Sistema de elementos de protección solar para los edificios en Cuba. Estudio de caso

8/10/2019 Sistema de elementos de proteccin solar para los edificios en Cuba. Estudio de caso.

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System of shading devices for buildings in Cuba. Case Study

Sistema de elementos de proteccin solar para los edificios en Cuba.Estudio de caso

RESUMEN: El presente trabajo refiere los resultadosde una investigacin realizada con vistas a proponerun sistema de elementos ligeros de proteccin solarque puedan ser producidos en Cuba y adicionados alas fachadas de los edificios con vistas a reducir lacarga trmica a travs de la envolvente arquitectnicay el consumo de energa. Para ello se defini unespacio interior modular climatizado con tres posiblesfunciones, del cual se derivaron los requisitos asatisfacer por los elementos de proteccin solar adisear. Su comportamiento en cuanto a reduccin de

la transferencia trmica y de la iluminacin naturalinterior se evalu mediante simulacin automatizadacon el programa Ecotect V5. La aplicacin en un casode estudio permiti demostrar que el costo de inversinrequerido para proteger del sol la fachada del edificiopuede ser amortizado en menos de dos aos a partir dela reduccin de la carga de climatizacin.

PALABRAS CLAVE: proteccin solar, arquitecturabioclimtica, Cuba.

Dania Gonzlez Couret y Rolando Martnez Cabrera

ABSTRACT: This paper reports the results of researcconducted in order to propose a system of lightweigsun protection devices that can be produced in Cuba anadded to the facades of the buildings in order to reducthe heat load through the architectural envelope anthe energy consumption. For this, a modular indoor aiconditioned space with three possible functions, of whicthe requirements were derived to satisfy the elemenof sun protection design, was defined. Its performanin terms of reduced heat transfer and natural lightininside was assessed using automated simulation wi

Ecotect V5. The application in a case study helped to shothat the required investment for the solar protection the building facade can be amortized in less than twyears from reducing air conditioning load.

KEYWORDS: shading devices, bioclimatic architecture, Cuba

Arquitectura y Urbanismo vol. XXXV, no 3, 2014, ISSN 1815-5898Recibido: 14/03/2014 Aprobado: 02/05/2014

Acadmicas/ Diseo bioclimtico


2/13Arquitectura y Urbanismo, vol. XXXV, no 3, septiembre-diciembre, 2014, pp. 5-17, ISSN 1815-58

Con Criterio/ Sistema de elementos de proteccin solar para los edificios en Cuba

IntroduccinLa proteccin solar de los cierres exteriores de los edificios es un requisito

esencial para la eficiencia energtica en casi todos los climas. Evitar laentrada del sol en los espacios interiores es deseable en los meses deverano en los climas templados e incluso fros, pero en los climas clidosresulta imprescindible. En los climas clidosecos es posible aprovecharla radiacin solar diurna para calentar los cierres exteriores (paredes y

cubiertas) y almacenar en ellos ese calor para desprenderlo al espaciointerior durante la noche, momento en que las temperaturas bajan, inclusopor debajo de la zona de confort.

Sin embargo, en climas clidohmedos como el de Cuba, donde lastemperaturas son altas todo el da y todo el ao, evitar el calentamientode los cierres exteriores es un recurso esencial del diseo bioclimticoen cualquier poca del ao. Es conveniente evitar el calentamiento de lassuperficies exteriores de paredes y cubiertas para reducir el flujo de calorhacia el espacio interior y con ello, la ganancia trmica. As mismo, resultaimprescindible proteger las ventanas de la penetracin de la radiacin solardirecta, que adems de contribuir a elevar la temperatura interior, provoca

deslumbramiento.La situacin se agrava cuando se trata de ventanas de vidrio, donde seproduce el efecto invernadero que contribuye a elevar la temperaturainterior. Quienes piensan que en los edificios climatizados esto no resultatan necesario, no tienen en cuenta las consecuencias del asoleamiento enlos espacios interiores. El uso de cortinas para evitar el deslumbramientoobstruye las visuales al exterior y genera aumento del consumo de energaen iluminacin artificial y en climatizacin por la ganancia trmica (que nose resuelve con una cortina interior). Tambin, a pesar de la climatizacinartificial se afecta el confort de las personas sometidas al efecto de unaradiacin asimtrica (el calor radiante de la ventana por un lado y el fro delaire acondicionado por el otro).

