control solar edificio de aulas fachada doble piel - presentación

8/7/2019 Control solar edificio de aulas fachada doble piel - Presentación

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FACHADAS DE DOBLE PIELy optimización del control solar.

Edificio de Aulas en Medellín, Colombia.

Arquitecto

Jorge Hernán Salazar TrujilloProfesor Asociado. Universidad Nacionalde Colombia Sede Medellín

[email protected]



CONTROL SOLAR



Calcular dispositivos de control solar es una

tarea simple si se realiza de manera aislada:Basta conocer los periodos en que la radiación

solar directa será indeseada. El resto es unasencilla labor geométrica.

Pero esta técnica no es adecuada para:

Fachadas complejas.Sistemas de fachada de doble piel.Edificios con poca accesibilidad lumínica.



El sistema de fachada de doble piel consiste en dos

fachadas similares, pero desalineadas y separadas entresi, creando una cámara de aire ventilada.

La luz y la ventilación natural ingresan libremente al

edificio mientras los rayos solares son obstruidos.



OPTIMIZACIÓN DEL CONTROL SOLAR



En fachadas de doble piel el control solar siempre sehace a costa de disminuir el aprovechamiento lumínico. A

su vez, el aprovechamiento lumínico siempre se hace acosta de aumentar la probabilidad de exposición solar.

La optimización del control solar es una técnica queayuda a que ninguna de las dos variables sea la

resultante inesperada de la otra.

El enfoque de la optimización combina ambas variables,para no sacrificar inadvertidamente valores ambientalesque pueden coexistir en un proyecto.



CONTEXTO Y PROGRAMA



La ciudad de Medellín, Colombia se ubica a 6.25° N, enun valle a 1.530 msnm. Temperatura media de 24°C y Hr

60%. Los vientos predominantes son del Norte.



El edificio es unaampliación de la

Escuela de Ingenieríade la Universidad

Pontificia Bolivarianaen Medellín realizada

en el año 2005.

Diseñado por el Arq.Alejandro Restrepo,

tuvo la asesoríaambiental de SalazarGarcía González

Arquitectos.



Consta de 16nuevas aulas enun lote

rectangular y

estrecho queobligó a quetodas susfachadas

principales seorientaran hacia el

Este y el Oeste.



La estrechez del loteimpidió tener

voladizos, como seríadeseable con estas

orientaciones.

Esto obligó a tenerfachadas lisas,

limitación que fue

aprovechada comopremisa de diseño.



APROVECHAMIENTO LUMÍNICO



Un análisis preliminarcon el Ábaco de Dufton

concluyó que paraalcanzar iluminancias

promedio de 500 lux lasventanas tendrían que

ser muy amplias.

En días despejados setendría exceso de

insolación, obligando adispositivos de sombragrandes y costosos.



Aprovechando que la población estudiantil rara vez superalos 24 años de edad, se diseñaron aberturas que permitieran

un promedio de 350 lux en días nublados.Si no hay lleno completo, las sillas próximas a las aberturas

tendrán 500 lux o más en días nublados. En días despejadosel promedio del aula cumplirá el estándar internacional.



Para verificar el funcionamiento lumínico de las aulas entrelas 8:00 y las 16:30, cuando se programan la mayoría de

las clases, se caracterizó el Recurso Lumínico del sitio.También se utilizó un modelo en escala 1:10 para medir

iluminancias en 72 puntos distribuidos sobre la superficiede trabajo, utilizando luxómetros HOBO H08.



Se verificó que cuando los niveles de Iluminancia ExteriorVertical estuvieran sobre los 25.000 lux, la iluminancia

promedio del aula estaría cercana a los 450 lux.



ACCESIBILIDAD SOLAR



Incluso en la estabilidad climática de la Zona Ecuatorial,

se presentan diferencias de utilización que responden alos diferentes calendarios y horarios de funcionamiento.Esto es especialmente notorio en Edificios Educativos.

Todo sistema de fachada de doble piel precisa dossincronizaciones: una horaria y otra por temporadas.

Horarios y calendarios permiten concluir a qué hora, en

qué fecha, durante cuánto tiempo y con qué dimensionesuna mancha solar se podría considerar como deseable(umbral mínimo) o como tolerable (umbral máximo).



La primera tarea fue estimar la tolerancia máxima delos estudiantes ante la radiación solar directa. Se

definió el Tamaño Máximo Tolerable de una manchade sol y el Tiempo Máximo de Exposición.

Ambas son magnitudes arbitrarias que porexperiencia se considera que la mayor parte de los

usuarios valorará como aceptable.

