Una mirada a la helioenergética y el ahorro de energía

Reproducimos el informe del Dr. Guillermo Enrique GONZALO publicado en la serie HOJITAS DE CONOCIMIENTO que edita el Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (IEDS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a quienes agradecemos la gentileza por compartirlo.

Es conveniente analizar por separado la influencia de la radiación solar directa y difusa en un edificio, sobre todo al considerar el balance energético dirigido a optimizar costos y disminuir consumos.

El clima

     El Sol es prácticamente la única fuente de radiación que posibilita luz, calor y vida en nuestro planeta, y es el factor preponderante en la generación de los fenómenos climáticos. Las órbitas que describen los planetas alrededor del él son órbitas elípticas, pero muy parecidas a circunferencias, dependiendo muy poco de ellas las variaciones estacionales. Etimológicamente, la palabra clima significa inclinación y se refiere a la oblicuidad de los rayos solares. Está comprobado que la construcción edilicia eficiente energéticamente depende fuertemente de un diseño y de materiales que se adapten al clima del lugar.

Fig. 1 – Acimut y altura solar en distintas épocas del año.

Geometría solar

   Se denomina geometría solar a la consideración del movimiento aparente del sol y sus representaciones gráficas. Un anteproyecto arquitectónico debería aprovechar estrategias solares, para confort interno del edificio y ahorro de energía. Por simplicidad, podemos suponer a la Tierra fija y al Sol desplazándose alrededor de ella. El movimiento aparente del sol se lo describe como recorriendo un arco, saliendo desde el Este, tomando altura hasta alcanzar un máximo (cenit) en su paso por el meridiano del lugar y ocultándose hacia el Oeste (Fig. 1).

Fig. 2 – Representación del movimiento solar.

Ubicación

   Para conocer la ubicación de un punto sobre la Tierra y la posición del sol, utilizamos un sistema de coordenadas angulares terrestres y celestes.

Coordenadas terrestres: consisten en la latitud (determinada por los planos horizontales llamados paralelos) y la longitud (determinada por los planos perpendiculares al Ecuador y que convergen en los polos, llamados meridianos). Para determinar la posición de cualquier punto sobre la Tierra se debe indicar la latitud del lugar (paralelo en donde está ubicado el observador) y la longitud (referida al meridiano de Greenwich).

Coordenadas celestes: están dadas por la altura solar (ángulo formado por la visual del observador al sol y su proyección sobre el plano del horizonte) y el acimut (ángulo de giro horizontal, respecto al N). Ambos valores irán variando, de acuerdo a la latitud, la hora y el día del año. (Fig. 2)

Reloj solar horizontal

    Si bien existen cartas solares y softwares para determinar los valores de altura solar y acimut, a distintas horas del día y del año, para cualquier latitud, el diagrama reloj solar horizontal (Fig.3 y 4) es uno de los auxiliares gráficos más prácticos para el trazado de sombras. El mismo está constituido por un plano horizontal y un elemento vertical ubicado en la posición del observador. Sobre el plano horizontal del reloj se grafican las terminaciones de las sombras, que arroja el  elemento vertical en los distintos meses del año y horas del día, para una latitud determinada.

   Este método es particularmente apropiado para el estudio de sombras entre edificios, en núcleos urbanos complejos o edificios de formas variadas, donde la evaluación por gráficos requiere de estudios y prácticas especiales. Para el estudio sobre maqueta, además del diagrama del reloj solar horizontal para la latitud del lugar, también se requiere contar con una fuente luminosa. La elección de dicha fuente dependerá de la precisión requerida, pudiendo emplearse desde una lámpara común, a la situación óptima de la utilización del sol directo.

Fig. 3 – Construcción del reloj solar horizontal.

Fig. 4 – Reloj solar horizontal para la ciudad de San Miguel de Tucumán (26º 48´ LS)

Fig. 5 – Estudio de sombras para un edificio realizado por alumnos, en base a una maqueta volumétrica que seubica con su orientación coincidente con la del reloj solar horizontal, todo sobre un plano que pueda ser ubicado en cualquier posición.

Dimensionado de protecciones

    Los aventanamientos son uno de los elementos más importantes en la arquitectura bioclimática1. Correctamente diseñada y ejecutada, la ventana es un excelente medio de aprovechamiento de la energía solar. La elección de la forma, tamaño, disposición y controles de las aberturas de un edificio deberá ser también producto de un análisis solar exhaustivo. Para que las protecciones externas a diseñar (parasoles, galerías, pérgolas, etc.) proyecten sombra conveniente sobre el vidriado a determinada hora del día, pueden emplearse cualquiera de los métodos gráficos que analizan el movimiento aparente del sol. Los resultados de estos estudios podrán confirmar su más adecuada disposición y dimensión. (Fig. 6)

Fig. 6 – Alero dimensionado para protección solar total.

Resumen realizado por el Autor del Capítulo 11 “Helio-energética” de su Manual de Arquitectura Bioclimática y Sustentable.