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Protección solar para edificios ¿Qué es la arquitectura solar pasiva?

Protección solar para edificiosSe entiende por arquitectura pasiva aquella que permite conseguir los objetivos de confort térmico interior sin la intervención de un mecanismo o dispositivo activo que consuma energía. Es decir, aprovechando los recursos disponibles de forma gratuita y sin consumo energético. Por lo tanto, a través de la propia arquitectura.

En el caso de la arquitectura solar pasiva, el recurso disponible es la radiación solar, que se puede aprovechar por ejemplo para calefactar de forma pasiva un espacio interior. Sin embargo, cuando lo que buscamos es todo lo contrario, es decir, cuando lo que queremos es bloquear la radiación solar no deseada, para alcanzar el confort interior en los edificios, utilizamos el concepto protección solar para edificios.

En este artículo vamos a realizar un repaso de las diferentes opciones que la arquitectura pasiva nos ofrece en relación con la protección solar en los edificios.

  1. Voladizos
  2. Brise-soleil o lamas horizontales y/o verticales
  3. Vidrios de control solar
  4. Los colores claros
  5. La distribución de estancias y la orientación solar
  6. El propio edificio
  7. Vegetación.
  1. Toldos
  2. Persianas y cortinas
  3. Mallorquinas o contraventanas
  4. Fachadas cinéticas

¿Por qué interesa la instalación de elementos de protección solar para edificios?

La protección solar para edificios interesa en climas cálidos, calurosos y muy calurosos, siempre. Se trata de climas en los que existe una importante demanda de refrigeración. En climas templados, también puede ser necesario bloquear la radiación solar para reducir la demanda energética en verano. En climas fríos o extremadamente fríos (ártico) en cambio, sucede lo contrario. La radiación solar se aprovecha como sistema de calefacción pasiva, cuando la temperatura en el exterior es baja. En estos climas predomina la demanda de calefacción, la cual es elevada, en relación con la poca o nula demanda de refrigeración.

La pregunta por lo tanto es ¿Cuál es la demanda de refrigeración en mi edificio? ¿Qué puedo hacer para reducirla si es elevada? La respuesta sería reduciendo por un lado las ganancias internas de calor y por otro, reduciendo las ganancias externas de calor. Y es en este segundo tipo de ganancias donde interviene la protección solar.

La arquitectura solar pasiva ofrece mecanismos de protección que permiten reducir o bloquear la radiación solar no deseada. Es decir, aquella radiación que incrementa la temperatura en el interior del edificio. Exactamente por encima de la temperatura de confort de 25-26°C. Generalmente, la radiación solar que se transmite a través de superficies acristaladas. Es decir, ventanas y lucernarios, precisamente los elementos más débiles de un cerramiento, teniendo en cuenta su valor de transmitancia térmica. 

¿Qué elementos de la arquitectura solar pasiva nos ofrece protección solar?

La arquitectura solar pasiva nos ofrece diferentes formas de bloquear la radiación solar no deseada. Puede tratarse de elementos propios de la arquitectura del edificio o bien dispositivos o elementos que se añaden e instalan en el edificio con esta finalidad.

Por otro lado, podemos diferenciar elementos de protección solar fijos, de elementos de protección solar móviles. Los primeros actúan lógicamente, de la misma manera en todas las estaciones del año. Los segundos, al ser elementos móviles, se pueden activar cuando interesa bloquear la radiación, y desactivar cuando interesa dejar pasar la radiación solar para su aprovechamiento. Además, los elementos móviles pueden ser de accionamiento manual o motorizado. Los primeros no consumen energía y dependen del comportamiento del usuario. Los segundos son dispositivos eléctricos generalmente, por lo que no son realmente elementos pasivos ya que consumen algo de energía. No obstante, los comentamos también en este artículo, para saber que son una alternativa más para tener en cuenta.

Antes de pasar a describir cada elemento de protección solar, es importante recordar que es necesario conjugar el aprovechamiento de la luz natural y la protección solar. Todo ello para obtener la mejor eficiencia energética en su funcionamiento. 

Elementos fijos

A continuación, se describe brevemente los elementos fijos más comunes. Existen otros elementos fijos, que no son propiamente elementos fijos que se incorporan al edificio, sino que ofrecen alguna característica del material que permite bloquear la radiación solar no deseada.

Por otro lado, la forma en que diseñamos un edificio y su entorno, influyen en el comportamiento energético del edificio, y por lo tanto también en su capacidad de bloquear la radiación solar no deseada.

