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DIMENSIONADO DE CONTROLES SOLARES FIJOS EN
FUNCIÓN DE LA APORTACIÓN DE RADIACIÓN SOLAR
DIRECTA Y DE LA ORIENTACIÓN DE LA PARED
( M E A S U R E M E N T OF FIXED SOLAR CONTROLS REGARDING THE SUPPLY
OF DIRECT SOLAR RADIATIONS A N D THE EXPOSURE OF THE WALL)
Joan Antoni Cusido Fabregas
Joan Puigdoménech Franquesa
Departamento de Física
Escola Técnica Superior d'Arquitectura del Valles
Universitat Politécnica de Catalunya
(190-5)
RESUMEN
En nuestras lalitudes, el control de la radiación solar directa
a través de las aperturas de los edificios adquiere un papel
importante para evitar problemas de sobrecalentamiento en verano.
Sin embargo, dicho control ha de ser selectivo, que tenga carácter
restrictivo en verano y de máxima aportación en invierno.
En este articulo se describe un método de cálculo de controles solares
fijos para paredes con cualquier orientación azimutal, en función de
las dimensiones del mismo. Los resultados se presentan en tablas
de formato práctico, que permiten la optimización del dimensionado.
SUMMARY
By means ofthe openings in the buildings, direct solar
radiation control is highly important in our latitudes
so as avoid overheating problems in summer. However, such control
has to be selective, restrictive in summer and ofmaxim
ejficiency in winter.
This paper deals with a calculation method on fixed solar
Controls for walls facing any azimuthal orientation, according
to their size. The results are shown in handy charts which allow
the optimization of the sizing.
Introducción
Para evitar el sobrecalentanniento de los edificios, en
especial para las paredes no orientadas al sur, de las
cuales a menudo se olvida de que reciben mayor canti
dad de radiación solar en los meses de verano que las
orientadas al sur (Figura 1), es necesario disponer de
controles solares eficazmente dimensionados en fun
ción de la radiación directa que permiten controlar.
10.925 kJ/m'̂ día 10.925 kJ/m '̂día
NORTE
t
9.075 kJ/m^ día
FIGURA 1.—Radiación incidente global por metro cuadrado y día recibida por
¡as distintas paredes, para el mes de Julio a 41°23' de latitud.
Habitualmente se utilizan métodos gráficos, con la ayu
da de cartas solares (cilindricas o estereográficas) y van
dirigidos al conocimiento de las sombras proyectadas
por otros edificios, obstáculos geográficos o vegeta
ción más que al control de la aportación de radiación
(Referencias 1 y 2).
El método aquí presentado permite determinar las di
mensiones geométricas del control solar (tipo alero,
toldo o persiana) en función de la radiación directa que
penetra al interior del edificio a través de la ventana,
tanto en invierno como en verano y para cualquier
orientación de la pared.
Otros tipos de controles solares como el "brise soleil"
(parasol) o apantallamientos de disposición vertical no
son contemplados en el presente trabajo, pero la técni
ca empleada permitiría con ligeras modificaciones su
cálculo.
La Figura 2 presenta la situación geométrica general
con la cual se acomete el cálculo, siendo variables sig
nificativas del mismo, las siguientes:
Orientación azimutal A
Altura de la ventana h
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n.° 364, octubre, 1984
Distancia entre el control y la ventana p
Ángulo de inclinación del voladizo I
Grosor de la pared g
Se fijará g/h = 0,2 a lo largo del presente cálculo. Es
importante observar que la anchura de la ventana no
será una variable a tener en cuenta, como es fácilmente
demostrable a partir de las expresiones del apartado 2.
Las variables solares serán las siguientes (Figuras 3 y 4):
Altitud solar oc
Ángulo horario O
La latitud del lugar también será un parámetro que defi
nirá la trayectoria solar. Para nuestros cálculos se ha to
mado la correspondiente a Barcelona, 41°23'.
FIGURA 3.—El control solar bien diseñado admite el sol en inviero y lo exclu
ye en verano, al menos parcialmente.
