Cálculo del Factor Solar G modificado para protección solar automatizada

La ventaja de utilizar una protección solar automatizada reside en que podemos cambiar los valores del factor solar a través de los huecos de ventana según la necesidad de edificio en cada momento. Con ello conseguiremos una fachada reactiva que modificara sus condiciones interiores reaccionando a los estímulos externos.
Para ello es necesario un cristal que deje pasar la mayor cantidad posible de radiación solar y una protección solar que sea replegable y se extienda cuando hay que bloquear ésta.

Vamos definir como se calcula el factor solar total o modificado cuando al cristal se le incorpora un elemento de protección solar como puede ser una persiana, un screen exterior o una cortina en el interior.

Para su aplicación en los programas de calculo energético de edificios hay que tener en cuenta que estos dispositivos deben ser fijos o deben estar automatizados mediante accionamiento motorizado con sensores solares. En caso contrario siempre dependeremos del uso que le de usuario y el calculo se basará en estimaciones.

Cuando los accionamientos son motorizados tendremos que aplicar un valor para el verano y otro para el invierno, teniendo en cuenta que estos dispositivos se programan para evitar la entrada de calor en verano y aprovechar la ganancias solares en invierno.

 Método simplificado de cálculo según EN ISO 52022-1 (reemplazando EN 13363-1)

El estandar EN ISO 52022-1 es el metodo simplificado para la evaluación de gtot o factor solar modificado. Este cálculo tiene en cuenta el valor U y g del cristal y la transmisión y reflexión del dispositivo de protección solar.

Este estandar especifica que la desviación del método simplificado comparado con el valor exacto varía entre +0,10 y -0,02.

La ventaja de este método simplificado reside en la facilidad de realizar el cálculo sin el uso de programas de software.

La formula de cálculo para un screen exterior o una persiana es:

La formula para una cortina de interior es:

La formula para una protección entre dos cristales es:

Es estas ecuaciones los valores de las variables son los siguientes:

Hay que tener en cuenta que las formulas expuestas pueden ser aplicadas solamente si la transmisión solar y la reflexión de la protección solar están dentro de los siguientes rangos:

Por lo tanto debemos conocer los valores del cristal y la protección solar. Los primeros son fáciles de encontrar gracias a los valores facilitados por el fabricante.  

Respecto a los valores de la protección solar se pueden sacar de las características técnicas del tejido utilizado. Estos valores cambian ostensiblemente en función del color, grado de apertura, materiales y acabados o tratamientos. También es importante saber que los tejidos no tienen porque ser iguales por las dos caras, con lo cual sus características técnicas variaran en función de como vayan instaladas.

Vamos a calcular para un screen exterior (color gris)

Como podemos ver el factor solar modificado es del 10% lo cual quiere decir que deja pasar el 10% de la radiación solar.

Si necesitas un cálculo exacto con valores de protección solar y cristales reales del mercado puedes ponerte en contacto con nosotros  aquí y te ayudaremos a buscar la solución perfecta para tu proyecto.

En este artículo hemos tratado con los componentes que afectan al cálculo energético, en otros artículos trataremos sobre la transmisión de la luz, el deslumbramiento, el oscurecimiento, la calidad de la luz y como afectan al confort visual y a las personas.

fuentes: European Solar Shading Organization

Cortinas contra el calor y la ventilación natural

La mayoría de los edificios comerciales y de oficinas en el mundo, utilizan solamente sistemas  de cortinas o diferentes dispositivos de sombreamiento interiores, para protegerse del sol y el deslumbramiento. El cálculo y la relación entre las ganancias solares y el calentamiento debido al efecto invernadero, pueden ser muy complejos. Estos cálculos dependen además de la configuración, operación de los sistemas, radiación, convección,... factores que los programas de calculo no contemplan.

Ni el diseñador ni el auditor, deberían confiar en la comparación de la transmitancia de vidrio + cortina o en realizar una simple simulación energética con cualquier programa de cálculo, para intentar determinar los efectos de las ganancias solares reales en edificios.