La norma cubana Requisitos de diseo para la eficiencia energtica delas edificaciones (NC220-1:2009) [1], en su Parte I referida a la envolventearquitectnica, establece los ngulos requeridos para la proteccin solarde las edificaciones segn la orientacin de sus fachadas. Sin embargo,los diseos arquitectnicos que se ejecutan en Cuba no cumplen estosrequerimientos y de manera general, emplean grandes superficies de vidrioexpuestas a la radiacin solar sin proteccin. La razn fundamental queargumentan los arquitectos para justificar esta prctica es la inexistenciaen el mercado de un surtido de elementos de proteccin solar que puedanser empleados en los diseos arquitectnicos para ser adicionados a lasfachadas de los edificios en dependencia de su orientacin.

El presente trabajo refiere los resultados de una investigacin realizadaa solicitud de los Ministerios de la Industria Bsica y de la IndustriaSideromecnica (hoy unificados en el Ministerio de Energa y Minas), convistas a proponer un sistema de elementos ligeros de proteccin solarque puedan ser producidos en Cuba para su adicin a las fachadas de losedificios (tanto los de nueva ejecucin como los existentes) en diferentescontextos, con vistas a reducir la carga trmica a travs de la envolventearquitectnica y el consumo de energa. El estudio fue realizado para laciudad de La Habana, con una latitud de 220Norte.

1. OFICINA NACIONAL DENORMALIZACIN. NC 220_1, 2009:Edificaciones. Requisitos de Diseopara la eficiencia energtica. Parte 1:Envolvente del edificio.La Habana: ON2009.


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Dania Gonzlez Couret y Rolando Martnez Cabrer

Arquitectura y Urbanismo, vol. XXXV, no 3, septiembre-diciembre, 2014, pp. 5-17, ISSN 1815-5898

Materiales y mtodosLos requisitos a satisfacer por la proteccin solar parten del uso del

espacio interior. Por tanto, la investigacin se inici identificando el tipo deespacio a tomar como objeto de estudio. Se decidi trabajar para espaciosclimatizados con el objetivo de demostrar el posible impacto de la proteccinsolar en la reduccin del consumo energtico de la edificacin. Con vistasa generalizar a escala arquitectnica los resultados obtenidos para cadaespacio estudiado, se seleccionaron edificios conformados por espacios defuncin principal que se repiten en forma modular.

A partir de la revisin de las normas cubanas vigentes se establecieronlos requisitos a satisfacer por los elementos de proteccin solar a disearcomo garanta de un ambiente interior apropiado.

Para abordar el diseo de los dispositivos se parti de un estudio delrepertorio nacional e internacional precedente que hizo posible arribar auna clasificacin tipolgica de estos elementos, que unida a los ngulosrequeridos sirvi de base para su diseo geomtrico inicial, que fueposteriormente precisado en cuando a forma y detalles en dependencia delos posibles materiales a emplear en su ejecucin.

Cada uno de los elementos diseados como parte del sistema fue

sometido a una evaluacin de su comportamiento desde el punto de vista dela iluminacin natural y la reduccin de la carga trmica en un espacio de6 m por 6 m y 2,70 m de puntal, a partir del empleo del programa EcotectV 5,5 (2005)1, considerando ventanas de vidrio simple de piso a techo conmarcos de aluminio. Se asumi una absorcin y reflexin de 0,28 y 0,8respectivamente para la proteccin solar, de 0,8 y 0,75 para la ventana (conuna suciedad de 0,9), as como 0,85 y 0,6 para las superficies interiores.

