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TECNOLOGÍAS BIOCLIMÁTICAS I CAPITULO III

ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO Arq. MSc. Josué Llanque.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Universidad Católica de Santa María – Facultad de Arquitectura e Ingenierías Civil y del Ambiente

ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO

PRIMERA UNIDAD:

1.

Geometría solar estereográfica.

2.

Aplicaciones y recomendaciones de diseño.

3.

Ejemplos de casos concretos: emplazamiento, orientación, envolvente del edificio.

4.

Caso Arequipa: Aplicaciones de la geometría solar en el proceso de diseño bioclimático.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

1.- GEOMETRÍA SOLAR ESTEREOGRÁFICA CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N ÀNGULO AZIMUTAL: - LÍNEAS AZIMUTALES

340º

350º

0º

10º

ÁNGULO AZIMUTAL

20º

330º

30º

320º

40º

310º

GENERACIÓN DE RADIOS ANGULARES HACIA EL ESTE – OESTE. 50º

300º

60º

290º

70º 280º

80º

O 270º

90º

260º

100º

250º

110º

240º

120º

130º

230º 220º

140º

210º Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

150º 200º

190º

180º

S

170º

160º

E

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N ÁNGULO DE ALTURA SOLAR: 0º

10º

- ÁNGULO DE ALTURA SOLAR

20º 30º

- ÁNGULO AZIMUTAL

ÁNGULO DE ALTURA SOLAR

40º 50º 60º

GENERACIÓN DE ÁNGULOS EN CÍRCULOS CONCÉNTRICOS

70º 80º

O 270º

90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

180º 0º

S

90º

E

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA MESES DEL AÑO:

N

MESES DEL AÑO

- LÍNEAS DE MESES

CURVAS HORIZONTALES

16 15

14

13

12

11

17

10

9

8

7

JUN

JUN JUL-AGO 18

O

6

90º

SEPT

80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

ABR-MAY

MAR

E

ENE-FEB

DIC

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA LÍNEAS HORARIAS:

N

HORAS SOLARES

- MESES DEL AÑO

CURVAS VERTICALES

- HORAS SOLARES 16 15

14

13

12

11

17

10

9

8

7

JUN

JUN JUL-AGO 18

O

6

90º

SEPT

80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

ABR-MAY

MAR

E

ENE-FEB

DIC

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N

REPRESENTACIÓN HORAS SOLARES

16 15

14

13

12

11

17

10

9

8

7

JUN

JUN JUL-AGO 18

O

6

90º

SEPT

80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

ABR-MAY

MAR

E

ENE-FEB

DIC

2.- APLICACIONES Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO N

1) ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO:

10º

DEL POSTE – GNOMON SOBRE LA POSICIÓN DEL PUNTO.

20º 30º

16 15

14

13

12

11

17

10

9

8

7 JUN

JUN JUL-AGO F

60º

O

H

ABR-MAY

18

6

90º

SEP

80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

N

30º

O POSICIÓN DEL PUNTO.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

MAR

E

ENE-FEB

DIC

HORAS SOLARES

CURVAS VERTICALES

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N

2) ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO:

15º

DEL VOLUMEN SOBRE LA POSICIÓN DE LA PERSONA.

16 15

14

30º 13

12

11

17

10

9

8

7 JUN

JUN JUL-AGO F

60º

ABR-MAY

18

6

90º

O SEPT

H

80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

30º

N

15º

O POSICIÓN DE LA PERSONA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

MAR

E

ENE-FEB

DIC

SOMBREAMIENTO DEL VOLÚMEN EN LOS MESES DE ABRIL, MAYO, JUNIO, JULIO Y AGOSTO. HORAS: DE 10:00 A 11:30 a.m. ESTRATEGIA: NO TIENE MUCHA AFECTACIÓN

PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA 3) ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO:

JUN

DE VOLÚMENES SOBRE LA PARTE FRONTAL MEDIA DEL LOTE.

ABR-MAY

APLICACIÓN 30 m

CON OBSTRUCCIÓN

40º 36º

F

18 m

H

LOTE 64º SUR

NORTE 12º

O

6º 42º

Acondicionamiento Térmico

POSICIÓN DEL LOTE Arq. MSc. Josué Llanque.

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N

SOMBREAMIENTO

6º

EN LOS MESES DE ABRIL, JUNIO, JULIO.

42º

HORAS: DE 9:45 A 11:45 a.m.

30 m

40º 36º

16 15

18 m

14

13

12

11

17

10

9

8

7 JUN

JUN JUL-AGO

ABR-MAY

18

6

O SEPT

90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

LOTE 64º 42º

12º 6º

N

s

ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO: Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

MAR

E

ENE-FEB

DIC

SOMBREAMIENTO EN LOS MESES DE ABRIL, MAYO, JUNIO, JULIO Y AGOSTO. HORAS: DE 13:30 A 17:00 P.m. ESTRATEGIA: APROVECHAR AL MÁXIMO RAYOS SOLARES

PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA 4) ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO:

JUN

DE VOLÚMENES SOBRE EL CENTRO GEOMÉTRICO DEL LOTE.

