La absorción del calor está condicionada a varios factores, como son: la orientación de las fachadas, inclinación de las azoteas, el color de las superficies, el material con el cual se va construir, el viento exterior, área de fachada o azotea, etc.
La ganancia solar llega a representar un porcentaje muy alto en un balance térmico, lo ideal seria aislarlo, pero es la entrada de luz más grande y gratuita que tenemos, de hecho los debemos proyectar de manera tal, que la luz artificial se use lo menos posible y de ser posible sólo cuando no exista la luz solar, por las tardes, días nublados y noches.
La buena orientación de los inmuebles es vital, ya que de esta manera se conocerán las ganancias térmicas que tendrá la edificación, aquí es donde se mezclan los materiales y los colores, de manera que sean los más adecuados en todos los aspectos. Un edificio con grandes superficies de cristal al Oeste nos indica que por las tardes habrá una carga térmica fuerte en esta zona. Si el acristalamiento está al Norte, prácticamente no tendrá sol (dependiendo de la latitud donde se localice), y la pérdida de calor del interior será muy grande (en invierno). Si el acristalamiento está al Sur entonces tendrá sol durante todo el día y la carga térmica en invierno será grande.
La inclinación de las superficies es muy importante, porque cuando caen los rayos solares perpendiculares a las mismas, es cuando tenemos la mayor ganancia de calor, esto en verano no es muy conveniente sobre todo cuando queremos una temperatura fresca en el interior, pero en invierno sí conviene tener las techumbres el mayor tiempo expuestas al sol, y esta inclinación de la techumbre tendrá que ser la misma que la latitud Norte a la que nos encontremos y orientada al Sur, y con esto tendremos la captación horaria máxima solar por azotea.
En cuanto al color, este tipo de ganancias se refiere al calor que absorben las superficies, mientras más oscuro sea, mayor será la captación solar. El color está relacionado con varios factores que influyen mucho en la arquitectura y que distingue a algunos tipos de edificios o de ubicación, por ejemplo los bancos, su distintivo es el color de sus fachadas denotando su razón social, el color de un hotel junto al mar sería de un tono claro.
Respecto a los materiales para construcción, siempre se recomiendan los que están en la zona y los que ya se hayan usado anteriormente, como buenos aislantes térmicos, estos por lo general son de baja densidad y con cámaras de aire.
Un buen análisis de orientación, colores y materiales darán por resultado un edificio acorde al medio físico, estético, funcional, económico.
El sol es el origen de toda la energía que ocasiona la variación de la temperatura de la atmósfera. La Tierra esta situada a unos 149,000,000 kms del sol y recibe un 1/2 000,000,000 de la energía que emite.
El planeta está formado por 74% de agua y 26% de tierra.
La intensidad de la radiación solar en los confines de atmósfera es de 1404 watts/m2 aproximadamente, el 21 de Diciembre y el 21 de Junio, es de 1309 watts/m2, la constante solar es de 1370 w/m2, según la organización de meteorología mundial.
Al atravesar los rayos solares la atmósfera disminuyen considerablemente la intensidad, de forma que una parte de ellos se reflejan hacia el espacio, otra parte es absorbida por diversas partículas atmosféricas. De la radiación total que pasa se descompone en dos: Radiación directa y difusa. Radiación directa es la radiación que incide directamente en la superficie de la tierra. Radiación difusa es debida a la reflexión que se produce en las partículas de vapor, ozono o polvo y se reparte de una manera sensiblemente uniforme por la superficie de la tierra, los valores relativos de estas dos radiaciones son variables y dependen de:
a) El tiempo que esté el sol sobre el horizonte a una altitud y una época determinada del año, (día y noche).
b) De la distancia que deben recorrer los rayos a través de la atmósfera para alcanzar un punto de la tierra.
c) Del ángulo de incidencia de los rayos solares.
d) De la limpieza de la atmósfera.
e) De la continuidad de la radiación.
Cuando la distancia a recorrer en el interior de la atmósfera aumenta, o la atmósfera se hace más opaca, disminuye la radiación directa y aumenta la difusa. Cuando esto sucede, el efecto que resulta de esto es la reducción de la cantidad de calor que llega a la superficie de la tierra.
La ganancia de calor a través de un cristal común depende de la situación geográfica (latitud), del instante considerado (hora, mes) y de su orientación. La componente de radiación directa origina ganancia de calor en el espacio acondicionado sólo cuando la ventana es atravesada por rayos solares, y la componente de radiación difusa origina ganancia de calor en cualquiera que sea la posición de la ventana en relación con el sol.
Para aplicaciones prácticas de proyectos de aire acondicionado, se puede considerar una ganancia solar total de 930 w/m2, como la energía susceptible de captar en un metro cuadrado de superficie teóricamente negra, en posición horizontal con el sol en el cenit y considerando una atmósfera limpia con un grado de turbiedad bajo. Este valor se usa comúnmente cuando no se conoce la radiación solar directa del lugar donde se va a realizar la obra.
Desde luego esta intensidad solar y la misma se obtiene en función con la posición real del sol para un lugar y tiempo determinados.
Cuando se trata de un lugar con neblina frecuente, se tendrán que reducir los valores hasta en un 15 % debido a que los rayos solares penetran con menos facilidad (se reflejan antes de llegar).
Como se puede observar en la Figura 1, los días marcados como solsticios de verano e invierno, en la ganancia solar difieren, puesto que la constante solar que usamos, es de 930 w/ m2, este valor fue elaborado para la latitud Norte, cuando sea usada para la latitud Sur tenemos que aumentar un 7%, en los meses de Diciembre o Enero.
| Figura 1 |
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| 1404 – 1309 = 7% | |
| 1404 | |
NOTA: No siempre el mes de diseño será el mes más caluroso según tablas de AMICA, éste dependerá fundamentalmente del área de cristal y su orientación.