Para la simulacin automatizada se tom un cielo parcialmente cubiertocon una luminosidad de 10 000 lux [2] y un horario de simulacin entre 9:30am y 15:30 pm. Los niveles de iluminacin mnimos y los coeficientes deuniformidad obtenidos para los espacios estudiados se compararon con losrequerimientos identificados.

La radiacin transmitida a travs de la fachada protegida se simulpara los das de mayor radiacin incidente en los meses ms crticos paracada orientacin y se estim la reduccin de la capacidad de enfriamientorequerida del equipo de climatizacin con respecto a la necesaria con lafachada sin proteccin.

Por ltimo, se ofrecieron recomendaciones tcnicas para su aplicacinprctica y se verific su posible impacto en un edificio real de oficinas, tomadocomo caso de estudio. Para ello, se seleccion un espacio de oficina condimensiones representativas de los restantes en su planta, ubicado hacia lafachada sureste que result ser la de mayor incidencia de la radiacin solar,cuyo comportamiento se simul con y sin proteccin solar, empleando elprograma Ecotect V 5.5.

Los elementos de proteccin solar empleados en la simulacin fueronseleccionados de las variantes de diseo propuestas como parte delsistema, respondiendo a los requerimientos de proteccin derivados delespacio estudiado y su orientacin.

Para las ventanas se emple un coeficiente de reduccin de 0,6, productode la refraccin del vidrio [2], correspondiente a un vidrio difusor de unacapa, y un coeficiente de reduccin de 0,87 calculado segn la estructura dela ventana, as como 0,9 por suciedad. En las superficies interiores de lasparedes y techo (de color blanco) se asumi una reflexin de 0,85, y 0,6 parael piso gris claro.

2. ALEMANY, A., A. ALFONSO, A. M. DE

LA PEA, Gisela DAZ. Climatologa,Iluminacin Natural y Acstica. LaHabana: ISPJAE, 1986.

1Software disponible en Internet parafacilitar el diseo en 3D y aplicar lasherramientas necesarias para lograr laeficiencia energtica.




Mediante la simulacin automatizada se verific la afectacin que loselementos de proteccin propuestos ocasionan en el comportamiento dela iluminacin natural en la oficina, tomada como objeto de estudio y lareduccin que estos significan en la radiacin transmitida al interior y portanto, en la carga de climatizacin.

A partir de este resultado, se estim la reduccin de la carga total declimatizacin en los espacios vinculados a la fachada sureste del edificioy se realiz una valoracin econmica del tiempo de recuperacin de lainversin necesaria para la adicin de los elementos de proteccin solar enla fachada.

Definicin del objeto de estudioLa proteccin es un requisito esencial para cualquier tipo de espacio y

edificio en las condiciones del clima de Cuba, sin embargo, en aquellosdonde se emplea climatizacin artificial la proteccin solar tiene un mayorimpacto en el ahorro de energa. Es por ello que se parti de la seleccin deprogramas arquitectnicos que puedan requerir de climatizacin artificial.

Entre los programas arquitectnicos cuyos espacios comnmentese climatizan en Cuba se encuentran: los edificios de oficina, donde la

ventilacin (ya sea mecnica o natural) puede resultar molesta comorecurso de acondicionamiento ambiental; los alojamientos hoteleros, dondehay que ofrecerles esta opcin a los turistas que lo deseen, y los edificios delaboratorios y aulas especializadas, sobre todo, aquellas donde es necesariooscurecer para proyectar, lo cual requiere de ventanas cerradas y por tanto,espacios sin ventilacin natural.

