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Tenemos entonces como objetivo del diseño de una protección solar, limitar la incidencia de la radiación infrarroja, pero sin evitar o evitando parcialmente la radiación visible. Esta última puede ser directa (ID) o difusa (Id). La primera de ellas es aquella que se recibe del sol sin haberse producido ningún cambio de dirección por reflexión o difusión, mientras que la segunda es aquella que se recibe después de haber sufrido cambios de dirección al atravesar la atmósfera. Por lo tanto la radiación Global o Total (IG) que se recibe en la superficie terrestre es la suma de las dos:

IG=ID +Id.

Los tres tipos de radiación mencionados más arriba, sufren modificaciones en su trayectoria al encontrase con algún cuerpo, estas son: i. Por reflexión; aquella que al incidir sobre un cuerpo ve alterada su trayectoria sin modificarse su longitud de onda; ii. Por transmisión, cuando esta energía o parte de ella atraviesa el cuerpo incidente; iii. Por absorción, cuando la energía es absorbida por el cuerpo produciéndose un aumento de su temperatura, lo cual producirá una emisión de energía por radiación con una longitud de onda superior a la recibida desde el sol.

Al respecto cabe acarar el concepto de “efecto invernadero”. La radiación de onda corta recibida desde el sol atraviesa cualquier cuerpo o elemento transparente o traslúcido, este es recibido y absorbido por un cuerpo, y como ya se ha dicho más arriba, este se calienta y emite radiación pero esta es de una larga, la cual en su mayor proporción no traviesa la superficie transparente quedando atrapada en el recinto. Es lo que sucede en la atmósfera, manteniéndose una temperatura promedio de 18°C, o

lo que pasa en un automóvil cundo lo dejamos al sol. Este efecto ha posibilitado generar dispositivos con lo cual producir energía térmica y aprovecharla, almacenándola o transmitirla a otro espacio contiguo.

Cada material responde de diferente manera a los tres tipos de modificaciones de la trayectoria de la radiación solar, es por ende que la selección de este en función de sus características constructivas es importante en el diseño de una protección solar.

Por ejemplo, un vidrio simple refleja una pequeña parte de la energía térmica recibida (8%) y otra pequeña es absorbida (12%) y luego irradiada hacia el interior y el exterior. La sumatoria entre la trasmitida, más la emitida por absorción es de aproximadamente un 87%. Es por ello que el vidrio no conforma una protección solar, salvo que sean tratados mediante filtros selectivos frente a las radiaciones visibles e infrarrojas, o limitando su superficie transparente a partir de films. Esto implica que durante el período que se requiere aumentar la captación solar esta se reduce por dichos filtros. Se puede recurrir en estos casos a capas reflectantes reduciendo la absorción o capas de baja emisividad, las cuales reducen la radiación térmica hacia el interior.

En la actualidad las posibilidades de mejorar el comportamiento térmico de los vidrios frente a la protección solar es inversamente proporcional a su costo, lo cual implica que este camino no es el adecuado, máxime cuando se niega la posibilidad de aprovechar la ganancia solar directa (GAD) en el período invernal.

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ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

Una posibilidad alternativa es la inclinación el vidrio con lo cual posibilitar que la mayor parte de la incidencia de los rayos del sol se refracten en el. Todo rayo solar incidente sobre una superficie de vidrio refleja en parte esa radiación. Se podría considerar cero si la radiación es perpendicular y máxima si los rayos inciden con un ángulo mayor a 70° con respecto a su perpendicular. Si fuera un vidrio doble este ángulo sería de 60°.

Si llevamos este concepto a la orientación de un edificio la mejor orientación sería la que esta plena o perpendicular al Norte, aunque se admiten para nuestra región desviaciones de en más o en menos 15°.

Debe tenerse en cuenta que en las fachadas Este y Oeste, el aporte energético es grande y no pueden protegerse por medio de aleros ni parasoles horizontales ya que la radiación solar incide casi en forma perpendicular a los vidrios por ser su altura baja. Esto implica que se deben optar por protecciones verticales. Estas pueden ocasionar una reducción de la visión hacia el exterior, o que orienten la visión con un cierto ángulo, o que la tamicen en un gran porcentaje.

A modo de ejemplo, la radiación global (directa + difusa + reflejada) que llega a una ventana perpendicular al norte en Diciembre es de 5478 W/m2 y en el mes de Junio de 4575 W/m2, o sea en este último caso un 16% menos. Y una ventana orientada hacia el Nor-oeste (45° con respecto al norte), 6341 W/m2 en el mes de Diciembre y 3852 W/m2 en el mes de Junio, o sea una reducción del 48,7%. Esto evidencia por un lado la importancia de orientar al Norte, en el período invernal, por otro lado la necesidad de una protección solar en verano.