FIGURA 2.—Variables significativas del control solar fijo.
Método de cálculo
El objetivo del cálculo que seguidamente se describe
es el de obtener para cada situación geométrica la can
tidad (%) de energía solar directa que penetra en la
apertura de una ventana relativa a la que recibe en total
durante un día, y para toda una colección de orientacio
nes de pared.
Se comienza calculando el área de sombra que pro
yecta sobre una pared el control solar. Dicha área de
penderá de las variables solares horarias (6, a) y de las
variables geométricas (I, I).
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n° 364, octubre, 1984
Como puede verse en la Figura 5, el ángulo j3 cumple:
con lo que conjugando planta y alzado llegaremos a la
expresión de la altura de sombra debido al voladizo d:
d = I tg ^ •=^='S <̂)
— A la expresión [2] será necesario añadir dos nuevas
aportaciones de sombra. En primer lugar, debido a la
inclinación del voladizo aparece una d':
d' = I tg I [3]
d" = g sen a
eos 6
En total la altura de sombra será:
[4]
^ — I ^9 <̂ _i I . T L sen a
dy = I - 7 7 7 ^ + I tg I + g — — ^ [5] eos e eos e
(Ver Figura 5.)
— Para una hora determinada el área de ventana som
breada será:
+ g sen
eos I
[6]
Esto corresponde a un valor relativo de área que es:
a (di - P) ^ I tg g I g sen a _ p
a • h h cose h ^ ^ h COS0 h ^^
Por lo que la proporción de la radiación directa (RD)
que atraviesa dicha apertura (RDatr) será para cada hora:
RDat.
RD y h eos u h
g sen
h eos d h) [8]
La radiación RDatr se acumula a través de un día, tenien
do en cuenta tanto las variaciones geométricas (6, a)
como las variaciones horarias energéticas.
El cómputo horario de la aportación directa solar se han
realizado según las expresiones de Collares-Pereira (3),
de la manera como los autores han planteado en una
publicación anterior (4).
— Las unidades de energía utilizadas son KJ/m^ día.
Las tablas que se presentan a continuación han sido
En segundo lugar efectuamos una corrección al área ALZADO
efectiva de la apertura, debida al grosor del muro d":
FIGURA 5
obtenidas para una latitud I = 41 '383° correspondiente
a la situación de Barcelona. Para diferente localización
habrá de introducirse alguna corrección en los datos de
radiación, así como en las trayectorias solares.
— El programa de cálculo (BASIC) se ha realizado con
IBM-PC, y se halla a disposición de interesados que
quieran solicitarlo.
Un esquema del mismo se describe a continuación:
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INPUT
Día,
R. total y difusa horizontal.
Relación g/h
Orientación de la pared
Inclinación del voladizo
Relación p/h
Relación l/h
Hora del día
Cálculo de: d j , RDa
Acumulación de RDgtr
en la presente hora
ESCRIBIR
Suma de RDatr/RD día X 100
Ejemplo de aplicación
Se propone dimensionar un control solar sobre una pa
red orientada 60° este, nnediante un voladizo inclinado
10° respecto de la horizontal. Se pretende captar la má
xima radiación directa en invierno dejando penetrar un
máximo de 25 % de radiación directa en verano.