ABR-MAY

APLICACIÓN 30 m

CON OBSTRUCCIÓN

40º 36º

F

18 m

H

LOTE 64º SUR

NORTE 12º

O

6º 42º

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

POSICIÓN DEL LOTE

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA N

SOMBREAMIENTO

6º

EN LOS MESES DE ABRIL, JUNIO, JULIO.

42º

HORAS: DE 9:45 A 11:45 a.m.

30 m

40º 36º

16 15

18 m

14

13

12

11

17

10

9

8

7 JUN

JUN JUL-AGO

ABR-MAY

18

6

O SEPT

90º 80º 70º 60º 50º 40º 30º 20º 10º 0º

OCT-NOV

DIC

LOTE 64º 42º

12º 6º

N

s

ANÁLISIS DE SOMBREAMIENTO: Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

S

MAR

E

ENE-FEB

DIC

SOMBREAMIENTO EN LOS MESES DE ABRIL, MAYO, JUNIO, JULIO Y AGOSTO. HORAS: DE 13:30 A 17:00 P.m. ESTRATEGIA: APROVECHAR AL MÁXIMO RAYOS SOLARES

CARTA SOLAR ESTEREOGRÁFICA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

3.- EJEMPLOS DE CASOS CONCRETOS CASA EN LA SIERRA DE MADRID 2009

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Carta Solar estereográfica. Latitud 40º N. (Madrid)

El acristalamiento al sur y el aislamiento térmico por la cara exterior del muro de 1 pie de fábrica de ladrillo contribuyen a la fácil captación de la energía solar en invierno y a la acumulación de esta en el interior de la construcción. Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN De la combinación acertada de estos elementos entre otros (orientaciones, forma y tamaño de acristalamientos, vuelos,...), color exteriores e interiores y grueso de muro perimetrales e internos, con absortancias e inercias térmicas, tal vez se haya compuesto en el pasado una experimental y sabia arquitectura bioclimática anónima de la que desconozco hasta que punto de excelencia ha llegado.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Este es un ejemplo de refrigeración natural.

DISEÑO BIOAMBIENTAL DEL ESPACIO PÚBLICO

4.- CASO AREQUIPA:APLICACIONES DE LA GEOMETRÍA

NECESIDADES DE SOMBREAMIENTO

DISEÑO BIOAMBIENTAL

N

SOMBREAMIENTO OBSTRUCCIÓN DICIEMBRE 2002

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

SOMBREAMIENTO POR OBSTRUCCIONES

1:750

PLAZA MAYOR: SOMBREAMIENTO POR OBSTRUCCIONES

DISEÑO BIOAMBIENTAL DEL ESPACIO PÚB

CASO AREQUIPA:APLICACIONES DE LA GEOMETRÍA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

PLAZA MAYOR: SOMBREAMIENTO POR OBSTRUCCIONES

NECESIDADES DE SOM

EJEMPLOS DE APLICACIÓN SUPERMERCADO: DEFINIR CONTROL DE SOMBRAS

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Estrategia: instalación de parasoles.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN CASA: INTRODUCCIÓN SOLAR

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Estrategia: generar retiro para captar luz.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN FAB. TREE HAB: MITCHELL JOACHIM

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN FAB. TREE HAB: MITCHELL JOACHIM

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN Ken Yeang

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Arq. MSc. Josué Llanque.

E D I T T TO W E R

Acondicionamiento Térmico

EJEMPLOS DE APLICACIÓN: Ken Yeang

2.- PROYECCIÓN CILÍNDRICA CARTA SOLAR CILÍNDRICA Una variante muy interesante para los arquitectos es la Carta Solar Cilíndrica, basada en la proyección del recorrido solar en un cilindro que rodee al observador. Al ser cortado el cilindro por el norte se puede desplegar una proyección plana del recorrido solar, con lectura directa de la Altura y Azimut solar. En la práctica se utiliza una escala uniforme para la altura solar (0º a 90º), para evitar que el sol "se salga por arriba del cilindro". La principal ventaja de la carta cilíndrica es la posibilidad de representar el horizonte real en torno al observador, y estudiar directamente las obstrucciones solares, así como el diseño directo de ventanas y parasoles.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

PROYECCIÓN CILÍNDRICA PROYECCIÓN CILÍNDRICA DESARROLLADA Este sistema consiste, en proyectar el hemisferio celeste sobre un cilindro vertical, el cual es luego desarrollado. De esta manera la línea horizontal de base representa la línea del horizonte y en sentido vertical se representan los distintos ángulos de altura hasta el cenit (90º), mientras que en sentido horizontal se indica la medida angular del acimut, tomándose el norte como eje del diagrama, para nuestro hemisferio, y desarrollándose a 180º a TRAYECTORIA SOLAR EN PROYECCIÓN CILÍNDRICA izquierda y derecha.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

HORAS DEL DÍA EN EL DIAGRAMA DE TRAYECTORIA SOLAR

PROYECCIÓN CILÍNDRICA PARA AREQUIPA CARTA SOLAR CILÍNDRICA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

RECOMENDACIONES DE DISEÑO

Determinación del ángulo β Periodo de protección solar del parasol en la orientación Norte.