Por su especificidad, los laboratorios quedaron excluidos de esta muestrainicial, y en los hoteles la atencin se concentr en los espacios de alojamiento,que son los que necesariamente requieren de esta opcin. Por tanto, el objetode estudio se concentr en espacios repetitivos de edificios de carctermodular como oficinas, aulas y habitaciones de hotel. Para ello, se seleccion

un espacio genrico con dimensiones de 6,00 m X 6,00 m, adaptable a losrequerimientos de aulas, oficinas e incluso, habitaciones de hotel.

Requerimientos ambientales interiores a satisfacerPartiendo de que se trata de espacios climatizados, la proteccin solar

debe satisfacer dos requerimientos contradictorios: reducir la radiacinsolar directa que incide en la fachada y penetra por las ventanas, y a la vez,favorecer el cumplimiento de los requisitos de iluminacin natural interior,dejando penetrar la cantidad necesaria de radiacin difusa.

De estos dos requerimientos, la iluminacin natural resulta decisivaen aulas y oficinas, por las labores visuales que en ellas se desarrollan,mientras que en los dormitorios el ambiente trmico interior y la privacidad

visual constituyen el requisito principal. Las visuales al exterior sondeseables en todos los casos. A partir de estas consideraciones, se realizuna bsqueda de los requerimientos de iluminacin y ventilacin natural,visuales, privacidad y proteccin solar propuestos en diversas fuentes,incluidas investigaciones y normas [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10] paraidentificar los rangos a cumplir (tablas 1 y 2).

Como que los requerimientos de iluminacin natural varan en los trestipos de espacio objeto de estudio, se asumi un nivel intermedio de 300 luxcomo valor mnimo a satisfacer en la comprobacin del desempeo de loselementos de proteccin solar diseados.

3. OFICINA NACIONAL DENORMALIZACIN. NC 53-86:1983: Elaboracin de proyectos deconstruccin. Iluminacin natural enedificaciones. La Habana: ONN, 1983.

4. OFICINA NACIONAL DENORMALIZACIN. NC 45-2: 1999. LaHabana: ONN, 1989.

5. OFICINA NACIONAL DENORMALIZACIN. NC - ISO 8995 CIES008/E: 2001. Lighting of work places.Part I: Indoors, 2003. Iluminacin depuestos de trabajo en interiores. LaHabana: ONN, 2002.

6. OFICINA NACIONAL DENORMALIZACIN. NC ISO 7200: 2004Documentacin tcnica de productos. LHabana: ONN, 2004.

7. MAVILLA, M., Control solar en edificiosde oficinas. Director: Jess Snchez.Tesis de Diploma. ISPJAE. Facultad deArquitectura. La Habana, 1983

8. MENNDEZ, C., Sistema modular dedispositivos de proteccin solar enedificios sociales. Director: Elmer Lpde Len. Tesis de Diploma. ISPJAE.Facultad de Arquitectura, La Habana,

1982.9. RODRGUEZ, L., Influencia de elementde proteccin solar en el asoleamientode los edificios. Director: Ana Marade la Pea. Tesis de Diploma. ISPJAE.Facultad de Arquitectura, La Habana,2003.

10. DE LA PEA, A. M., Iluminacinnatural en edificios. Director: AlfonsoAlfonso Gonzlez. Tesis de Diploma.ISPJAE. Facultad de Arquitectura, LaHabana, 1992


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ESPACIOS NC 53-86: 1983 [3] NC 45-2: 1999 [4] NC-ISO 8995: 2003 [5] Alemany, 1986 [2]

DORMITORIO 70 LUX 75 150

AULAS 200 LUX 500 200

OFICINAS 150 - 200 LUX 300 - 500 200

REFERENCIAS N NE E SE S SO O NO

NC ISO 7200: 2004 [6] 800 450 500 450

Mavilla, 1983 [7] 450-400 300 450-400 300 600-400

Menndez, 1982 [8] 500 200 200 250 300 300

Rodrguez, 2003 [9] 800 300 300 300 800

De la Pea, 1992 [10] 600 350 300 300 300 300 300 400

RESUMEN (H) 600 350 300 250 350 300 300 400

(V) 270 350 350

Tabla 1: Requerimientos ambientales interiores en los espacios objeto de estudio.

