tanto están especialmente indicados para aquellas orientaciones donde la radiación solar incide con un ángulo menor

Fig #:Lamas y persianas Su principal ventaja es que, aun evitando la entrada de radiación solar directa, permiten la entrada de luz indirecta, logrando una correcta iluminación de los interiores. ● FACHADA VENTILADA O SEGUNDA PIEL Los sistemas de lamas no tienen por qué utilizarse tan solo delante de huecos acristalados, también pueden utilizarse para forrar toda la fachada de un edificio, como una segunda piel, generando sombra sobre la fachada. El hecho de que sean móviles y regulables también es un factor muy importante ya que nos permitirá ajustarlas o incluso retirarlas según la época del año. 9

Fig #:Fachada y ventilada

● Mixtos Dentro de este grupo encontramos la celosía que es la combinación de las persianas horizontales y verticales.

Fig # y #:Celosía

En el diseño de un sistema de control solar es importante tomar en cuenta la dimensión de la protección, el objetivo es encontrar la dimensión adecuada para protegerse del periodo más caluroso, para esto existe un ángulo que varía según la orientación del vano a proteger y que vendrá dado por cada región climática. 10

Fig #:Ángulos para un dimensionamiento de control solar

S ISTE M AS

DE

C ON TR OL

SOL A R

SI N

D IS POS ITI

VOS A R QU ITE CT ÓN IC OS AISLAMIENTO Y MASA TÉRMICA La composición de los cerramientos también puede ayudarnos, de forma pasiva, a minorar la incidencia de la radiación solar. Durante el día la masa térmica almacena calor y lo libera durante la noche; en verano esta función se cumple igualmente, pero el calor acumulado es el de la casa de forma que la mantiene fresca. La masa térmica actúa también entre días, acumulando calor en días calurosos y evacuándolo en días nublados. Incluso entre estaciones diferentes, la masa térmica es capaz de equilibrar las diferencias bruscas de temperatura. Es lo que ocurre con los muros de piedra de las iglesias o los muros de gran espesor de las casas de Imagen 1: relación de masa termica pueblo . 11

En viviendas más actuales, para defender la casa del calor y del frío el aislamiento térmico es básico. los sistemas pasivos de climatización sirven para adaptar el inmueble al ambiente y alcanzar una arquitectura eficaz y agradable. unos son los dispositivos de control solar el diseño de los dispositivos debe de considerar los componentes de las radiaciones solares, que son: la térmica y la lumínica, así también los vientos.

Imagen 2: efecto de las construcciones pesadas y ligeras en la temperatura interna de un aula escolar con ventilación natural.

En diseño de la construcción, la masa térmica es una propiedad de la masa de un edificio que permite almacenar calor, proporcionand o "inercia" contra fluctuaciones de temperatura. Se conoce a veces como el efecto del volante térmico. Por ejemplo, cuándo las temperaturas

exteriores están fluctuando durante el día, una masa térmica grande dentro de la porción aislada de una casa puede servir para "allanar" las fluctuaciones de temperatura diarias, dado que la masa térmica absorberá la energía térmica cuándo el entorno tenga temperaturas más altas que la masa y devolverá energía térmica cuándo el entorno esté más frío, sin alcanzar el equilibrio térmico. Esto es distinto de un valor de aislamiento de un material, el cual reduce la conductividad térmica de un edificio, dejándolo que esté caliente o frío relativamente separado del exterior o, incluso, solamente retener la energía térmica de los ocupantes más tiempo.

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Científicamente, la masa térmica es equivalente a capacitancia térmica o capacidad térmica, la capacidad de un cuerpo para almacenar energía térmica. Se hace referencia a ella utilizando típicamente el símbolo Cth y se mide en unidades de J/°C o J/K (que son equivalentes). La masa térmica también se puede utilizar para cuerpos de agua, máquinas o partes de maquinaria, seres vivos o cualquiera otra estructura o cuerpo en ingeniería o biología. En dichos contextos, el término capacidad térmica se utiliza habitualmente en su lugar. EL COLOR El color de la fachada de una vivienda pueda afectar a su calentamiento o enfriamiento, sin embargo, una vivienda con fachada pintada encolor blanco puede suponer un ahorro de hasta un 20% en sistemas de refrigeración. Esto quiere decir que un edificio blanco se calienta menos que otro idéntico de color oscuro y, por lo tanto, también contribuye a un Imagen 3: importancia del color de menor calentamiento de los espacios una fachada de vivienda. interiores denuestra vivienda.

El color blanco es muy reflectante, refleja el calor del Sol, pero también la luz, y por eso tenemos que tener cuidado cuando utilizamos fachadas muy reflectantes en ciudades o zonas con mucha circulación de vehículos o personas, ya que puede provocar un fuerte reflejo y resultar molesto o incluso peligroso según los casos. Por lo general, pintar una fachada de blanco o de un color claro no suele suponer un problema, así que es una buena opción para la próxima vez que realices labores de mantenimiento en tu fachada.