Solución
Habrá que determinar p, h y I según se observa en la Fi
gura 2. En la tabla correspondiente al mes de julio se
separa la región que cumple la condición impuesta:
AZIMUT DE LA PARED: 60
Inclinación de voladizo = 10
l/h
p/h
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,1
78,0
81,3
83,1
84,2
84,7
84,9
85,1
85,1
85,1
85,1
85,1
85,1
85,1
85,1
85,1
0,3
55,8
63,3
68,6
72,0
74,7
76,0
77,979,7
80,6
81,4
82,2
83,0
83,9
84,1
84,1
0,5
40,3
47,8
54,0
58,9
62,3
65,8
68,9
71,8
73,1
74,5
75,8
77,2
78,3
78,3
78,3
0,7
29,3
35,3
41,0
47,4
52,5
56,6
60,1
62,7
64,4
66,0
68,7
70,2
71,6
72,9
74,3
0,9
20.6
26,5
32,5
37,7
42,5
46,0
51,0
54,4
57,9
60,7
62,4
64,1
65,7
67,4
67,9
1,1
15,6
19,8
24,0
29,7
34,6
39,4
43,1
46,5
49,1
52,2
55,6
58,7
60,4
62,1
63,8
1,3
10,7
14,8
19,0
1 23,2
27,1
31,5
36,3
40,1
43,6
47,0
48,8
50,6
53,4
56,8
58,4
1,5
8,3
10,8
14,1
18,2
1 22.4
26,0
29,1
33,2
37,2
40,6
44,1
46,8
48,5
50,3
52,1
1,7
5,9
8,4
10,9
13,4
17,5
21,7
25,0
28,1
31,2
34,2
37,7
41,1
44,6
46,5
48,3
1,9
3^9 n
6,1
8,6
11,1
13,6
16,7
20,8
1 23,9
27,0
30,1
32,6
34,7
38,2
41,7
44,5 :
Exactamente la misma región se separa de la tabla co
rrespondiente al mes de enero.
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AZIMUT DE ÍA PARED: 60
Inclinación de voladizo = 10
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l/h
p/h
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
i 1,5
0,1
87,7
88,5
88,8
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
0,3
77,2
83,3
86,3
87,3
87,9
87,9
87,9
88,1
88,4
88,7
89,0
89,0
89,0
89,0
89,0
0,5
64,2
72,6
78,7
82,6
85,2
86,3
87,3
87,9
87,9
87,9
87,9
87,9
87,9
87,9
88,1
0,7
52,8
61,0
67,9
74,0
78,6
81,5
84,1
85,3
86,3
87,2
87,9
87,9
87,9
87,9
87,9
0,9
42.4
51,0
58,7
65,1
70,5
74,1
77,9
80,5
83,0
84,3
85,3
• 86,2
87,2
87,9
87,9
1,1
34,8
42,0
48,7
56,4
62,3
67,9
71,5
75,0
77,0
79,4
81,9
83,3
84,3
85,2
86,2
1,3
27,6
34,8
41,6
1 47,7
53,8
59,5
65,2
68,8
72,4
75,4
76,9
78,5
80,8
82,3
83,2
1,5
22,8
28,0
34,7
41,0
1 47.1
52,4
56,7
62,4
66,2
69,8
73,3
75,3
76,8
78,4
80,0
1,7
18,6
23,8
29,0
34,2
40,3
46,4
51.2
55,3
59,6
63,6
67,2
70,7
73,6
75,2
76,8
1̂ 9 * 1
14,4 :
19,6
24,7
29,9
34,0
39,7
45,8
1 50,0
54,2
58,3
61,0
64,5
68,1
71,7
73,6
La máxima radiación directa entrante para estas condi
ciones, es del 51,2 % en enero por un 25 % en jul io. Es
to corresponde a unos valores de:
p/h = 0,7 ; l/h = 1 , 7
Si el diseñador ha de fijar alguno de los tres parámetros
(preferentemente p ó h) es posible determinar los otros
dos. Obsérvese pues que hay siempre diversas posi
bil idades.
Fijando h = 0,5 m (altura ventana), para las condiciones
requeridas p = 0,35 y 1 = 0,85. Naturalmente el dise
ñador dispondrá de más posibi l idades, por ejemplo:
p/h = 0,3 ; l/h = 1,1
Para h = 0,5 m, serán p = 0,1 5 m y I = 0,55 m. Todo
ello sin afectar prácticamente el valor de radiación d i
recta que penetra por la ventana, como se observará de
las tablas.
Variando la incl inación del alero, podríamos encontrar
muchas otras soluciones posibles, hasta encontrar la
que se adapte a nuestras necesidades estéticas y téc
nicas.