Determinación del ángulo Υd y Υi Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Periodo de protección solar del parasol en la orientación Este.

PROYECCIÓN CILÍNDRICA DISEÑO BIOAMBIENTAL DEL ESPACIO PÚBLICO

CARTA SOLAR CILÍNDRICA: OBSTRUCCIONES DE LA CATEDRAL

NECESIDADES DE SOMBREAMIENTO

DISEÑO BIOAMBIENTAL

N

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

SOMBREAMIENTO POR OBSTRUCCIONES

SOMBREAMIENTO OBSTRUCCIÓN DICIEMBRE 2002 1:750

CARTA SOLAR CILÍNDRICA: OBSTRUCCIONES

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

EÑO BIOAMBIENTAL DEL ESPACIO PÚB

PROYECCIÓN CILÍNDRICA

NECESI

4.- EMPLAZAMIENTO, ORIENTACIÓN CARTA SOLAR CILÍNDRICA

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

IRRADIANCÍA DIARIA SEGÚN ORIENTACIÓN (latitud 37º 30`) expresada en porcentaje

4.- CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES: MÉTODO ALGEBRAICO: Inclinaciones del sol a las 12 del día en cualquier lugar de la tierra.

HEMISFERIO NORTE:

HEMISFERIO SUR:

MÁXIMA INCLINACIÓN RESPECTO AL SUR:

Máxima inclinación respecto al norte:

90º - LATITUD – 23º 27’ = ?

90º - LATITUD – 23º 27’ = ?

MÍNIMA INCLINACIÓN RESPECTO AL SUR:

Mínima inclinación respecto al norte:

90º - LATITUD + 23º 27’ = ?

90º - LATITUD + 23º 27’ = ?

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES: 34° Latitud Sur EJEMPLO: BUENOS AIRES: Latitud sur 34º. ¿cuál será la máxima y mínima inclinación de los rayos?

HEMISFERIO SUR: Máxima inclinación respecto al norte: 90º - LATITUD – 23º 27’ = ?

Mínima inclinación respecto al norte:

21 dic.

90º - LATITUD + 23º 27’ = ?

34º

HEMISFERIO SUR:

21 jun.

MÁXIMA INCLINACIÓN HACIA EL NORTE 90º - 34º - 23º 27’ = 32º 33’

79º 27’

MÍNIMA INCLINACIÓN HACIA EL NORTE

32º 33’

90º - 34º + 23º 27’ = 79º 27’

horizontal NORTE

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

Vertical

23 mar. 23 sep.

CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES: DECLINACIÓN: δ -Inclinación máx. 23º 27’ (23.45º) en solsticio de verano. - Inclinación mín. -23º 27’ (- 23.45) en solsticio de invierno. - Toma el valor de cero (0) en los equinoccios.

δ = 23,45º * sen ( 360 * 284 + N )

N= día

365 ÁNGULO HORARIO: H -Es el ángulo que hay entre el meridiano del sol y el del lugar. -Positivo durante la mañana - Negativo por la tarde (360 / 24 = 15º cada hora)

H = 15º * ( 12 – t ) Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

t = hora solar.

CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES CÁLCULO DE ALTITUD Y ACIMUT:

-ALTURA SOLAR (h): Ángulo entre rayo solar con el plano del horizonte. Sen h = sen L * sen δ + cos L *cos δ*cos H h = arc sen (sen L * sen δ + cos L *cos δ*cos H) -ACIMUT (A): Desplazamiento del plano vertical que contiene al sol con relación del medio día sobre el plano del horizonte. a) Sen A = cos δ * sen H

cos h b) Cos A = sen L * sen h – sen δ

cos L * cos h

Acondicionamiento Térmico

GRAF. 5. DETERMINACION DE LA POSICION SOLAR: COORDENADAS CELESTES Arq. MSc. Josué Llanque.

a) EJEMPLOS DE APLICACIÓN: 50° Latitud Norte CALCULAR LOS ÁNGULOS SOLARES PARA: 50 ° latitud Norte, es la frontera de Canadá y EEUU, también equivale al norte de Francia, toda Europa central y el norte de China.

