introducción a la radiación solar y su incidencia en los edificios

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Ta l l e r d e D i s e ñ oM a t e r i a l e s y T é c n i c a s A v a n z a d a s

A rq . E u g e n i a S o l í s I A rq . J o s é A l í P o r r a s

E J E R C I C I O 0 1I n t roducc ión a l a Rad iac ión So la r y su inc idenc ia sobre los ed i f ic ios

A d r i á n A g u i l a r G o n z á l e zE d u a r d o B e r t h e a u O r o sJ o s a f a t B l a n c o C a s t r oJ o r g e C h i n c h i l l a P a n i a g u aF e r n a n d o C o r r a l e s M o r aO s c a r C u e v a s Z a m o r aVa n e s s a L e i t ó n C o r e l l aP a o l a M a t a C o t oP a b l o M o r a F a l l a sM e r v i n N á j e r a F e r n á n d e zF l o r i d a S á n c h e z M a r t í n e z

C i u d a d U n i v e r s i t a r i a R o d r i g o F á c i o , S a n J o s é , C R .

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I N T R O D U C C I O N A L A R A D I A C I O N S O L A R Y S U I N C I D E N C I A S O B R E L O S E D I F I C I O S

o b j e t i v o

m e t o d o l o g í a

El ejercicio 01 forma parte de un grupo de ejercicios desarrollados por el Arq. José Alí Porras para facilitar el aprendizaje del uso de herramientas y la proyección de estrategias pasivas para el acondicionamiento de edificios.

El objetivo del taller es introducir al diseñador a la radiación solar y su incidencia sobre los edificios mediante la realización de estudios de prediseño.

En la primera parte, el estudiante hará uso de un grupo de modelos básicos y el heliodón de foco fijo, para analizar el modo en que inciden los rayos solares sobre los diferentes planos de las maquetas, para posteriormente proponer la forma y orientación bajo las cuales se da un mejor aprovechamiento o bloqueo de la radiación. En la segunda parte se trabajará con la carta solar estereográfica para determinar los planos necesarios para sombrear perforaciones ubicadas en diferentes puntos cardinales.

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5

1. Construcción de Maquetas

Previo al inicio del Taller el estudiante del curso confeccionará con cartón blanco 5 modelos básicos, como se detalla en la imagen inferior.

2. Cálculo de índices

De cada uno de los modelos se calcularán los siguientes ratios - índices:- Relación entre la superficie de la figura y el volumen- Relación entre la superficie y el área de fachadas.

3. Análisis

Haciendo uso del heliodón, el cual se fiijará en la latitud 10, se analizará la proyección del sombras sobre cada uno de los modelos para cuatro fechas distintas: Equinoccio de primavera [21 de marzo] y otoño [21 de setiembre], y solsticio de verano [21 de junio] e invierno [21 de diciembre]. El análisis se realizará para 5 horas distintas: 7 am, 9 am, 12 md, 3 pm y 5 pm. Paralelamente con el fin de documentar el trabajo y realizar estudios posteriores, se tomarán fotografías de los modelos en cada una de las posiciones solares [15 fotografías por maqueta].

4. Ejercicios básicos

Durante esta partedel ejercicio el alumno estudiará:- Cómo incide el sol sobre cada uno de los planos que conforman los volúmenes.- Cómo cambia la proyección de los rayos solares durante el día y el año, generando en los planos zonas iluminadas y en penumbra.

Además realizará un cálculo rápido de la relación entre el área iluminada y sombreada en cada uno de los planos, realizando anotaciones que le permitan llegar a conclusiones y patrones de comportamiento.

Finalmente explorará con diferentes latitudes, analizando las repercusiones que estos cambios generan en el sombreamiento sobre los modelos.

5. Ejercicios Propositivos

Implantación en el sitio / Orientación:

Una vez realizados los estudios básicos, el estudiante rotará las figuran con el fin de determinar cuál sería la posición ideal para cada uno de los modelos, partiendo de dos premisas: máximo y mínimo sombreamiento. Además clasificará los modelos, identificando cuáles son las mejores y las peores implantaciones.