Para determinar las ganancias por radiación primero ubicaremos al sol, para esto usaremos la ecuación de Cooper.
DECLINACIÓN
| d = 23.45° x sen (360 x n + 284 ) | |
| 365 | |
| donde: | |
| d | = Declinación del sol (23.45° a -23.45°) |
| n | = Número de día del año; El 1° de Enero es el día No. 1; 1° de Febrero es el día No. 32; 31 de Diciembre es el día No. 365 |
| 284 | = Constante |
| 360 | = Grados de una circunferencia. |
| 365 | = Días del año, 365 |
| 23.45° | = Inclinación de la tierra con respecto a su eje |
ALTURA SOLAR:
a = sen-1 ((cos L x cos d x cos Ah) + (sen L x sen d))
AZIMUT:(con respecto al sur)
| Zs = cos-1 (( sen a x sen L) – sen d) | |
| cos a x cos L | |
| donde: | |
| a | = Altura solar en grados con respecto al horizonte |
| z | = Azimut solar, en grados partiendo del Sur |
| d | = Declinación solar |
| L | = Latitud del lugar a estudiar |
| Ah | = Ángulo horario; 1 hora = 15°; a las 12: 00 hrs. = 0°, a las 11: 00 hrs. = -15° a las 14:15 hrs. = 33.75°; negativo antes de las 12 hrs. y positivo después de las 12 Hrs. |
Ah = 15° x (Hr. – 12) ; Ah = 15 x (14 – 12) = 30
Ejemplo: Para el 20 de Abril, 14: 00 Hrs., Latitud Norte 20 °
El 20 de abril es el día No. 110
| D = 23 .45° x sen [360 x (110 + 284 )] = 11.23° | |
| 365 | |
a = sen -1 ((Cos 20° x Cos 11.23° x Cos 30°) + (Sen 20° x Sen 11.23) = 0.8 648 = 59.86°
Si es por la mañana Z= 180 – Zs; Si es por la tarde Z= Zs + 180
| Zs= cos-1 [(Sen 59.86° x Sen 20°) – Sen 11.23° ]= 0.214= 77.64° + 180 = 257.64° | |
| Cos 59.86° x cos 20° respecto al sur respecto al norte | |
PARA UBICAR EL SOL CON RESPECTO AL NORTE
| Zn = Cos-1 ((Cos L x Sen d) – (Sen L x Cos d x Cos ah)) | |
| Cos a | |
| Zn= Cos-1 ((Cos 20 x Sen 11.23) – (Sen 20 x Cos 11.23 x Cos -30))= 102.36° | |
| Cos 59.86° | |
| Z por la mañana (10:00 hrs.) será = 102.36° | |
| Z por la tarde (14:00 hrs.) será; Z = 360 – Zn | |
| Z = 360 – 102.36° = 257.64° | |
LONGITUD DE SOMBRA
Para conocer la longitud de la sombra se usará la siguiente ecuación:
| L.S.= H = | |||
| tan a | |||
| 00000 | |||
| donde : | L.S. = Longitud de sombra. | ||
| H = Altura del edificio en metros. | |||
| 00000 | |||
| L.S. = 3.85 = 2.23 m | |||
| tan 59.86 | |||
Para conocer la duración en horas de un día determinado, usaremos la siguiente ecuación:
DURACIÓN DE UN DÍA EN HORAS
| ds = 2 x cos-1 (-tan L x tan D) = hr | |
| 15 | |
| donde : | ds = duración del día solar | |
| hr = horas | ||
| ds = 2 x cos -1 ( tan 20 x tan 11.23°) = 12.55 Hrs. | ||
| 15 | ||
Hora de salida y puesta del sol :
HSP = cos-1 x (-tan L x tan D)
| donde : | HSP= ángulo de salida y puesta del sol, a partir de las 12:00 P.M. | |
| HSP= cos-1 (-tan 20° x tan 11.23°) = 94.144° | ||
| si 1 hora = 15°; 4.144° x 60 = 16.58’ | ||
| 00000000000015° | ||
| Figura 2 |
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HORA SOLAR VERDADERA
Para conocer la hora solar verdadera deberemos conocer primero la longitud actual, o sea del lugar donde se va a realizar el proyecto.
El D. F. se encuentra ubicado geográficamente en la longitud de = 99° 18’
| El uso horario para la hora civil del D.F. es la longitud de = 99° 18’’ | |
| 9° 18’ | |
La Tierra es una esfera de 360° y 1 día es de 24 horas, tenemos que:
| 360° = 15°/ hora (60 minutos) | ||
| 24 hrs. | ||
| 000 | ||
| 9° 18’ x 60 (min.) = 36.72’ | ||
| 15° | ||
| 00 | ||
| 0.72’ x 60 (seg.) = 43.2” | ||
Por lo tanto el D.F., siempre se encuentra a 36’ 43.2” atrasado con respecto a la hora solar verdadera
Cuando en el D.F. la hora civil es las 14:00 hrs. la ubicación del sol en hora solar verdadera es 13° 24’ 16.8”.
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2 comentarios
Sería bueno consultar el texto “Modelo para diseño y evaluación del control solar en edificios” del Instituto de Ingeniería de la UNAM para profundizar más en este tema sobre el caso de México
ES INFORMACION CLARA Y PRECISA Y DE MUCHA UTILIDAD PARA QUIENES BUSCAMOS INFORMACION TECNICA D4E CALIDAD