Debemos de tener en cuenta que el diseño de una protección solar, debe permitir el ingreso de radiación en el período invernal y considerarse además:

i. La iluminación interior;

ii. Las posibilidades de visión hacia el exterior; iii. Las funciones del local:

iv. El momento del día;

v. El período del año;

vi. La orientación del aventanamiento.

Debemos tener en cuenta en la orientación de un edificio en el lote dos cosas: Una la orientación correcta de sus límites o de la localización del edificio lo cual podemos recurrir a una brújula o a herramientas actuales como localizar el lugar en el Google Hearth.

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ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

Por otro lado debemos considerar que la “hora oficial” no coincide con la “hora solar”. Para pasar la hora oficial a la solar se le debe restar una hora y luego se le restarán o sumaran los minutos según el lugar donde se esté y la época del año.

ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

3. MOVIMIENTOS RELATIVOS DE LA TIERRA Y EL SOL

La Tierra realiza dos movimientos en forma simultánea: de rotación y de translación. El movimiento de rotación lo realiza alrededor de su eje geográfico Norte-Sur, en un período de 24 horas y 4 minutos, lo que da lugar a la ocurrencia del día y la noche, brindando las variaciones horarias. El movimiento de translación, lo realiza alrededor del sol describiendo una órbita elíptica de una excentricidad de e = 0,0176, donde el sol ocupa uno de los focos, provocando variaciones según los meses del año. El plano que contienen la órbita de la tierra se denomina “plano de la elíptica”, el cual forma con el ecuador terrestre un ángulo diedro, en principio constante todo el año. Pero si hallamos la intersección con el plano meridiano que pasa por el sol a lo largo del año, obtendremos un ángulo diferente para las distintas posiciones de la Tierra. Este ángulo de llama “declinación” y varía de + 23°27 ́ en el solsticio de invierno (21 de Junio) a – 23°27 ́ en el solsticio de verano (21 de Diciembre) y es nulo en los equinoccios de otoño y primavera (21 de Marzo y 21 de Septiembre). Esta variación en la declinación determina la distinta duración relativa de los días y las noches en las diferentes épocas del año, produciendo la variación estacional del clima.

Desde la tierra, parece que el sol se moviera y eso se denomina corrientemente “trayectoria aparente del sol”. Para diseñar una protección solar debemos conocer perfectamente su recorrido diario y en cada período del año. La trayectoria del sol depende de la latitud del lugar. La Argentina se extiende ente los 24° y 68° Latitud Sur (54° y 72° Longitud oeste).

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Localización

minutos

Localización

minutos

Bahía Blanca

+5

Neuquén

+32

Bariloche

+38

Olavarría

+2

Buenos Aires

-6

Pto. Madryn

+20

Catamarca

+23

Rawson

+20

Córdoba

+16

Resistencia

-4

Corrientes

-4

Río Cuarto

+16

Com. Rivadavia

+19

Río Gallegos

+36

Esquel

+38

Rosario

+2

Formosa

-7

La Rioja

+28

Jujuy

+20

Salta

+21

Junin

+3

San Luis

+25

La Plata

-8

San Juan

+35

La Quiaca

+21

Santa Rosa

+17

Mar del Plata

-9

Sgo. del Estero

+17

Mendoza

+36

Talampaya

+32

Merlo

+20

Tucumán

+21

Miramar

-8

Ushuaia

+25

Misiones

-17

Viedma

+10

Según período

minutos

Según período

minutos

Del 1° al 09 del 1

+6

Del 15 al 24 del 09

-6

Del 10 al 20 del 1

+10

Del 25 al 10 del 10

-10

Del 21 al 31 del 1

+12

Del 11 al 19 del 10

-12

Del 1° al 28 del 2

+15

Del 20 al 22 del 11

-15

Del 1° al 10 del 3

+12

Del 23 al 30 del 11

-12

Del 11 al 20 del 3

+10

Del 1° al 15 del 12

-10

Del 21 al 31 del 3

+6

Del 16 al 25 del 12

-6

A partir de la determinación de la hora solar y la latitud se puede determinar fácilmente en las tablas o gráficos (polares o cilíndricos) la altura y el acimut del sol.

Diagrama de trayectoria solar cilíndrico para La Plata

Diagrama de trayectoria solar polar para La Plata

ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

4. CONTROL SOLAR Y DISEÑO DE PROTECCIONES SOLARES

Como ya se ha mencionado, en el período invernal la radiación contribuye en forma natural a la calefacción de los edificios, y durante el período estival la radiación solar puede ser excesiva aumentando las temperaturas interiores de los edificios por encima de las condiciones de confort.