Finalmente averiguará si al cambiar la altura de los modelos, se ven modificadas las conclusiones a las que llegó en los estudios previos.

P r i m e r a P a r t e

1

Volúmen 9000m3

Area de Fachada 1200m2

Para efectos de estudio se presentan los análisis tanto en heliodón como mediante modelado digital para los días 21 de los meses de Marzo, Junio, Setiembre y Diciembre, durante las horas de las 7 am, 9 am, 12 md, 3 pm y 5pm.

FIGURA 01

marzo / setiembre 21

7:00 9:00 12:00ro

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porc

enta

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FIGURA 01

15:00 17:00

En la posición ortogonal, el área de las fachadas este y oeste expuestas a la radiación es menor que el área de fachadas expuesta a estos puntos en la opción rotada a 45˚

Se elige la opción ortogonal como el mejor emplazamiento para esta figura, debido a que reduce el área de fachada expuesta a la radiación directa.

La mayor incidencia solar se da en las fachadas este, oeste y en la cubierta.

junio 21

7:00 9:00 12:00ro

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ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

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rota

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idea

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FIGURA 01

15:00 17:00

En la posición ortogonal, el área de las fachadas este y oeste expuestas a la radiación es menor que el área de fachadas expuesta a estos puntos en la opción rotada a 45˚.


La mayor incidencia solar se da en las fachadas este, oeste y en la cubierta. Se presenta una incidencia la fachada norte

diciembre 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

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rota

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FIGURA 01

15:00 17:00

En la posición ortogonal, el área de las fachadas este y oeste expuestas a la radiación es menor que el área de fachadas expuesta a estos puntos en la opción rotada a 45˚. La fachada sur recibe incidencia solar directa en esta época del año


La mayor incidencia solar se da en las fachadas este, oeste y en la cubierta. Se da también una incidencia mayor de radiación directa en la fachada sur.

Volúmen 8000m3



FIGURA 02


7:00 9:00 12:00ro

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ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

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cepo

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taje

rota

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idea

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FIGURA 02

15:00 17:00

En la posición ortogonal, el área de las fachadas este y oeste expuestas a la radiación es menor que el área de fachadas expuesta a estos puntos en la opción rotada a 45˚


La mayor incidencia solar se da en las fachadas este, oeste y en la cubierta.

junio 21

7:00 9:00 12:00ro

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ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

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cepo

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FIGURA 02

15:00 17:00

Este día tiene mayor sombra en relación a los otros días. El área de las caras internas de la sustracción central, aumentan el área total de la figura y son las que se mantienen en sombra durante la mayoría de las horas durante todos los días.

Este hecho beneficia en que permite tener mayor superficie porcentual en sombra a comparación de la figura anterior.

La hora en que se encuentra con mucha sombra durante todos los días son 7hrs y 17hrs por igual.

diciembre 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

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idea

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FIGURA 02

15:00 17:00

Al igual que en la figura 01, este día es el más iluminado por la latitud en la que se está trabajando.

La hora en que recibe mayor iluminación durante todos los días es a las 15hrs.

Las fachadas con mayor exposición al sol es la cubierta, la este y la oeste.

Volúmen 7000m3



FIGURA 03


7:00 9:00 12:00ro

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5˚de

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FIGURA 03

15:00 17:00

A la mitad de estos ejercicios, se puede ir deduciendo que las posiciones ortogonales funcionan mejor que las rotadas a 45°.

Se observa que los equinoccios son los días que tienden a ser neutros o a generar mayor cantidad de sombra.

Un dato interesante de esta figura en forma de “U” es que tiene mayor área que la figura 2 pero tiene menor volumen. Este hecho podría resultar perjudicial si no se emplaza correctamente.

junio 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

taje

rota

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idea

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FIGURA 03

15:00 17:00

Al contrario que la figura 2, este es el día más iluminado.

La volumetría hace que las 9hrs sea la hora con mayor incidencia lumínica.

