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FACHADAS DE DOBLE PIELy optimización del control solar.
Edificio de Aulas en Medellín, Colombia.
Arquitecto
Jorge Hernán Salazar TrujilloProfesor Asociado. Universidad Nacionalde Colombia Sede Medellín
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CONTROL SOLAR
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Calcular dispositivos de control solar es una
tarea simple si se realiza de manera aislada:Basta conocer los periodos en que la radiación
solar directa será indeseada. El resto es unasencilla labor geométrica.
Pero esta técnica no es adecuada para:
Fachadas complejas.Sistemas de fachada de doble piel.Edificios con poca accesibilidad lumínica.
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El sistema de fachada de doble piel consiste en dos
fachadas similares, pero desalineadas y separadas entresi, creando una cámara de aire ventilada.
La luz y la ventilación natural ingresan libremente al
edificio mientras los rayos solares son obstruidos.
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OPTIMIZACIÓN DEL CONTROL SOLAR
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En fachadas de doble piel el control solar siempre sehace a costa de disminuir el aprovechamiento lumínico. A
su vez, el aprovechamiento lumínico siempre se hace acosta de aumentar la probabilidad de exposición solar.
La optimización del control solar es una técnica queayuda a que ninguna de las dos variables sea la
resultante inesperada de la otra.
El enfoque de la optimización combina ambas variables,para no sacrificar inadvertidamente valores ambientalesque pueden coexistir en un proyecto.
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CONTEXTO Y PROGRAMA
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La ciudad de Medellín, Colombia se ubica a 6.25° N, enun valle a 1.530 msnm. Temperatura media de 24°C y Hr
60%. Los vientos predominantes son del Norte.
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El edificio es unaampliación de la
Escuela de Ingenieríade la Universidad
Pontificia Bolivarianaen Medellín realizada
en el año 2005.
Diseñado por el Arq.Alejandro Restrepo,
tuvo la asesoríaambiental de SalazarGarcía González
Arquitectos.
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Consta de 16nuevas aulas enun lote
rectangular y
estrecho queobligó a quetodas susfachadas
principales seorientaran hacia el
Este y el Oeste.
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La estrechez del loteimpidió tener
voladizos, como seríadeseable con estas
orientaciones.
Esto obligó a tenerfachadas lisas,
limitación que fue
aprovechada comopremisa de diseño.
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APROVECHAMIENTO LUMÍNICO
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Un análisis preliminarcon el Ábaco de Dufton
concluyó que paraalcanzar iluminancias
promedio de 500 lux lasventanas tendrían que
ser muy amplias.
En días despejados setendría exceso de
insolación, obligando adispositivos de sombragrandes y costosos.
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Aprovechando que la población estudiantil rara vez superalos 24 años de edad, se diseñaron aberturas que permitieran
un promedio de 350 lux en días nublados.Si no hay lleno completo, las sillas próximas a las aberturas
tendrán 500 lux o más en días nublados. En días despejadosel promedio del aula cumplirá el estándar internacional.
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Para verificar el funcionamiento lumínico de las aulas entrelas 8:00 y las 16:30, cuando se programan la mayoría de
las clases, se caracterizó el Recurso Lumínico del sitio.También se utilizó un modelo en escala 1:10 para medir
iluminancias en 72 puntos distribuidos sobre la superficiede trabajo, utilizando luxómetros HOBO H08.
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Se verificó que cuando los niveles de Iluminancia ExteriorVertical estuvieran sobre los 25.000 lux, la iluminancia
promedio del aula estaría cercana a los 450 lux.
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ACCESIBILIDAD SOLAR
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Incluso en la estabilidad climática de la Zona Ecuatorial,
se presentan diferencias de utilización que responden alos diferentes calendarios y horarios de funcionamiento.Esto es especialmente notorio en Edificios Educativos.
Todo sistema de fachada de doble piel precisa dossincronizaciones: una horaria y otra por temporadas.
Horarios y calendarios permiten concluir a qué hora, en
qué fecha, durante cuánto tiempo y con qué dimensionesuna mancha solar se podría considerar como deseable(umbral mínimo) o como tolerable (umbral máximo).
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La primera tarea fue estimar la tolerancia máxima delos estudiantes ante la radiación solar directa. Se
definió el Tamaño Máximo Tolerable de una manchade sol y el Tiempo Máximo de Exposición.
Ambas son magnitudes arbitrarias que porexperiencia se considera que la mayor parte de los
usuarios valorará como aceptable.