Voladizo

Se entiende por voladizo, un elemento fijo y horizontal que permite bloquear la radiación solar en verano. Es decir, cuando el ángulo de incidencia de la radiación solar es vertical. Su funcionamiento es efectivo en orientación sur, teniendo en cuenta la trayectoria del sol, su azimut y elevación solar, factores que intervienen en su dimensionamiento. En invierno, en cambio, el voladizo debe permitir el paso de la radiación solar, ya que el ángulo de incidencia de la radiación es más horizontal.

Un voladizo puede ser la prolongación del forjado o losa de hormigón armado o bien un elemento complementario metálico, de madera, de material plástico, una combinación de diferentes materiales, etc.

Brise-soleil o lamas horizontales y/o verticales

Brise-solei es un término francés que se traduce como parasol en castellano. Se popularizó gracias a la arquitectura de Le Corbusier, arquitecto del movimiento moderno, de los más influyentes del siglo XX. Construidos en hormigón armado y adosado a las fachadas, era utilizado como recurso arquitectónico recurrente en los edificios que diseñaba.

Además de ser un recurso formal, su diseño permite bloquear la radiación solar combinando o no, lamas verticales y horizontales, y en diferentes orientaciones. El abanico de materiales y su composición es variada: desde parasoles horizontales y/o verticales metálicos para fachadas, pasando por lamas de madera verticales y horizontales, derivados de la madera, de materiales plásticos, etc.

Las lamas horizontales son efectivas en orientación sur y las verticales en orientaciones este y oeste, teniendo en cuenta la trayectoria solar a lo largo del año, es decir, su azimut y elevación solar.  Las lamas pueden ser fijas, pero como veremos posteriormente, también pueden ser móviles.

Vidrios de control solar

Un vidrio es de control solar, porque se le incorpora un tratamiento que modifica su comportamiento, en este caso, bloqueando la radiación solar no deseada. Dicho tratamiento puede modificar en mayor o menor medida, la transmisión de luz (radiación visible) y la transmisión de calor (radiación infrarroja). El aspecto del vidrio puede ser totalmente transparente o coloreado. Incluso los hay con efecto espejo, muy reflectantes, por lo tanto.

Un vidrio ya instalado se puede transformar en un vidrio de control solar adhiriendo al mismo una lámina de control solar que le confiere dicha propiedad.

En ambos casos, el valor del factor solar g es clave. Este factor es el valor resultado del cociente entre la radiación solar a incidencia normal que atraviesa el acristalamiento y la que se introduciría si el mismo acristalamiento fuese perfectamente transparente. Por lo tanto, valores próximos a cero se refieren a vidrios que reducen significativamente la radiación solar que se introduce en el interior del edificio a través de la superficie acristalada del vidrio. Los valores habituales para un vidrio de control solar suelen ser de 0,27 a 0,38.

Los colores claros

Los colores claros absorben menos radiación solar que los colores oscuros. Este recurso, de aplicación en los revestimientos exteriores de muros y suelos, marcos de ventanas, etc., permite reducir la transmisión de calor hacia el interior. De hecho, la diferencia de temperatura superficial de un cerramiento expuesto a la radiación solar y de la misma composición, pero de uno de color más claro y otro de color más oscuro, puede ser de varios grados de temperatura.

Cada color se caracteriza por un coeficiente de absortividad para radiación solar α. Dicho coeficiente considera la fracción de la radiación solar incidente a una superficie que es absorbida por la misma. Los colores claros tienen valores de absortividad próximos a cero mientras que los colores oscuros, su valor de absortividad se aproxima a uno. En la siguiente tabla se pueden observar valores de absortividad para diferentes colores aplicables a marcos de ventana:

Absortividad del marco para radiación solar

La distribución de estancias y la orientación solar

La distribución de las estancias dentro de una vivienda teniendo en cuenta su orientación y su uso a lo largo del día o del año, puede favorecer la reducción de ganancias externas de calor, como la radiación solar. Es preferible ubicar estancias vivideras o de día en orientación sur, protegidas con un voladizo, que en otras orientaciones como la este u oeste, donde es más difícil bloquear la radiación del sol, produciendo sobrecalentamiento en su interior. Por otro lado, las estancias orientadas a norte son más frescas en verano.