La fachada este y la cubierta quedan totalmente expuestas a recibir luz.

diciembre 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

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FIGURA 03

15:00 17:00

Al contrario que la figura 2, este es el día con mayor sombra. Al contrario que en todas las figuras, la abertura de la volumetría hacia el oeste, permite que los volúmenes sobresalientes conviertan las 15hrs con mayor sombra.

De esto podemos deducir que un manejo volumétrico correcto en las fachadas más críticas, pueden cambiar extremadamente el asoleamiento de esta misma.

Volúmen 5000m3



FIGURA 04


7:00 9:00 12:00ro

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ón 0

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ón 4

5˚de

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FIGURA 04

15:00 17:00

Esta figura representa el área promedio de las figuras y volumétricamente representa apenas un tercio.

La orientación de la figura se debe a que las fachadas con mayor área (en el sur) quedan protegidas a las horas con mayor radiación lumínica (9hrs y 15hrs) y las fachadas que también tienen grandes áreas quedan hacia el norte.

Al contrario de todas las figuras, este día es el más iluminado ya que todas las caras en algún momento son totalmente iluminadas.

junio 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

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rota

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idea

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FIGURA 04

15:00 17:00

La sombra predomina en este día. El sol ilumina las fachadas norte y las fachadas con mayor área (al sur) quedan protegidas, además de que nunca reciben luz directa.

diciembre 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

taje

rota

ción

idea

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FIGURA 04

15:00 17:00

En este día ocurre un fenómeno extraordinario. En ninguna otra figura, a ninguna hora, se habían dado valores tan altos de iluminación, 75% iluminado y 25% sombra.

Esto sucede a las 12hrs y se debe a la posición de la figura. Como explicamos al inicio, las caras con mayor área quedan hacia el sur y y coincidiendo en esta fecha cuando el Sol pasa por el Sur.

Volúmen 3000m3



FIGURA 05


7:00 9:00 12:00ro

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5˚de

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FIGURA 05

15:00 17:00

Esta figura es la que menor en área y volumen de todas.

Se emplazó de manera horizontal para exponer las fachadas más chicas al este y oeste, que son las caras que reciben mayor cantidad de luz durante todas las fechas.

junio 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

taje

rota

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FIGURA 05

15:00 17:00

Esta fecha se encuentra porcentualmente en los mismos rangos de sombra al igual que en los equinoccios.

La hora con mayores sombras e las 17hrs.

diciembre 21

7:00 9:00 12:00ro

taci

ón 0

˚ro

taci

ón 4

5˚de

spie

cepo

rcen

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rota

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FIGURA 05

15:00 17:00

Dentro del promedio, para esta figura también aplica que esta fecha sea la más iluminada ya que el ángulo de inclinación expone la fachada sur y la cubierta a la luz directa del sol.

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2

3

4

1. Construcción de Maquetas

Previo al inicio del Taller el estudiante del curso confeccionará con cartón blanco un cubo de 20 x 20 x 20 cm.

2. Perforaciones

En el cubo se realizarán 4 perforaciones de 16 x 16 cm, 10 x 10 cm, 10 x 5 cm y 5 x 10 cm respectivamente. Solo se realizará una perforación por cada plano. La ubicación de las perforaciones serán elegidas por el estuidantes, según lo que considere conveniente.

3. Análisis

Haciendo uso de la carta solar estereográfica para la altitud 10, se intentará bloquear el sol que incide sobre cada una de las perforaciones haciendo uso SOLO de planos horizontales y verticales.

4. Giro a 45˚

Finalmente se gira el cubo 45 grados y se repite el ejercicio anterior

5. Comprobación

Utilice el heliodón para comprobar si efectivamente los planos utilizados están sombreando las perforaciones.

S e g u n d a P a r t e

20

20

20

2

Planta

ELEVACION NORTE

Elevación

Corte

21 Mar / Set 21 Jun 21 Dic

7:00

am

9:00

am

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00 p

m5:

00 p

m

ELEVACION NORTE

Planta

ELEVACION OESTE

Elevación Corte