Tabla 2: ngulos de proteccin solar requeridos por orientacin.

Resultados y discusin

Clasificacin tipolgica de los elementos de proteccin solarLa clasificacin tipolgica de los posibles elementos de proteccin

solar a emplear, se orden de acuerdo primero con su posicin absoluta(horizontales o verticales), luego segn su forma (rectos, curvos, quebradosy mixtos) y por ltimo, a partir de su posicin relativa (perpendiculares,paralelos y oblicuos a la fachada) (Tablas 3 y 4).

HORIZONTALES

FORMA POSICIN RELATIVA

PERPENDICULARES PARALELOS OBLICUOS

RECTOS

CURVOS

QUEBRADOS

MIXTOS

Tabla 3: Clasificacin de los elementos horizontales de proteccin solar.




VERTICALES

FORMA POSICIN RELATIVA

PERPENDICULARES PARALELOS OBLICUOS

RECTOS

CURVOS

QUEBRADOS

MIXTOS

Tabla 4: Clasificacin de los elementos verticales de proteccin solar.

Adicionalmente, todos los tipos clasificados se pueden desarrollar apartir de elementos slidos o en trama, y pueden ser fijos o mviles. Por laforma en que se realiza el movimiento pueden ser desplazables, giratorios,plegables o enrollables y es posible ejecutarlo de forma manual, mecnicao automatizada.

Soluciones de diseo propuestasLas propuestas de diseo tomaron como base el repertorio internacional

evaluado y un inventario de los materiales disponibles en el pas para laelaboracin de los dispositivos propiamente y de su estructura portante. Elproceso transit por varias etapas, que comenzaron con el diseo geomtricode cada elemento, a partir de los ngulos de proteccin requeridos para lasdiferentes orientaciones, luego el formal y por ltimo, la solucin en detallede los elementos componentes. En todos los casos y etapas se consideraronlas posibilidades de movimiento.

La geometra de cada elemento tipo responde a los ngulos de proteccinsolar asumidos (tabla 2), de donde se derivaron sus dimensiones,considerando una separacin no menor de 0,60 m y no mayor de 1,20 mcon respecto a la fachada, por razones tanto estructurales como estticas yfuncionales. Esto permitira la posible abertura de ventanas ubicadas detrsde los elementos de proteccin solar, as como su manipulacin, limpiezay mantenimiento desde el interior. La modulacin horizontal asumidapara todos los elementos diseados fue de 1,80 m, lo cual condiciona el


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espaciamiento entre las estructuras de soporte y fijacin a la fachada. En lafigura 1 se muestran esquemas que ilustran el diseo geomtrico de variostipos de elementos de proteccin solar.

Para cada esquema geomtrico propuesto se consider su posibleubicacin en los edificios y la expresin formal resultante, teniendo encuenta su empleo para vanos de diversas dimensiones y proporciones, ascomo la proteccin parcial o total de la fachada, a partir de su composicinmodular y sus posibilidades de movimiento. En la figura 2 se muestran

algunas posibles soluciones formales en funcin de los requerimientosde proteccin y los criterios de diseo a asumir por los proyectistas parasu seleccin, resumidas en 12 tipos cuyo desempeo fue posteriormenteverificado.

Una vez determinadas las caractersticas geomtricas de cada tipo deelemento de proteccin y valoradas sus posibles soluciones formales, seestudiaron los detalles de fijacin de las lamas a la estructura y de esta a lafachada de los edificios.

Figura 1a, b, c y d : Diseo geomtrico de los elementos de proteccin solar.

1c1d

1a 1




1e 1f

Figura 1e, y f : Diseo geomtrico de los elementos de proteccin solar.

Figura 2: Diseo formal de loselementos de proteccin solar.