PERO… Nunca habrá certeza que algún individuose sienta incómodo con estos valores.



Luego se determinaron lasvariables arquitectónicas

para las cuales interesaba

determinar su rango devariabilidad.

No tiene sentido que

todas las variablesefectivamente lo sean.Asuntos estructurales,

constructivas o

funcionales puedenobligar a que ciertasvariables dejen de serlo y

se transformen en

constantes.



El ancho de las aberturas se fijó en 60 cms. por razonesde modulación. La separación entre las pieles

responden a requerimientos de evacuación y limpieza.

Su espesor a necesidades constructivas.Se consideraron variables los dos aspectos restantes:

Ritmos de los vanos.Desalineación entre la primera y la segunda piel.



Con un Diagrama Solar se trazaron las incursiones para lasfechas en que inician y terminan los periodos académicos. Se

valoraron menos las incursiones solares de las vacaciones.

Se midió el ancho de las manchas resultantes y el número depuestos de estudio afectados. Esto ayudó a determinar elrango disponible para realizar el desfase entre las pieles.



Luego de esta exploración manual, se hicieron loscálculos de Ganancia Solar utilizando un softwaredesarrollado en AutoLISP por el autor.

Los diagramas resultantes permitieron identificar losperiodos en que cada alternativa de ritmos pielespresentaría su mejor y su peor funcionamiento.

El desalineamiento entre las fachadas permitió empalmarel periodo de mejor desempeño solar de las fachadas

con el calendario académico de la Universidad.



Estos resultados permitieron saber los intervalos en que sepresentarían las peores condiciones de insolación: las

fechas y horas críticas.Pero estos diagramas no permitensaber en qué lugares se proyectarán las manchas de sol.



La revisión de la Incursión Solar se realizó calculando lafrecuencia anual con que cada uno de los puntos sobre elplano de trabajo permanece expuesto al sol. Esto permitió

verificar que la exposición al sol corresponde con lo

establecido en las premisas de diseño.



RESULTADOS



En el cámpus de la Universidad Pontificia Bolivarianaabundan aulas con excelente ventilación e iluminaciónnatural, pero el trazado urbano y el inadecuado diseño

de sus fachadas ocasionan malas condiciones solares.

Lo normal es que esas aulas permanezcan durante lastardes soleadas con las cortinas cerradas y la luz

artificial encendida.

Son aulas calurosas y en las que nunca se puedenprogramar cursos que impliquen lleno completo.



Con este edificio se acordó que las nuevas aulasnunca tendrían cortinas ni serían calurosas, pero que

esto habría que compensarlo con un menor

aprovechamiento lumínico.Los estudios de Homogeneidad ayudaron a

determinar que la máxima distancia entre aberturassería de tres módulos (1.80 mts). Además, sería

conveniente que los vanos de las fachadas Este yOeste no coincidieran.



El diseño final de las cuatro pieles es la respuesta alplanteamiento de obtener el máximo de

combinaciones de una sola pieza, pero respetandosiempre los siguientes umbrales de tolerancia:



La circulación sedejó muy expuestaa la radiación solar

para no fomentarla permanencia de

personas afuera

de las aulas.

Sobreiluminar eslo que permite

niveles aceptablesde iluminación en

el interior de lasaulas.



En las aulas no se permite acceso solar hacia los tableros.Los puestos afectados se concentran en el fondo de las

aulas y las manchas de sol nunca tienen más de 20 cms deancho. Ocurren predominantemente durante las vacaciones.



En los baños se

aplicó un criteriointermedio: sepermite más

ingreso solar porrazones

antisepticas, perose protegen las

superficiesverticales que

albergan losespejos.



CONCLUSIÓN



Para una optimización lo primero es determinar el

grado de libertad con que se cuenta para tomaruna decisión con respecto a una variable.

En este edificio los umbrales de Requerimiento

Lumínico y de Tolerancia Solar Máxima fueron lospuntos de partida para comenzar a explorar lacombinación óptima.

Se diseñó a partir de lo Máximo Tolerable o de loMínimo Requerido, para llevar los dispositivos de

fachada al máximo de su rendimiento posible.



Por tanteo y error sólose puede llegar a

resultados aceptables.Trabajando así hace

falta un golpe de suertepara que el resultado

obtenido sea el óptimo.

Por este motivo losinstrumentos de

análisis y simulación se

utilizaron aquí comoherramientas deverificación, no como

herramientas de

diseño.



Fin del documentoActualizado el 30 de julio de 2007

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