Método de diseño temprano para elevar la eficiencia de los dispositivos de sombra: índice de acoplamiento solar

Abstract

Para reducir la carga solar se enmascaran regiones de la bóveda celeste por donde transcurrirán las trayectorias solares en los intervalos en que la sombra será deseable al interior de una edificación. Pero estas regiones enmascaradas por los dispositivos de sombra también podrían proporcionar iluminación difusa, reduciendo la necesidad de iluminación artificial diurna. Cuando un dispositivo de sombra está perfectamente diseñado no enmascara más cielo del necesario ni permite incursión solar indeseada. Durante las primeras etapas de diseño arquitectónico muchas decisiones que afectarán de eficiencia energética del proyecto aún no se toman porque no hay información suficiente para hacer simulaciones realistas de energía o iluminación natural. El objetivo fue definir un índice que, a partir de mínimos datos de entrada, permite calificar la efectividad con que un vano sombreado maximiza la visibilidad hacia el cielo a la vez que minimiza las trayectorias solares indeseables no sombreadas. Usando modelos tridimensionales básicos y un algoritmo escrito en AutoLISP que corre sobre la plataforma de AutoCAD, se pudieron calcular los enmascaramientos y computar el índice mencionado. Los resultados permitieron demostrar que dispositivos de sombra similares pueden presentar Índices de Acoplamiento Solar muy variables, lo que explica por qué el pre-diseño de un dispositivo de sombra eficiente es una tarea poco intuitiva. El método permite cuantificar la brecha entre el mejor rendimiento solar alcanzable y el rendimiento alcanzado por un dispositivo de control solar determinado, ayudando a elevar la eficiencia energética de las envolventes arquitectónicas desde las primeras etapas de diseño.

To reduce solar gains, regions of the celestial vault are masked, where the solar trajectories will pass in the moments in which the shade will be desirable. But these regions masked by the shadow devices could also provide diffuse lighting, reducing the need for daytime artificial lighting. When a shadow device is perfectly designed it does not mask more sky than necessary avoiding unwanted solar income. During the early stages of architectural design many decisions that will affect the project's energy efficiency have not yet been taken and information is lacking to carry out realistic energy or daylighting simulations. The objective was to define an index to qualify from minimum input data, the effectiveness a shaded opening maximizes the visibility to the sky while minimizing undesirable unshaded solar trajectories. Using basic three-dimensional models and an AutoLISP algorithm running on AutoCAD, it was possible to calculate the masks and compute the aforementioned index. The results allowed to demonstrate that similar shadow devices present variable Solar Coupling Indices, explaining why the pre-design of an efficient shadow device is an unintuitive task. The method allows to quantify the gap between the best solar performance achievable and the performance achieved by a specific solar control device, helping to increase the energy efficiency of the architectural envelopes from the early design stages.