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Comprobacin de la influencia de los elementos de proteccinsolar en el ambiente interior

Las propuestas de diseo de los elementos de proteccin solar elaboradasen funcin de los ngulos requeridos para cada orientacin, fueron sometidasa un proceso de simulacin automatizada para verificar su influencia en elambiente interior, tanto en la reduccin de la carga trmica como de losniveles de iluminacin natural.

Tabla 5: Reduccin de la radiacin transmitida por el cierre hacia el espaciointerior y su implicacin en la reduccin de las toneladas de refrigeracinequivalente del equipo de climatizacin a emplear.

Figura 3: Resultados de la simulacinde la iluminacin natural con elelemento de proteccin solar Tipo 1,orientado al sur.

En la tabla 5 se resumen los resultados obtenidos en la simulacin conrespecto a la reduccin de la radiacin transmitida por el cierre exteriordel espacio como consecuencia de la adicin de cada tipo de elemento deproteccin solar en diferentes orientaciones. Tambin se ha estimado ladisminucin que esto significa en cuanto a las toneladas de refrigeracin delequipo de climatizacin requerido si se adicionan los elementos de proteccinsolar propuestos, lo cual tiene un impacto econmico positivo directo.

Elemento de

proteccinAngulo de proteccin

Orientacin

simulada

Reduccin de la radiacin

transmitida por el cierre (W)

Reduccin en Toneladas de

refrigeracin equivalentes

1 350(H) Sur 539 0,15

2 300(H) Oeste 1046 0,29

3 600(V) Noreste 1232 0,35

4 300(H) Sureste 6646 1,89

5 350(H) Sur 459 0,13

6 350(H) y 600(V) Noreste 403 0,11

7 300(H) Noroeste 3916 1,11

8 300(H) Suroeste 392 0,09

9 300(H) Este 5729 1,73

10 350(H) y 600(V) Noreste 365 0,10

11 150(V) Norte 48 0,01312 150(V) Noreste 319 0,09




Elemento de

proteccinAngulo de proteccin

Orientacin

simulada

Distancia del cierre exterior (m) a la que

el nivel de iluminacin natural es 300 lux

1 350(H) Sur 3,18

2 300(H) Oeste 3,25

3 600(V) Noreste 3,00

4 300(H) Sureste 3,35

5 350(H) Sur 3,27

6 350(H) y 600(V) Noreste 3,58

7 300(H) Noroeste 3,32

8 300(H) Suroeste 3,36

9 300(H) Este 3,20

10 350(H) y 600(V) Noreste 3,43

11 150

(V) Norte 4,0112 150(V) Noreste 3,29

Tabla 6: Distancia con respecto al cierre exterior a la que se obtiene un nivel deiluminacin natural de 300 lux en los espacios simulados con la adicin de loselementos de proteccin solar propuestos.

Como puede apreciarse, en todas las orientaciones se logran impactosfavorables con la adicin de elementos de proteccin solar. Los mayorescorresponden a aquellos compuestos por elementos horizontales con unngulo de 300. Llama la atencin que en los espacios orientados hacia eloeste no se obtienen con la proteccin solar reducciones considerables dela radiacin transmitida hacia el interior, como era de esperarse, pero estose debe a que el horario definido para la simulacin fue limitado a las 15:30,momento en el que la radiacin incidente en estas orientaciones alcanza

sus mayores valores.Tambin se comprob el efecto de los elementos de proteccin solar en lareduccin de los niveles de iluminacin natural interior, cuyos resultados seresumen en la tabla 6. El comportamiento es muy similar en todos los casos.Los niveles mximos obtenidos en los puntos ms cercanos a la ventana esde 1 500 lux, y el nivel mnimo asumido de 300 lux se alcanza a una distanciaque oscila entre 3,00 m y 4,00 m con respecto al cierre exterior.

Para las dimensiones de los espacios asumidos como objeto de estudiocon una profundidad de 6 m, esto significa que entre un tercio y la mitaddel espacio en la zona ms alejada de la ventana, el nivel de iluminacinnatural no ser suficiente, de manera que deber ser complementado coniluminacin artificial.