Varios factores posibilitan contribuir a reducir el impacto solar en las construcciones tales como:

La utilización de colores claros, en las superficies exteriores, fundamentalmente el blanco;

La reducción de los huecos o aventanamientos;

La utilización de una correcta protección solar a partir de componentes arquitectónicos tales como voladizo o pantallas que obstruyan en forma total o parcial la radiación

solar;

La inercia térmica, la cual amortigua y retrasa el flujo

periódico de calor;

Aislamiento térmico de los huecos, muros y techos; vi. Una

correcta orientación y dimensión de los paramentos;

Selección de los materiales constructivos; entre otros.

Pero específicamente en cuanto al diseño y dimensionamiento de las protecciones solares debemos de tener en cuenta dos condiciones que deben cumplir:

i. Rechazar el impacto solar en el verano el cual supone ganancias calóricas que contribuyen al disconfort térmico y

a la necesidad de poner en funcionamientos equipos o dispositivos, consumidores de energía para compensar el exceso de calor, con frío.

ii. Permitir la entrada de la radiación solar en el edificio durante el invierno con lo cual contribuir a elevar la temperatura del aire y de las superficies interiores, concepto que se denomina “calefacción solar pasiva”.

En este sentido los pasos que se necesitan determinarse son:

El período del año en que se necesita protección solar.

Las horas diarias que se requiere evitar el acceso de la

radiación.

La hora solar.

La latitud del lugar.

El tipo de protección, horizontal o vertical.

Y realizar entonces:

El dimensionamiento de la protección, utilizando las tablas o cartas solares, las cuales permiten obtener la posición del sol en la bóveda celeste a partir de dos coordenadas; la altura (H)y el acimut (A).

Verificar que se permita el acceso a la radiación solar al edificio durante el período infra-calentado del año.

Las cartas solares constituyen la representación gráfica de las trayectorias aparentes del sol en un punto de la superficie terrestre en función de la latitud. Su construcción se basa en la proyección cilíndrica o cónica de las trayectorias del Sol en la bóveda celeste sobre una superficie plana. Estas cartas

representan las posiciones del sol en algunos días significativos del año como son sus solsticios y equinoccios, indicando las horas y pudiendo leer sus dos coordenadas, el ángulo de altura, o sea el ángulo que forma la visual al sol con el horizonte medido sobre plano vertical, y el acimut, o sea le ángulo que forma la vertical que pasa por el sol, con el plano meridiano que se mide sobre el horizonte, siendo creciente hacia el Este o el Oeste partiendo el Norte. Como herramienta para el diseño de protecciones, a continuación se presentan las tablas simplificadas de Altura y Acimut para nueve latitudes para nuestro país, coincidentes con localizaciones de máxima localización poblacional o regiones características (valores extraídos de publicación: IAS-FABA, F.02, 1979).

ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

Altura y Acimut

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ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

Poème de l’angle droit, lithographies de Le Corbusier, Paris, 1955

Latitudes seleccionadas para la determinación de Altura y Acimut solar

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ASOLEAMIENTO Y CONTROL SOLAR

Latitud

Angulo de

Solsticio Equinoccio

Hora (h)

4 20

5 19

6 18

7 17

8 16

9 15

10 14

11 13

12

24°

Jujuy

Salta Formosa

Altura

(H)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

10 ---- ----

23 12 3

36 26 15

49 39 25

63 51 34

77 61 40

89 66 43

Azimut (A)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

111 ---- ----

106 85 63

102 78 55

98 69 46

95 57 34

90 27 18

0 0 0

28°

Tucumán - Catamarca S. Estero - Chaco Corrientes -Posadas

Altura

(H)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

11 ---- ----

24 12 1

27 25 12

50 37 22

63 49 31

76 58 36

85 62 39

Azimut

(A)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

111 ---- ----

105 84 63

99 76 55

94 66 45

87 53 33

74 33 18

0 0 0

32°

Mendoza – San Juan Córdoba – Santa Fe Entre Ríos

Altura

(H)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

1 ---- ----

13 ---- ----

25 11 ----

37 24 10

50 25 20

53 46 27

75 54 33

81 58 35

Azimut

(A)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

117 ---- ----

110 ---- ----

103 83 ----

96 74 54

89 64 44

79 49 31

60 30 17

0 0 0

35°

Capital Federal

La Plata

La Pampa

Altura

(H)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

2 ---- ----

6 ---- ----

25 11 ----

37 23 8

50 34 17

62 44 25

73 51 30

78 55 31

Azimut

(A)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

117 ---- ----

109 ---- ----

107 82 ----

94 73 54

86 62 43

74 47 31

51 27 16

0 0 0

39°

Viedma

San Martín de Los Andes

Altura

(H)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

5 ---- ----

15 ---- ----

26 10 ----

38 21 5

49 32 14

60 40 20

69 47 25

73 50 27

Azimut

(A)

21 Diciembre

21 Marzo-Septiembre 21 Junio

117 ---- ----

108 ---- ----

99 81 ----

90 71 53

80 59 42

65 44 30

41 25 16

0 0 0