optimizacion diseno solar pasivo hoteles (Monroy

Conferencia Internacional
Hoteles Sostenibles para Destinos Sostenibles
26-28 de octubre de 2000, Maspalomas – Gran canaria
OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO SOLAR PASIVO DE HOTELES
Manuel Martín Monroy. Doctor Arquitecto
Departamento de Construcción Arquitectónica
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
Campus Universitario de Tafira. Edifico de Arquitectura
35017- Las Palmas de Gran Canaria. España
Tlf. (34) 928 451387. Fax: (34) 928 451365
[email protected]
http://editorial.cda.ulpgc.es/ambiente
1 Introducción
El correcto diseño de un edificio complejo, como es el caso de un hotel, precisa de una toma de
decisiones vinculadas a lo largo de todo el proceso. En el caso de optarse por la creación de un
hotel sostenible, tiene importancia la utilización racional de los recursos, tanto en su ejecución
como en su explotación, lo cual implica una estrategia de reducción del consumo de recursos no
renovables, y la reducción de las demandas es siempre el mejor ahorro.
El diseño de un hotel orientado al acondicionamiento ambiental pasivo permite ofrecer al cliente
una comodidad equivalente o superior al caso de utilizar sistemas activos de climatización, con un
menos costo de explotación y mantenimiento, que permitirá amortizar rápidamente el posible
incremento de la inversión inicial.
El diseño solar pasivo es uno de los criterios de proyecto más rentables, ya que con un sobrecoste
reducido o nulo permite ofertar al cliente un producto singular, el sol, que no tiene coste de
producción, permite reducir la demanda de iluminación artificial, de calefacción en invierno, e
incluso, de climatización en verano.
La optimización del diseño soñar pasivo requiere, además de la aplicación de criterios cualitativos
para la toma de decisiones formales a nivel de anteproyecto, de la cuantificación de los resultados
energéticos de las diferentes alternativas de cada una de las fases del desarrollo, para poder optar
por la más ventajosa.
Este estudio propone un método racional para la toma de decisiones en cada fase del diseño solar
pasivo, orientado al proyecto de hoteles sostenibles, apoyado en ejemplos prácticos de simulación
por ordenador y aplicando las herramientas informáticas SOLEA-2 y ANTESOL-6 desarrolladas
por el autor.
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2 Análisis bioclimático
2.1 Definición del ambiente cómodo
Un hotel de turismo de vacaciones, como los habituales en las Islas Canarias, se caracteriza por
tener un uso permanente aunque con una mayor ocupación en invierno, orientado a un cliente
que desea disfrutar del sol y la playa.
Los estudios de las condiciones de comodidad revelan la importancia del nivel de ropa que utilizan
las personas, que en nuestro caso varía entre prácticamente nulo en el caso de personas en
bañador y 0,8 Cloth (una medida de arropamiento) en el caso de ropa formal en eventos sociales.
En estos casos la temperatura de confort puede variar entre 26 y 22ºC, con una tolerancia de +/2ºC.
En el caso de permanencia en el exterior, estas temperaturas se pueden incrementar hasta 3ºC si
existe ventilación del orden de 1,5 m/s (viento de 5 Km/h), y reducirse en una magnitud incluso
superior si se recibe radiación solar.
En el caso de estancia en el interior se producen unos fenómenos similares, generalmente mas
limitados, pero además hay que contar que los edificios tienden a calentarse de forma
espontánea a una temperatura media de 2º a 4ºC superior a la temperatura media exterior, con
una oscilación diaria muy inferior, debido a las ganancias térmicas por los ocupantes, el
alumbrado y los aparatos eléctricos, a lo cual hay que sumar a la ganancia solar debida al efecto
invernadero que produce el acristalamiento, cuando deja pasar la radiación solar directa e incluso
difusa (iluminación natural) e impide su salida.
En resumen, se propone como temperaturas de comodidad de referencia un margen de 20 a 26ºC
para estancias en el exterior, con las posibles correcciones apuntadas, y un límite de temperatura
exterior de 16ºC para ocupantes de edificios sin calefacción.
2.2 Definición del clima
Para el diseño bioclimático, los parámetros más importantes del clima son aquellos que afectan a
la comodidad de las personas, ya sea directamente cuando se diseñan espacios exteriores, o
indirectamente cuando se proyectan edificios. Los fundamentales serían:




Soleamiento: latitud y horas de sol
Temperatura del aire: medias y sus variaciones temporales
Humedad del aire, lluvia y otros meteoros
Viento: dirección y velocidad
Lo ideal es disponer de todos datos reales del mismo lugar donde se proyecte, pero en la práctica
es improbable que exista una estación meteorológica próxima, por lo que será preciso tomar los
mejores datos de todas las fuentes disponibles, efectuar ciertas correcciones microclimáticas
según las características del lugar, y completar los que falten mediante observaciones en el lugar.
2.3 Selección de variables
Para que un edificio o espacio público sea cómodo todo el año, será suficiente que se comporte
adecuadamente para las condiciones de proyecto mas opuestas, que se suelen considerar para
un día típico de invierno y otro día típico de verano, ya que las épocas intermedias suelen tener
climas menos rigurosos.
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El día de proyecto, considerado para las estaciones más incómodas, es un ciclo de 24 horas que
se suele repetir varios días seguidos con las condiciones climáticas probablemente más
rigurosas. No se suele considerar los valores extremos anuales ni las efemérides (sucesos
notables ocurridos en los últimos años), salvo para prevenir catástrofes (inundaciones, huracanes,
heladas...) o para garantizar servicios con exigencias rigurosas (laboratorios, hospitales...).
Es importante considerar la variación diaria de las variables climáticas, como la temperatura y el
soleamiento, ya que los edificios suelen mostrar una notable una inercia térmica que equilibra
dichas oscilaciones, no sólo entre el día y la noche sino incluso para días atípicos intercalados
entre días normales.
2.4 Ejemplo práctico de datos climáticos:
Una buena fuente de información climática básica es el Instituto Nacional de Meteorología
(http://www.inm.es), que dispone de un completo archivo climatológico, con numerosas
publicaciones como la “Guía resumida del clima de España”, y sobre todo su resumen en una
página WEB con información detallada de los principales centros de observación. A continuación
se muestran los datos del aeropuerto en la costa sur de Tenerife, procesados automáticamente
mediante una hoja de cálculo elaborada por el autor:
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3 Evaluación bioclimática
Verano: La temperatura media diaria es de 25 ºC, la cual permite prescindir de refrigeración si el
hotel se diseña con una estrategia solar pasiva que permita de una buena protección solar de los
huecos de fachadas y el aislamiento de cubiertas y cerramientos soleados cuando la temperatura
ascienda hasta 29ºC, y renovación nocturna con enfriamiento en la masa interior del edificio
cuando la temperatura descienda hasta 21ºC.
Invierno: La temperatura media diaria es de 18.5 ºC, la cual permite prescindir de calefacción si el
hotel se diseña con una estrategia solar pasiva que permita de una buena ganancia solar
mediante los huecos de fachada y acumulación de calor en cerramientos soleados en horas del
mediodía, aislamiento del resto de los cerramientos e incluso de los huecos en horas nocturnas
cuando la temperatura disminuya hasta los 15.5ºC, reduciendo la renovación al caudal mínimo
que permita disipar el exceso de humedad.
4 Urbanismo solar
En la primera fase de concepción de un hotel sostenible se deben realizar los estudios previos de
la idoneidad de la ubicación, estudiando el soleamiento de la parcela y las posibles sombras por
las obstrucciones del entorno, con los siguientes objetivos:



Limitar las posibles obstrucciones solares del relieve del terreno (la propia ladera o el horizonte
visible) o de construcciones próximas, de manera que no proyecten sombra en los meses
infracalentados de invierno.
Tolerar las sombras cuando limiten el sobrecalentamiento en los meses de verano,
especialmente cuando coincida con las horas de mayor temperatura de la tarde.
Elegir la orientación o inclinación de la parcela que aumente el calentamiento del terreno del
entorno en invierno sin recalentarlo en verano. Incluso se puede modificar la reflectancia del
entorno (albedo) según nuestros intereses.
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4.1 Soleamiento de la parcela
La Latitud del lugar y la fecha nos permiten calcular con precisión el recorrido aparente del sol
en cada época del año, con su posición en cada instante y el número de horas que dura el día. El
programa SOLEA-2 elaborado por el autor que permite la realización de cartas solares cilíndricas
para cualquier latitud e incorpora el estudio de sombras del entorno entre otras prestaciones:
En este ejemplo de una parcela en ladera de pendiente 25º orientada 30º del sur hacia el Este, se
muestra la sombra del horizonte real (A) que favorece adelantando en casi 2 horas la puesta de
sol en verano, la silueta de un edificio (B) que perjudica obstruyendo mas de 3 horas de sol en las
mañanas de invierno, y la silueta de otro edificio (C) que no molesta en absoluto.
El programa también calcula la energía solar incidente sobre las orientaciones principales y
cualquier otro plano, permitiendo comprobar que la misma ladera (X), durante un día despejado de
invierno, recibe 5306 Wh/m2, un 36% más de energía que una parcela horizontal (H), y que la
intensidad máxima alcanza los 851 W/m2 media hora antes del mediodía.
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5 Arquitectura Solar Pasiva
En la etapa de anteproyecto de un hotel sostenible ya se estudia la forma o topología de los
cuerpos del edificio, sus orientaciones principales y el esquema de la distribución interior de usos,
para luego terminar de definir el edificio en el proyecto básico, incluyendo el diseño de fachadas.
El programa SOLEA-2 permite comparar la radiación solar incidente en todas las posibles
orientaciones en las épocas extremas del solsticio de diciembre y junio, para optimizar la forma y
orientación de manera que se obtenga la máxima ganancia de calor en invierno y la mínima
incidencia en verano. La siguiente gráfica de radiación solar diaria demuestra que:

Las fachadas con orientación Sur exacta reciben el máximo de 4.7 Kwh/m 2 de radiación solar
en invierno (azul) y la mínima de 1.75 Kwh/m2 en verano (rojo), con una relación
invierno/verano (verde) del 270%, por lo cual es la orientación óptima.