Con este fin podr colocarse una hilera de luminarias paralelas a lafachada en el tercio final del espacio hacia el fondo, que pueda ser accionadade forma independiente con respecto a la iluminacin artificial a usar en elespacio durante el perodo nocturno. Esto contribuir adems a mejorar launiformidad, ya que los valores estimados en todos los espacios resultaninferiores a 0,2, y por tanto, menor que el valor normado de 0,3 [3].

Como era de esperar, de manera general las distancias menores a lasque se alcanza el nivel de iluminacin mnima de 300 lux se correspondencon el empleo de los elementos de proteccin de mayores ngulos en sudiseo geomtrico, que representan por tanto, una mayor obstruccin parala entrada de la luz natural.

Caso de estudioPara demostrar las ventajas de la adicin de los elementos de proteccin

propuestos en un caso real, se seleccion el edificio Almendares,


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correspondiente a una inmobiliaria de oficinas de CIMEX ubicado en laavenida 31 entre 6 y 8 en el municipio Playa (figura 4). Este es actualmenteuno de los edificios de esa institucin con mayor consumo de energa porclimatizacin.

Para el experimento se escogi la fachada con mayor incidencia de laradiacin solar, que result ser la sureste (622 W/m 2) (tabla 7), segn losresultados de la simulacin efectuada con el programa Ecotect V5.5 en lascinco fachadas para los meses y das de mayor incidencia solar en cada

una, que resultaron ser el 13 de junio para el entorno norte (noreste, nortey noroeste), el 18 de enero en el entorno sur (sureste, sur y suroeste), y el30 de abril para las orientaciones este y oeste. En la Tabla 7 se resumenlos mximos valores de radiacin obtenidos en la simulacin para cadafachada.

Figura 4: Caso de estudio: EdificioAlmendares.

Tabla 7: Valores mximos de la radiacin solar incidente en las fachadas deledificio Almendares, segn resultados de la simulacin efectuada con Ecotec V5.5.

Se escogi por tanto, una oficina vinculada a la fachada sureste en unaubicacin intermedia, de 4,90 m de frente, 5,40 m de profundidad y un puntalde 2.40 m, cuyas dimensiones y proporciones son similares al resto de lasoficinas vinculadas a esa fachada (figura 5), de manera que a partir de losresultados obtenidos en este espacio se pudo estimar la reduccin de lacaga trmica para toda la fachada, una vez que se adicionen los elementosde proteccin solar propuestos.

Figura 5: Ubicacin de la oficina objeto de estudio en el esquema del edificio enplanta.

Orientacin Supercie de la

fachada (m2)

Mxima radiacin

unitaria (W/m2)

Mxima radiacin

total (kW)

Noreste 153 513 78,97

Sureste 473 622 294,29

Suroeste 350 589 206,32Noroeste 517 462 239,29

Este (esquina) 111 576 64,37




A partir de aqu se definieron las condiciones geomtricas a satisfacer porcualquier elemento de proteccin solar a emplear en la fachada seleccionada,a partir del ngulo requerido, las dimensiones de las ventanas existentes ysu forma de apertura, as como la altura de la fachada (Figura 6). Sobreesta base se valoraron posibles dispositivos a emplear de los diseados elsistema propuesto.

Finalmente se seleccion un dispositivo compuesto por elementoshorizontales mltiples en un ngulo de 300 (figura 7), y se dise el sistema

de fijacin en funcin del material de la fachada, haciendo coincidir sumodulacin con la de los paneles del muro cortina. El elemento de proteccinse sita a 70 cm de la fachada para facilitar la apertura de las ventanas.

Empleando el programa Ecotect V5.5 se evalu el comportamiento de lailuminacin natural (niveles de iluminacin y uniformidad), y la radiacintransmitida con y sin la proteccin solar, a partir de lo cual, se estim lacarga trmica total para toda la fachada.

