Solar control design by matching criteria between its shading mask and the shadow desirability schedule to improve natural daylighting in an office building in the tropic

Abstract

Los problemas de iluminación natural ahora se incluyen en los objetivos de diseño de los dispositivos de sombreado, pero los datos meteorológicos necesarios para simular su rendimiento de iluminación diurna rara vez se incluyen durante las primeras etapas del proceso de diseño arquitectónico. Cuando un dispositivo de sombra está perfectamente dimensionado y colocado, no oculta más cielo del necesario, ni permite la entrada de sol no deseada. Para mantener las máscaras indeseables en su mínimo mientras se mantienen las máscaras deseables en su máximo, se necesita un acoplamiento perfecto, algo que rara vez se logra intuitivamente. Se desarrolló un método de optimización que parte de un mínimo de entrada, útil cuando muchas de las decisiones de eficiencia energética del proyecto aún están por tomarse. El índice de Acoplamiento Solar aquí definido y aplicado evalúa la desviación de una alternativa arquitectónica del 'emparejamiento perfecto': la mejor correspondencia posible entre la región enmascarada y el calendario de deseabilidad de sombra. La metodología se aplicó en una torre de oficinas de 65.000 m^2 en Medellín, Colombia, que solicita LEED GOLD Core & Shell v3. El documento muestra la evolución del proceso de diseño de la fachada, ilustrando el equilibrio entre el sombreado, la explotación de la luz natural y los gastos de aluminio requeridos, ilustrando las posibilidades del método de Acoplamiento Solar como una herramienta de diseño temprano.

Natural daylighting issues now are included in the design goals of shading devices, but the meteorological data needed to simulate its daylighting performance are hardly included during the early stages of the architectural design process. When a shadow device is perfectly sized and placed, it does not mask more sky than needed, nor does it allow unwanted solar entrance. To keep undesirable masks at their minimum while keeping desirable masks at their maximum, a perfect coupling is needed, something rarely achieved intuitively. An optimization method starting from minimum input was developed, useful when many of the project’s energy efficiency decisions are still to be made. The Solar Coupling index here defined and applied, assess the deviation of an architectural alternative from the “perfect match”: the best possible correspondence between the masked region and the shade desirability schedule. The methodology was applied in a 65.000 m2 office tower in Medellín Colombia, applying for LEED GOLD Core & Shell v3. The paper shows the evolution of the facade design process, illustrating the counterbalance between shading, natural daylighting exploitation and required aluminium expenses, illustrating the possibilities of the Solar Coupling method as an early design tool.