Las fachadas E y W reciben la máxima radiación diaria de 3.6 Kwh/m2 en verano, por lo que
son desaconsejables.

Que las fachadas NE y NW tienen la peor relación Invierno/verano, recibiendo en invierno sólo
el 26% del calor que en verano.

Que la cubierta (H) recibe en verano mas del doble de radiación que las peores fachadas (E y
W), por lo cual debe estar extremadamente protegida, con grave riesgo de sobrecalentamiento
en caso de diseñar claraboyas o lucernarios.
H=7.5
6.
5.
4.
H=3.7
3.
2.
1.
H=0.5
0.
N
NE
E
kwH/M2 / Orientacion
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SE
INV
S
SW
VER
W
NW
N
INV/VER (1:1)
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6 Construcción Solar Pasiva
La definición constructiva de un hotel se realiza en la fase de proyecto de ejecución,
determinándose la composición de los cerramientos (muros y cubiertas) y de los huecos
(ventanas, claraboyas...). También en esta fase se realizan los cálculos para el dimensionado y
comprobación del comportamiento térmico de dichos elementos.
6.1 Optimización de huecos
Las ventanas y otras aberturas de iluminación se deben diseñar según los siguientes criterios
solares:

Invierno: Incrementar las ganancias solares mediante criterios de orientación invernal optima
y dimensionado razonable, ya que dichas superficies también suponen una pérdida importante
de calor durante las largas noches, por lo que simultáneamente hay que diseñar los sistemas
de aislamiento térmico (doble vidrio, contraventanas, persianas...).

Verano: Limitar las ganancias solares mediante criterios de orientación optima para el verano
y dimensionado razonable, ya que dichas superficies también suponen una ganancia
importante de calor a lo largo del día, para lo cual hay que diseñar simultáneamente los
sistemas de protección solar (parasoles, celosías...).

Todo el año: Regulación del caudal de aire circulante, de manera que ofrezca una buena
estanqueidad, sobre todo en invierno y en zonas ruidosas, que sea posible una renovación
mínima y continua que garantice la calidad del aire, preferiblemente por un sistema de
conductos independientes, y que los usuarios puedan ventilar intensamente para disipar el
calor en verano.
La habilidad del proyectista consiste en compatibilizar todos los anteriores requisitos, algunos
aparentemente contradictorios. El programa SOLEA-2 permite evaluar la radiación incidente sobre
las ventanas, para calcular la energía solar introducida mediante los coeficientes reductores de la
transmitancia del vidrio, la superficie efectiva del acristalamiento y el factor de protección solar del
parasol proyectado.
Un recurso interesante para los usuarios de sistemas de diseño por ordenador (CAD) consiste en
realizar una serie de panorámicas del edifico desde el punto de vista de las posiciones del sol en
verano e invierno, obtenidos de la carta solar, visualizándose directamente el área efectiva de
huecos acristalados que reciben soleamiento.
6.2 Optimización de cerramientos soleados
La transmisión del calor en cerramientos expuestos al sol es sumamente compleja por los
diversos procesos físicos que se producen simultáneamente, especialmente por la gran magnitud
del calentamiento solar y el fenómeno de la inercia térmica que retarda y amortigua la penetración
de la onda de calor.
El autor ha desarrollado un programa de simulación, ANTESOL-6, que calcula todos estos
procesos para un ciclo diario, considerando las condiciones ambientales de temperaturas, viento y
sobre todo soleamiento para cualquier orientación, inclinación y fecha y nubosidad, aplicadas a
cerramientos planos con cualquier estructura interna (multicapas de diferentes materiales) y
propiedades superficiales (reflectancia, emitancia y rugosidad).
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El programa permite crear, editar y utilizar una amplia base de datos de diferentes ambientes y
cerramientos para evaluar combinaciones de cualquiera de ellos entre sí, hasta determinar la
configuración optima.
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Los resultados muestran las temperaturas y flujos de calor instantáneos durante un día de
proyecto, mediante tablas, gráficos y animaciones, mas un resumen de los resultados.
7 Conclusiones
El diseño solar pasivo de hoteles permite ofertar edificios sostenibles con el valor añadido de una
mayor calidad ambiental para el cliente, al tiempo que se reducen los costes de explotación con
una inversión inicial nula o rápidamente amortizable.
Para optimizar el diseño solar es preciso, además de aplicar criterios formales, cuantificar los
resultados de numerosas alternativas. Se propone un método racional de evaluación en las
diferentes fases del proyecto, aplicando herramientas informáticas de simulación desarrolladas por
el autor.
Las Palmas, 13 octubre 2000
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