Como resultado se obtuvo que el espacio sin proteccin permite un nivelmnimo de iluminacin natural de 600 lux a partir de una profundidad de 3,50m, con un mximo de 1 500 lux junto a la ventana, para una uniformidad de0,4. Con la proteccin solar el nivel mnimo de iluminacin natural se reduce a

450 lux a 2,90 m de la fachada, y la uniformidad es de 0,3 (Figura 8). Por tanto,en el espacio estudiado, aun empleando los elementos de proteccin solar,es posible cumplir los niveles mnimos de iluminacin natural requeridos yla uniformidad en su distribucin.

Figura 6: Ventanas del espacio objetode estudio.

Figura 7: Elemento de proteccin sola

seleccionado.

Figura 8: Resultados de la simulacin de la iluminacin natural en el espacioobjeto de estudio.

El comportamiento de la radiacin fue simulado para el da ms crtico delao en esta orientacin (18 de enero), considerando una reflexin de 0,62 yuna absorcin de 0,44 para el muro de hormign de color beige. La cargatrmica total transmitida al interior del local sin proteccin fue de 19 543 W,y a las 11:00 am (hora ms crtica) alcanz 4 094 W, lo que equivale a 1,16t de refrigeracin. Con el empleo de la proteccin solar la radiacin totaltransmitida fue de 1 889 W, y en la hora ms crtica, a las 8:00 am, la carga


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fue de 664 W. Esto significa una reduccin total de 17 654 W y de 3 430 en lahora crtica, lo que equivale a 0,97 t de refrigeracin.

El rea total de fachada del piso donde se ubica la oficina estudiada esde 76,4 m2(6 veces el rea del cierre exterior de esa oficina, que equivale a2 076 m2). Para estimar la reduccin de la carga trmica en toda la fachadase asumi el valor de la oficina estudiada como representativo de todo elpiso, y este valor a su vez, repetido para todo el edificio. Sobre esa base, lareduccin total de la carga trmica con el empleo de elementos de proteccin

solar en la fachada sureste del edificio equivale a una disminucin de 18,4 ten la demanda de equipos de climatizacin.

Una valoracin econmica de estos resultados arroja que el costo delos elementos de proteccin solar para cubrir toda la fachada, que se haestimado en 17 280,00 CUC, podra amortizarse en menos de dos aos, alreducir en 65 kWh el consumo de energa diario [11].

ConclusionesEl presente trabajo muestra un sistema de elementos de proteccin solar

de posible produccin en Cuba para ser empleado en edificios climatizados,nuevos o existentes, con vistas a mejorar sus condiciones ambientales

interiores y reducir su consumo energtico.Como resultado de la simulacin de la reduccin de la carga trmicay la iluminacin interior, se demuestra que permiten reducir la carga derefrigeracin de los equipos de climatizacin a emplear, y que la reduccinde la iluminacin natural interior puede ser compensada con iluminacinartificial en la zona ms alejada del cierre exterior.

Su aplicacin en un caso de estudio permite demostrar que la inversinnecesaria para su adicin en la fachada del edificio objeto de estudio puedeser amortizada en menos de dos aos.

11. MARTNEZ CABRERA, R., Diseode elementos de proteccin solarpara reducir el consumo energticopor climatizacin en los edificios.Director: Dania Gonzlez Couret.Tesis de Diploma. ISPJAE. Facultad deArquitectura, La Habana, 2008.

Dania Gonzlez Couret

Arquitecta, Doctora en CienciProfesora. Titular de la Facultad Arquitectura del ISPJAE. Directora de

Posgrado del ISPJAE.

Correo electrnico:

[email protected]

Rolando Martnez Cabrera

Arquitecto graduado en la Facultde Arquitectura de la CUJAE en 20Proyectista en la ECODIC

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Sistema de elementos de protección solar para los edificios en Cuba. Estudio de caso