Imagen 4: síntesis aditiva de color. 13

LOS VIDRIOS PARA CONTROL SOLAR El aislamiento del vidrio o acristalamientos es otro procedimiento necesario: doble vidrio, contraventanas, persianas, paneles o cortinas son elementos adicionales que ayudan a preservar el edificio del calor o del frío. Láminas de control solar Aplicadas cuidadosamente a cualquier tipo de acristalamiento, las láminas de control Imagen 5: vidrio para control solar. solar aíslan de forma efectiva en invierno y aportan un gran número de beneficios durante los mesesde verano:

– Reducen considerablemente la entrada de calor (protección de rayos infrarrojos de hastael 98 %). – Controlan el deslumbramiento (reduciéndolo en un 99 %); – Aportan una reducción importante de los costes de aire acondicionado; – Absorben casi completa de radiación solar UV. Las láminas de control solar mejoran los niveles de aislamiento, reduciendo y hastaeliminando la necesidad de aire acondicionado en determinados casos. Todos los dispositivos comentados han demostrado su eficacia a lo largo de siglos y de diferentes épocas, si bien algunos se han ido perfeccionando con el tiempo. En general los dispositivos fijos, como las pérgolas y los aleros, o el color de una fachada, tienen una vida útil mayor y son máseconómicos. Imagen 6: función de una lámina solar.

Los dispositivos móviles, son más eficaces y adaptables, pero necesitan mantenimiento y

suelen tener una vida útil más corta.

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Todos estos sistemas se pueden implementar sobre edificios ya construidos a modo de mejoras o mediante tareas de mantenimiento en las fachadas y nos pueden suponer un gran ahorro sobre el consumo de nuestros sistemas de refrigeración. A diferencia de estos últimos, los sistemas pasivos comentados, no solo ayudan a mejorar el clima interior y en el entorno próximo de nuestro edificio, sino que contribuyen a generar una mayor sensación de confort a la hora de habitarlo, regulando la temperatura, tamizando la luz y creando, en general, un ambiente más saludable y habitable sin necesidad de sistemas de refrigeración activos como aires acondicionados, etc.

CONTROL SOLAR ALREDEDOR DEL MUNDO Los beneficios de sistemas de control solar son obvios, podemos encontrar ejemplos alrededor del mundo en distintas culturas, en la antigua Grecia se utilizaban elementos de control con un propósito doble, el de sombrear tanto el edificio como el espacio exterior público, en edificaciones Griegas y Romanas se hace evidente este propósito por medio del pórtico, existe una rica fuente de ejemplos históricos alrededor del mundo desarrollados en respuesta a necesidades similares, por ejemplo la verandah de la India, el balcón, la logia, la arcada o el engawa de Japón.

Figura 1. . Control solar en culturas

Le Corbusier diseño la ciudad refugio en Paris en la que la fachada sur estaba totalmente acristalada para obtener el máximo de luz natural y un confort térmico, en invierno funcionó bien pero en verano el edificios era excesivamente caluroso, los usuarios, médicos y pacientes se quejaban por la elevada temperatura, la falta 15

de ventilación y el exceso de radiación, en verano se alcanzaron temperaturas interiores de 30-33ºC como resultado de este error Le Corbusier ideo un sistema fijo de sombreado conocido como brise – soleil , después de esta obra los elementos de sombreado se convirtieron en parte importante de su arquitectura, durante el período de 1930-1945 Le Corbusier centro sus estudios en la comprensión de la radiación solar.

figura 2. Control solar tipos y su selección adecuado La elección del tipos más adecuado de protección depende del ubicación del edificio y de la orientación de cada una de las fachadas.

•

La

orientación

Sur se

recomienda

el

empleo

de protecciones

fijas o semifijas como pueden ser los aleros de techo, vuelos horizontales. •

las orientaciones

Oeste y Noreste se

recomienda el

empleo

de protecciones solares móviles con lamas verticales u horizontales móviles. •

las orientaciones Este y Oeste se recomienda el empleo de protecciones solares móviles, resultando agradable en épocas frías o templadas la entrada de luz solar al amanecer o al atardecer.

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figura 3 Persianas horizontales y verticales

Control solar dependiendo el clima de región Las fachadas de los edificios se diseñan con sus correspondientes huecos cuya finalidad es la de aportar al edificio ventilación natural, iluminación procedente de la luz exterior y permitir a sus usuarios la observación del entorno del mismo. •

la fachada ventilada puede usarse en climas cálidos, donde cumple una función de pantalla protectora solar y la ventilación actúa como regulador térmico, enfriando la piel interior e impidiendo que el calor exterior entre al interior del edificio.

•

En climas fríos, la fachada actúa como un aislante térmico y como un acumulador de calor, que...