Principios prácticos de protección y aprovechamiento pasivo de la energía solar para la arquitectura en el trópico.
David RuizMSc. Ing. Mecánica
Santiago de Cali, 12 de diciembre de 2015
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Introducción
Tomado de: Shiller, M. (2004). Mechanical and electrical systems.
Enfoque térmico Confort
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En el trópico: Radiación solar abundante
Contexto
Parámetro Bogotá Santa Marta
Rango de temperatura (°C) 5 - 21 17 - 35Horas de sol diarias promedio 3.6 7.7Radiación diaria solar promedio (W-h/m2) 3700 5900
Potencia instantánea Energía Solar directa
1000 W/m2
Elementos de comparación:
Horno microondas: 500 – 1500 WSecador de pelo: 1500 W
Aspiradora: 500 WBombillo eficiente: 20 W
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Contexto
51%47%
2%
Infrarroja VisibleUltra Violeta
Espectro de la luz solar directa
Tomado de: http://asterisk.apod.com/
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Contexto
Bogotá New York
Trópico: Energía solar diaria por unidad de área
Superficie Energía relativa
Cubierta 100%Fachada Oriente - Occidente 40%Fachada Norte – Sur (solsticio) 30%
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Protección solar
Temperatura ambiental elevada+ Radiación solar elevada + Posibles cargas térmicas
= (casi) siempre enfriar
Estrategia• Evitar que se absorba la radiación solar1• Evitar que ingrese el calor que sé absorbió2• Evitar que el calor que ingresa se perciba3
Clima caliente
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Protección solar
Sombras efectivas y sombras no tan efectivas
Tomado de: http://theretrospect.com/haddonfield-to-consider-shade-tree-ordinance-with-teeth-p4276-1.htm
Tomado de: http://www.titansrl.com.ar/images/productos/techos-metalicos/construccion-alero-industrial.jpg
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Protección solarSombras e intercambio radiante
MaterialSobre-
temperatura (°C)
Cubierta plástica negra 46Cubierta plástica gris 38Fibro cemento gris 36Acero galvanizado 31Techo aluminio 27Cubierta plástica blanca 14Membrana blanca alto SRI 6
Fuente: Lawrence Berkeley National Laboratory
El intercambio radiante del techo y piso con las personas no depende de la distancia
3°C
49°C
30°C
33°C39°C54°C
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Protección solarCubiertas sin aislamiento térmico
< Temperatura
Superficie con alto índice de reflectancia solar (SRI) y/o capasSuperficie interior con baja emisividad (metálica, limpia, sin corrosión)Distancia generosa de piso a techo (3 m mínimo) - estratificación
Otros:• Evitar mezclar el aire - corrientes• Lados totalmente abiertos• Incluir salida de aire superior
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Protección solarCubiertas con aislamiento térmico
< Temperatura
Aplican los principios anteriores. + Al aislar hay las siguientes ventajas:• Permite la instalación de sistemas
de climatización y el movimiento de aire al interior.
• Se requiere menor altura de piso a techo.
• Menor sensibilidad a las características de las superficies internas y externas
* No es suficiente una cámara de aire.
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Protección solarFachadas laterales
Doble fachada o elementos de sombra verticales
Extender cubiertas – generar aleros
Aislamiento térmico
Superficie Energía recibida relativaCubierta 100%Fachada Oriente - Occidente 40%Fachada Norte – Sur (en solticio) 30%
Priorizar:
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Aprovechamiento solar
Ciclos de temperatura (altos, medios, bajos)+ Radiación solar elevada + Posibles cargas térmicas
Clima frío
= ???
Caso vivienda
Horarios de principal uso = horarios de
menor radiación solar
Pocas ganancias térmicas internas
Energía diaria requerida: 50 W/m2 x 24 h = 1200 W-h/m2
Energía solar diaria disponible promedio
(Bogotá): 3700 W-h/m2
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Aprovechamiento solar
Estrategia vivienda• Captar energía solar térmica de día1• Almacenar la energía2• Evitar que se pierda el calor3
Se suman los componentes:
Comportamiento térmico dinámico
Inercia térmica
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Aprovechamiento solar
Alcobas Estar / estudio
Zona social Comedor
Sol de mañana
Sol de tarde
Orientación adecuada Ori-Occ
PrincipiosAprovechar la
estratificaciónZonificación en
función de horarios
< Temperatura
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Aprovechamiento solar
Alcobas Estudio
Zona social Comedor
El sol calienta la estructura
PrincipiosInercia térmica
al interiorAislamiento térmico en
fachadas, pisos y techos
Sol vertical
Patio interior
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Aprovechamiento solar
Espacios externos para captar sol
PrincipiosImportancia
de doble vidrioAislamiento móvil
en ventanas
InvernaderoAlcobasEstudio
ComedorZona social
Gracias
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