Conocer valores de radiación entrante es de fundamen
tal importancia para el diseño y dimensionado de edif i
cios solares pasivos o bien para conocer las necesida
des energéticas de calefacción o refrigeración conven
cional, con mayor exactitud.
FIGURA 6. —Ejemplo de control solar mal dimensionado. La foto ha sido reali
zada en diciembre a las 13,00 horas. La orientación de la superficie acristalada
es NO. La vivienda está ubicada en Sabadell.
FIGURA 7. —En edificios comerciales en centro urbano con poca capacidad de
asoleamiento y gran contaminación acústica, quizá no queda mejor solución
que el hiper-aislamiento. (Edificio Europrix, obra del Dr. Arquitecto X. Sauquet.)
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FIGURA 8. —En los edificios de uso comercial, el muro cortina crea un enorme
dispendio energético de climatización, en especial por sobrecalentamiento. El
uso de controles solares disminuiría considerablemente este gasto energético
sin afectar gravemente la estética del conjunto. (Edificio central del Banco de
Sabadell. Orientación de la superficie: oeste).
Bibliografía
1. F. RAMÓN: «Soleamiento en una situación urbana». Cole
gio OfijDial de Arquitectos de Madrid (1977).
2. G. YAÑEZ: «Energía Solar, Edificación y Clima». MOPU
(1983).
3. M. COLLARES-PEREIRA, A. RABL: «The average distribu-
tion of solar radiation correlations between difuse and he-
misphericai and between daüy and hourly ¡nsolation valúes».
Solar Energy, 22, 155-164 (1979).
4. J. PUIGDOMENECH, J. A. CUSIDO: «Tablas de radiación
solar para paredes verticales a diferentes orientaciones
azimutales». Rev. el Instalador, Julio 1984.
TABLAS DE CONTROLES SOLARES
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n.° 364, octubre, 1984
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=====AZIMUT DE LA PARED: 60 -̂
Inclinación de voladizo
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n.° 364, octubre, 1984
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n° 364, octubre, 1984
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Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc)
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n.° 364, octubre, 1984
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Informes de la Construcción, Vol. 36, n.» 364, octubre, 1984
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Las dificultades de suministro y el alto coste
de los productos energéticos convencionales
han despertado la atención de los usuarios,
técnicos e industriales de la edificación hacia
los procedimientos y sistemas en que se basa
el aprovechamiento de otras fuentes alterna
tivas de energía, principalmente la solar. Esto
ha generado un rápido desarrollo industrial y
comercial que, en opinión de los autores de
este libro, arrastran los siguientes defectos:
un mimético tecnologismo respecto de los
sistemas convencionales que violenta las pe
culiaridades de la energía solar (baja densidad
y variabilidad en el tiempo), y una escasa
selectividad en la aplicación de los sistemas y procedimientos pasivos dando origen a un ecumenismo
arquitectónico solar, al margen de las condiciones climáticas y funcionales específicas de cada
caso y lugar.
En este libro, utilizando criterios y metodología pedagógicos, se dan los fundamentos e instrumentos teórico-prácticos necesarios para el planteamiento de todo proyecto arquitectónico solar
pasivo, de acuerdo con los principios éticos y económicos de conservación y ahorro de energía. Es
decir: respeto de los presupuestos bioclimáticos, búsqueda de la máxima captación y acumulación
de la radiación solar, y esmero en el aislamiento térmico de los cerramientos.
Equipo de Ahorro de Energía
en el edificio
Dirección y coordinación:
Arturo García Arroyo
M.^ José Escorihuela
José Luis Esteban
José Miguel Frutos
Manuel Olaya
Bernardo Torroja
Un volumen encuadernado en cartulina ibiza plastificada, a cinco colores, de 16
de 216 páginas, 217 figuras, 87 gráficos, 19 tablas y 10 cuadros.
Madrid, 1983. Precios: España 2.100 ptas.; 30 $ USA.
23 cm, compuesto
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