DATOS:

DECLINACIÓN: δ

-FECHA: 1 DE JULIO = día 182. -¢ INCLINACIÓN (δ) : ? -¢ HORARIO (H) : 15:00 -¢ LATITUD (L) :50º N

δ = 23,45º * sen ( 360 * 284 + N ) 365 δ = 23,45º * sen ( 360 * 284 + 182 ) 365 δ = 23,45º * sen ( 459,6164)

ÁNGULO HORARIO: H

δ = 23,45º * 0,8098

H = 15 * ( 12 – t ) H = 15 * (12 – 15) H = - 45º

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

δ = 23,12º

EJEMPLOS DE APLICACIÓN: -ALTURA SOLAR (h): ?

Sen h = sen L * sen δ + cos L * cos δ * cos H h = arc sen ( sen 50º * sen 23,12º + cos 50º * cos 23, 12º * cos - 45º) h = arc sen (0.7660 * 0.3926 + 0.6427 * 0.9196 * 0.7071 h = arc sen (0.3007 + 0.4179) h = arc sen(0.7186)

h = 45,94º -ACIMUT (A): ? Sen A = cos δ * sen H cos h A = arc sen (cos 23,12º * sen (- 45º)) cos 45,94º A = arc sen (0.9196 * (- 0.7071)) 0.6954 A = arc sen (- 0. 65025) A = - 69,23º Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

b) CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES PARA AREQUIPA CÁLCULO DE ÁNGULOS ALTURA Y ACIMUT SOLAR PARA AREQUIPA:

- FECHA: 23 DE MARZO (otoño).

- ¢ INCLINACIÓN (δ) :23º 27’ (23.45)

- ¢ HORARIO (H) : 9:00 am. (45º)

- ¢ LATITUD (L) :16º 24’ 10’’ (16.40)

-ALTURA SOLAR (h): ? Sen h = (sen L * sen δ) + (cos L *cos δ*cos H) Sen h = (sen 16º 24’ 10’’ * sen 23º 27’) + (cos 16º 24’ 10’’ * cos 23º 27’ * cos 45º) Sen h = (0.2823867 * 0.3979486) + (cos 0.9593007 * cos 0.917408 * cos 0.7071068) Sen h = (0.112375391) + (0.6223524) h = arc sen-¹ (0.73472779)

h = 47º 17’ 3.19’’

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

CÁLCULO DE ÁNGULOS SOLARES:

-ACIMUT (A): ? Sen A = cos δ * sen H cos h Sen A = cos 23º 27’ * sen 45º cos 47º 17’ 3.19’’ Sen A = 0.917408 * 0.707108 0.67836205 Sen A = 0.956281998 A = sen-¹ (0.874538483) A = 60º 59’ 25.45’’

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El Reloj Solar Quitsato Es un sitio cultural-turístico situado en la Mitad del Mundo, cerca de la ciudad de Cayambe, 47km al Norte de Quito.

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

RELOJ SOLAR QUITSATO - ECUADOR

OBSERVATORIO SOLAR: MACHU PICCHU - Intiwatana

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

OBSERVATORIO SOLAR COPACABANA: La horca del Inca

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

OBSERVATORIO SOLAR: TIWANAKU – Puerta del Sol

Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

TEMAS DE INVESTIGACIÓN TEMA: ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA VIVIENDA BIOCLIMÁTICA. 1.

CONCEPCIÓN DE LA ARQUITECTURA AMBIENTAL.

2.

ELABORACIÓN DE LAS ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO (CARTA BIOCLIMÁTICA)

3.

APLICACIÓN DE LAS ESTRATEGIAS PARA EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO Y DEL BIENESTAR

4.

APLICACIÓN DE LAS ESTRATEGIAS PARA LA CAPTACIÓN ENERGÉTICA.

5.

APLICACIÓN DE LA GEOMETRÍA SOLAR EN EL DISEÑO ARQUITECTÓNICO.

6.

CÁLCULOS DE GANANCIA DE CALOR.

7.

SÍNTESIS Y APORTES A LA INVESTIGACIÓN

8.

BIBLIOGRAFÍA.

INTEGRANTES POR GRUPO: 3 ALUMNOS COMO MÁXIMO.

EXPOSICIONES: A PARTIR DE LA SEGUNDA SEMANA. DOCUMENTOS A ENTREGAR: (1) ARCHIVOS 2) DOCUMENTO WORD)Y 3) PRESENTACION P.PT).

ENTREGA FINAL: DÍA DE LA EXPOSICIÓN.

SEGUNDO PRÁCTICO DIRIGIDO: ELABORACIÓN DE LA GEOMETRÍA SOLAR ESTERIOGRÁFICA Acondicionamiento Térmico Arq. MSc. Josué Llanque.

PARA AREQUIPA ENTREGA INDIVIDUAL SIGUIENTE CLASE TEÓRICA.