s.05 helio arquitectura
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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.
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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.
11/03/2
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LUMA.FA
.UAS ‐Arq. C
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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?
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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.
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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
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Técnicas de análisis de asoleamiento
Diagramas y Representaciones Gráficas
Graficando la ruta del Sol
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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
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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
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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.html
Ecotect CommunityWiki http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Solar_Position
Geoscience Animations http://esminfo.prenhall.com/science/geoanimations/animations/01_EarthSun_E2.html
Acondicionamiento Térmico, Josué Llanqué http://dc195.4shared.com/doc/Xjopk7PT/preview.html
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Evaluación de dispositivos de control solar
Un diagrama para cada aplicación:
cartesianaortogonalgnomónicaestereográfica polar
Tipos básicos de protecciones solares y su proyección de sombra
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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
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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
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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”
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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
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Verticales
1. Pantalla
2. Partesol
3. Persiana
4. Muro doble o muro escudo
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1
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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
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Recomendaciones Generales
Evaluación de dispositivos de control solar
Ejemplo de Análisis
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Partesolderecho
Partesolizquierdo
Volado
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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
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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 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
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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.
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7. Con esta información, diseñar dispositivos sencillos o mixtos que cubran las necesidades mínimas detectadas, utilizando el vocabulario gráfico.