PERO… Nunca habrá certeza que algún individuose sienta incómodo con estos valores.
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Luego se determinaron lasvariables arquitectónicas
para las cuales interesaba
determinar su rango devariabilidad.
No tiene sentido que
todas las variablesefectivamente lo sean.Asuntos estructurales,
constructivas o
funcionales puedenobligar a que ciertasvariables dejen de serlo y
se transformen en
constantes.
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El ancho de las aberturas se fijó en 60 cms. por razonesde modulación. La separación entre las pieles
responden a requerimientos de evacuación y limpieza.
Su espesor a necesidades constructivas.Se consideraron variables los dos aspectos restantes:
Ritmos de los vanos.Desalineación entre la primera y la segunda piel.
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Con un Diagrama Solar se trazaron las incursiones para lasfechas en que inician y terminan los periodos académicos. Se
valoraron menos las incursiones solares de las vacaciones.
Se midió el ancho de las manchas resultantes y el número depuestos de estudio afectados. Esto ayudó a determinar elrango disponible para realizar el desfase entre las pieles.
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Luego de esta exploración manual, se hicieron loscálculos de Ganancia Solar utilizando un softwaredesarrollado en AutoLISP por el autor.
Los diagramas resultantes permitieron identificar losperiodos en que cada alternativa de ritmos pielespresentaría su mejor y su peor funcionamiento.
El desalineamiento entre las fachadas permitió empalmarel periodo de mejor desempeño solar de las fachadas
con el calendario académico de la Universidad.
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Estos resultados permitieron saber los intervalos en que sepresentarían las peores condiciones de insolación: las
fechas y horas críticas.Pero estos diagramas no permitensaber en qué lugares se proyectarán las manchas de sol.
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La revisión de la Incursión Solar se realizó calculando lafrecuencia anual con que cada uno de los puntos sobre elplano de trabajo permanece expuesto al sol. Esto permitió
verificar que la exposición al sol corresponde con lo
establecido en las premisas de diseño.
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RESULTADOS
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En el cámpus de la Universidad Pontificia Bolivarianaabundan aulas con excelente ventilación e iluminaciónnatural, pero el trazado urbano y el inadecuado diseño
de sus fachadas ocasionan malas condiciones solares.
Lo normal es que esas aulas permanezcan durante lastardes soleadas con las cortinas cerradas y la luz
artificial encendida.
Son aulas calurosas y en las que nunca se puedenprogramar cursos que impliquen lleno completo.
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Con este edificio se acordó que las nuevas aulasnunca tendrían cortinas ni serían calurosas, pero que
esto habría que compensarlo con un menor
aprovechamiento lumínico.Los estudios de Homogeneidad ayudaron a
determinar que la máxima distancia entre aberturassería de tres módulos (1.80 mts). Además, sería
conveniente que los vanos de las fachadas Este yOeste no coincidieran.
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El diseño final de las cuatro pieles es la respuesta alplanteamiento de obtener el máximo de
combinaciones de una sola pieza, pero respetandosiempre los siguientes umbrales de tolerancia:
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La circulación sedejó muy expuestaa la radiación solar
para no fomentarla permanencia de
personas afuera
de las aulas.
Sobreiluminar eslo que permite
niveles aceptablesde iluminación en
el interior de lasaulas.
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En las aulas no se permite acceso solar hacia los tableros.Los puestos afectados se concentran en el fondo de las
aulas y las manchas de sol nunca tienen más de 20 cms deancho. Ocurren predominantemente durante las vacaciones.
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En los baños se
aplicó un criteriointermedio: sepermite más
ingreso solar porrazones
antisepticas, perose protegen las
superficiesverticales que
albergan losespejos.
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CONCLUSIÓN
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Para una optimización lo primero es determinar el
grado de libertad con que se cuenta para tomaruna decisión con respecto a una variable.
En este edificio los umbrales de Requerimiento
Lumínico y de Tolerancia Solar Máxima fueron lospuntos de partida para comenzar a explorar lacombinación óptima.
Se diseñó a partir de lo Máximo Tolerable o de loMínimo Requerido, para llevar los dispositivos de
fachada al máximo de su rendimiento posible.
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Por tanteo y error sólose puede llegar a
resultados aceptables.Trabajando así hace
falta un golpe de suertepara que el resultado
obtenido sea el óptimo.
Por este motivo losinstrumentos de
análisis y simulación se
utilizaron aquí comoherramientas deverificación, no como
herramientas de
diseño.
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Fin del documentoActualizado el 30 de julio de 2007
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