El propio edificio

La forma del edificio, los elementos propios del edificio que arrojan sombra o la arquitectura enterrada, son estrategias que permiten reducir las ganancias de calor no deseadas desde el exterior. Unas porque proyectan sombra y bloquean la radiación solar que incide sobre el edificio. Otras porque se aprovechan de la inercia térmica del terreno como es el caso de la arquitectura enterrada. Por supuesto, también porque este recurso bloquea el 100% de la radiación solar incidente. Y hablando de inercia térmica, en determinados climas muy calurosos y secos, puede ser interesante aprovechar la inercia térmica de los cerramientos o del suelo interior. Esta propiedad permite acumular el calor en el propio elemento constructivo, durante un periodo de horas al día, sin emitir calor hacia el exterior, el cual sí se emite cuando en el exterior baja la temperatura. Dicho calor en verano se disipa del interior del edificio, mediante la ventilación nocturna.

Vegetación

La vegetación es otro elemento que permite bloquear la radiación solar, además de que es capaz de reducir algunos grados la temperatura en el entorno mediante la evapotranspiración. Hasta 10 grados en un entorno urbano reduciendo el efecto de isla de calor. La vegetación puede ser permanente, de hoja perenne, o por el contrario actuar sólo en verano, de hoja caduca, lo cual permite el aprovechamiento de la radiación solar en invierno. 

Elementos móviles

Los elementos móviles para la protección solar en edificios pueden ser de accionamiento manual o motorizados. Los segundos, además, pueden estar automatizados mediante programación. En este sentido, la domótica nos permite controlar y automatizar determinados dispositivos en los edificios. Una tecnología que también se aplica al control solar aportando confort y ahorro energético, pudiendo modificar dicha programación, incluso desde nuestro dispositivo móvil, de forma remota.

Toldos

Es el dispositivo por excelencia para la protección solar en los edificios. Se fabrican de tela y se caracterizan por su color y transparencia. Su eficacia es mayor cuanto más claro es el color y más opaco es el textil.

Pueden ser de accionamiento manual o motorizado. En este segundo caso, el toldo se activa bien por decisión del usuario, o bien porque se ha programado. El sistema puede incorporar un sensor que accione el toldo cuando interese bloquear la radiación solar para que se despliegue, o que se cierre cuando haga viento.

La variante más parecida a los toldos son las velas de tela, fijadas mediante anclajes o bien las pérgolas, fijas o móviles a través de carriles por donde se desplaza la protección solar, e igualmente de accionamiento manual o motorizado, automatizado o no. En las pérgolas se puede utilizar textil como barrera de protección solar, pero también otros materiales como la madera o el cañizo cuando son protecciones fijas.

Lamas verticales y horizontales

Ya comentado como dispositivo de protección solar fijo, en este caso, se trata de lamas horizontales y/o verticales, integradas en la fachada y orientables en función de la orientación del elemento constructivo a proteger y del ángulo de incidencia de la radiación solar. Al igual que otros dispositivos, las lamas se pueden motorizar e incluso programar su funcionamiento.

Persianas y cortinas

Otro de los elementos más comunes empleados para la protección solar junto con los toldos, son las persianas. De accionamiento igualmente manual o motorizado e incluso domotizado. Las persianas se colocan generalmente en el exterior de la ventana a proteger y es de los dispositivos más efectivos para reducir las ganancias solares a través del acristalamiento. No obstante, al ser un sistema de oscurecimiento, se tiene que compatibilizar la protección solar con el aprovechamiento de la luz natural.

Por otro lado, hay que tener en cuenta que el cajón de persiana interrumpe la sección constructiva del cerramiento en el que se instala. Es por lo tanto un puente térmico al que hay que prestar atención en su diseño para limitar la pérdida de energía a su través. Lo cajones de persiana se deben de aislar convenientemente. Además, también son origen de infiltraciones de aire cuando su accionamiento es manual.

La cortina o screen es una alternativa a la persiana como sistema de protección solar y de oscurecimiento. Se puede instalar en el interior y en el exterior de la ventana. Incluso en el mercado existen acristalamientos que incorporan cortina de lamas o pantalla continua de forma integrada. Es decir, dentro de una cámara de aire no sellada entre vidrios.

Tanto en el caso de las persianas como de las cortinas o screens, es más efectiva su instalación en el exterior, bloqueando la radiación solar antes de que entre en el edificio.

Mallorquinas o contraventanas

Las mallorquinas o contraventanas son una alternativa a las persianas. Además, eliminan el problema del puente térmico del cajón de la persiana. Las contraventanas suelen ser 100% opacas mientras que las mallorquinas integran lamas que pueden ser fijas o bien orientables de forma manual, por el usuario. Se fabrican generalmente del mismo material que la ventana, madera o aluminio generalmente. También pueden ser de PVC.

