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Principios prácticos de protección y aprovechamiento pasivo de la energía solar para la arquitectura en el trópico
- 1. Principios prácticos de protección y aprovechamiento pasivo de la energía solar para la arquitectura en el trópico. David Ruiz MSc. Ing. Mecánica Santiago de Cali, 12 de diciembre de 2015
- 2. Introducción 2 Tomado de: Shiller, M. (2004). Mechanical and electrical systems. Enfoque térmico Confort
- 3. En el trópico: Radiación solar abundante Contexto Parámetro Bogotá Santa Marta Rango de temperatura (°C) 5 - 21 17 - 35 Horas de sol diarias promedio 3.6 7.7 Radiación diaria solar promedio (W-h/m2) 3700 5900 Potencia instantánea Energía Solar directa 1000 W/m2 Elementos de comparación: Horno microondas: 500 – 1500 W Secador de pelo: 1500 W Aspiradora: 500 W Bombillo eficiente: 20 W 3
- 4. Contexto 4 51%47% 2% Infrarroja Visible Ultra Violeta Espectro de la luz solar directa Tomado de: http://asterisk.apod.com/
- 5. 5 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%
- 6. 6 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
- 7. 7 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/tec hos-metalicos/construccion-alero-industrial.jpg
- 8. 8 Protección solar Sombras e intercambio radiante Material Sobre- temperatura (°C) Cubierta plástica negra 46 Cubierta plástica gris 38 Fibro cemento gris 36 Acero galvanizado 31 Techo aluminio 27 Cubierta plástica blanca 14 Membrana 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°C 39°C 54°C
- 9. 9 Protección solar Cubiertas sin aislamiento térmico <Temperatura Superficie con alto índice de reflectancia solar (SRI) y/o capas Superficie 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
- 10. 10 Protección solar Cubiertas 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.
- 11. 11 Protección solar Fachadas laterales Doble fachada o elementos de sombra verticales Extender cubiertas – generar aleros Aislamiento térmico Superficie Energía recibida relativa Cubierta 100% Fachada Oriente - Occidente 40% Fachada Norte – Sur (en solticio) 30% Priorizar:
- 12. 12 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
- 13. 13 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
- 14. 14 Aprovechamiento solar Alcobas Estar / estudio Zona social Comedor Sol de mañana Sol de tarde Orientación adecuada Ori-Occ Principios Aprovechar la estratificación Zonificación en función de horarios <Temperatura
- 15. 15 Aprovechamiento solar Alcobas Estudio Zona social Comedor El sol calienta la estructura Principios Inercia térmica al interior Aislamiento térmico en fachadas, pisos y techos Sol vertical Patio interior
- 16. 16 Aprovechamiento solar Espacios externos para captar sol Principios Importancia de doble vidrio Aislamiento móvil en ventanas Invernadero AlcobasEstudio Comedor Zona social
- 17. Gracias
Notas del editor
- Algo de contexto personal Ing. Mecánico Tengo empresa Triveco Arquitectura bioclimática Climatización Eficiencia energética Energías alternativas
- EXPERIMENTO CON EL AMBIENTE El confort térmico es un tema que nos afecta diariamente, a todo momento. Def: Satisfacción con el ambiente térmico. Balance energético con el ambiente. Temperatura del aire Radiación térmica Corrientes de aire Es un tema muy personal Uno de los factores invisibles más importantes en el diseño arquitectnónico Se sale de los números. Oficina: comodidad y productividad Hogar: comodidad, inversión correcta en vivienda Responsabilidad antes las personas El sol uno de los factores más importantes El sol es de lo
- En el trópico En clima caliente y frío hay abundante radiación solar Dos ciudades representativas de clima frio y clima caliente Clima caliente, se combinan todos los factores Clima frío contrastes Comparación de magnitud de energía solar en un m2 Explicar magnitud de radiación diaria solar (multiplicacion)
- Importante: Mitad visible, mitad invisible Efectos practicos Ropa Ventanas con películas de control solar UV Daño
- Diferencia en inclinación del recorrido solar En el trópico Arco muy vertical, con poca variación según la epoca del año Hay variadas fachadas superficies que siempre reciben sol Otras pocas en una epoca sí y otras no En latitudes elevadas: Arco inclinado Variacion fuerte en orientacion del sol Variacion fuerte en cantidad de energía solar en cada época Tabla comparativa de intensidad de energía sobre superficies, según orientación Importancia del componente de radiación sobre superficies horizontales
- Se combinan todos los factores para calentar Orden Lógico para protección solar efectiva
- Sombra efectiva Opaca completamente Capas evitan que se caliente Capas propician disipación de calor Evita que el piso se caliente Sombra no tan efectiva Superficie superior, absorbe el calor del sol El metal transmite el calor hacia la superfice inferior Vuelve a radiar una porción importante de la radiación solar hacia abajo * CARRO
- Vamos a ver algunos ejemplos de inspecciones que hemos realizado Llega a calentar mucho las superficies: Ej: Techo a 70°C 1: Techo fibrocemento en Barracabermeja, 10 AM Superfice expuesta y no expuesta Cielo frio 2: Bodega de taller en Barranquilla, 12 M Techo en aluminio sin aislamiento térmico Contraste piso y techo Zonas limpias y no tan limpias 3: Piso en asfalto Barranquilla, 12 M Se calienta el piso y se siente sofocante La persona se ve fría en comparación Materiales Influencia de color Metalico reflectivo no es suficiente Blanco es mejor que relfelctivo
- Superficie exterior: evita que absorba Superficie inferior: No radia el calor hacia abajo, OJO con corrosión de metales expuestos cerca al mar Distancia de piso a techo, Evitar que la persona esté en la zona caliente
- Orientación adecuada Sombra EFECTIVA al lado No radie nuevamente calor Ojo con inercia térmica Tema de arboles . Tan efectivo que empresas de servicios públicos en algunos lugares regalan los árboles plantados. Analizar correctamente el requerimiento de aislamiento térmico. Solo sin sombra efectiva y si adentro hay aire acondicionado
- La suma de ciclos diarios lleva a incertidumbre en requerimientos de calefacción o enfriamiento Rompecabezas No hay mucha energía interna Horarios diferentes Sobra energía solar (caso promedio triple)