Fachadas cinéticas

También conocidas como fachadas adaptativas, dinámicas o inteligentes. Son fachadas que interactúan con el entorno, en este caso para proteger de la radiación solar no deseada. El diseño de una fachada cinética es muy variado y su imagen en movimiento es impactante.

El Instituto Árabe en París de Jean Nouvel (1987) dispone de una fachada sur que incorpora diafragmas móviles para controlar la entrada de luz en el interior del edificio. Para su accionamiento, el sistema incorpora sensores de respuesta automática, en función de las condiciones ambientales. Cerca de 25.000 células fotoeléctricas se controlan de forma informatizada. Su funcionamiento se asemeja al de una cámara de fotos de las antiguas: Se abre el objetivo en mayor o menor grado para dejar pasar la luz, y posteriormente se cierra para bloquearla.

Ya para terminar y para cualquiera de los dispositivos descritos en párrafos anteriores, es importante recordar la importancia de elegir el material adecuado para la protección solar de nuestro edificio. Conviene no elegir materiales excesivamente conductores que conviertan lo que inicialmente es un elemento que bloquea la radiación solar, en un verdadero radiador de calor. 

¿Qué dice la normativa respecto de las protecciones solares?

El ahorro de energía en los edificios y su eficiencia energética se regula en el Documento Básico de Ahorro de Energía del Código Técnico de la Edificación (DB HE del CTE). La sección 1 del DB HE, en este caso, determina las condiciones para el control de la demanda de energía del edificio. Para ello, establece una serie de exigencias a verificar, entre ellas la de control solar de la envolvente térmica. Y para ello establece un valor límite del parámetro control solar qsol;jul,lim en KWh/m²mes. Dicho valor es diferente según el uso del edificio como se puede comprobar en la tabla, donde se distingue el uso residencial privado de otros usos.

Valor límite del parámetro de control solar

El cumplimiento de esta exigencia pasa por el correcto diseño y orientación de los huecos de la envolvente térmica, de su proporción en relación con la superficie opaca de cerramientos, de su protección solar, si dispone de ella, y de las propias características de las superficies acristaladas que se instalen. En este aspecto se considera el tipo de vidrio (simple, doble o triple) y sus prestaciones térmicas (control solar o bajo emisivo).

Por lo tanto, cuando diseñamos y realizamos la simulación energética de un edificio, puede ser necesario, para el cumplimiento de dicha exigencia, la consideración de dispositivos de sombra móvil en ventanas. Dispositivos que bloqueen la radiación solar en verano reduciendo la demanda energética de refrigeración, pero que permitan su aprovechamiento en invierno para reducir la demanda energética de calefacción.

En la tabla inferior se puede comprobar que la transmitancia total de energía solar a través de los huecos con dispositivos de sombra móvil se determina a través del factor g gl;sh;wi. Este factor permite calcular, por lo tanto, la cantidad de energía que pasa a través de las superficies acristaladas de las ventanas que disponen de dicha protección solar móvil.

Transmitancia total de energía solar de huecos

En definitiva, la norma lo que hace, es limitar la cantidad de energía transmitida a través de las ventanas con el objetivo de reducir la demanda energética de refrigeración. En este caso mediante el uso de protecciones solares móviles.

Conclusiones

La arquitectura solar pasiva, como se ha comentado al principio de este artículo, tiene como objetivo, garantizar el confort interior en los edificios, sin la intervención de elementos mecánicos que consuman energía. Un objetivo a veces, difícil de alcanzar, cuando las condiciones ambientales en el exterior son cada vez más adversas.

Lo cierto es que las olas de calor son cada vez más habituales. En los últimos años, se ha observado que el calor llega antes y se queda durante más tiempo. Los veranos se alargan y la primavera y el otoño se acorta. Se conoce que actualmente el verano ha incrementado su duración unas cinco semanas más respecto de los años 80.

En este contexto se entiende que la protección solar de los edificios será un recurso cada vez más necesario en los edificios e incluso en latitudes donde hasta hace pocos años no lo era. Es lógico pensar que cuando se proyecta hoy día un edificio, lo inteligente es proyectar teniendo en cuenta escenarios futuros cada vez más calurosos, y no datos climáticos del pasado.

 
Modificado por última vez enMartes, 30 Noviembre 2021 14:33
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