El diseño de los huecos de ventana, el tipo de cortina y la orientación puede ser un factor importante para el consumo del edificio. En la foto se observa como la temperatura en el hueco de ventana es 20ºC superior al de la estancia, cuando se carece de protección solar exterior.

Una vez los rayos solares han atravesado el acristalamiento y topan con la cortina, tenemos este calor dentro del edificio. Si tenemos la suerte de dispones de una cortina con dorso altamente reflectante (pueden consultarnos a través de nuestra web), conseguiremos que los rayos solares reboten y que vuelvan a atravesar el acristalamiento para expulsar el calor asociado a la radiación solar. Aunque la cortina tenga un buen control contra el deslumbramiento y la luz diurna, suele producirse un sobrecalentamiento producido por, conducción, convección y radiación.

Dependiendo del tipo de diseño del conjunto ventana, cortinas, hueco de ventana se nos pueden dar diferentes casos de respuesta y de propagación del calor:

1.-SISTEMA DE CORTINA CON CABEZAL ABIERTO O LIBRE

Si el espacio entre la cortina y la ventana está abierto en la parte superior e inferior, se produce la transmisión de calor por convección. Esto quiere decir que el aire que es calentado por el sol, subirá entre la cortina y la ventana generando una corriente de modo que el aire frío del interior de la estancia entrará por la parte inferior del hueco y el aire caliente saldrá por la parte superior calentando la estancia.

Este sistema es un colector de calor muy eficiente para invierno pero poco deseable en verano.

La siguiente figura es un cálculo de la dinámica de fluidos de una estancia con este tipo de diseño durante 30 minutos durante los cuales la radiación solar sobre el conjunto es de 660 W/m².

Este ejemplo de configuración de ventana-cortinas muestra la formación del efecto termosifón y la rápida elevación de la temperatura de la habitación.

Se puede observar que después de 30 minutos todo el aire de la habitación a sido capaz de completar el ciclo, que produce una aceleración en el calentamiento de la estancia.

2.- PERSIANAS VENECIANAS INTERIORES CON CABEZAL ABIERTO.

Esta disposición muestra el mismo sistema pero con una persiana venecianas con lamas horizontales, con un ángulo de apertura de 45º para dejar entrar la luz difusa, pero bloquear el deslumbramiento.

Se observa un resultado similar al anterior, pero con una velocidad de calentamiento aun mayor, dado que el aire es libre de entrar no solo por la parte inferior si no que ahora entra también entre las lamas acelerando aun mas el efecto de calentamiento.

3.-HUECO SELLADO.

En este ejemplo disponemos de una cortina pero la parte superior entre la ventana y cortina está cerrada así como toda la parte lateral de la cortina también.

De esta forma se evita que el aire caliente salga por la parte superior de la cortina.

El aire atrapado entre la cortina y la ventana pueden llegar alcanzar temperaturas altas, dado que absorbe mas y mas radiación solar. En este caso el cierre superior entre cortina y pared es muy importante dado que sirve para contener el aire atrapado en el hueco. Aunque en la secuencia temporal de la foto no se ve, puede llegar un momento que el aire caliente comience a escapar por la parte inferior calentando la estancia.

4.- HUECO SELLADO CON VENTILACIÓN AL EXTERIOR.

Se trata del mismo caso anterior pero con una ventilación en la ventana. Esta ventilación permite al aire caliente salir al exterior. Para que este sistema sea efectivo es recomendable que la habitación tenga una conexión con el resto de estancias del edificio, conectando la parte no soleada, con la zona castigada por el sol. De esta forma conseguiremos una ventilación natural cruzada y evitaremos que la habitación se caliente. Esta es la forma mas natural y económica para proteger las estancias y mantener un confort térmico en verano.

Los efectos térmicos de las ganancias solares y protección solar interior con cortinas, depende en gran medida en los flujos de aire inducidos o generados. Un estudio energético típico generado con software, considera solamente la transmitancia del hueco así como el sombreamiento producido por los diferentes sistemas que podamos incorporar al edificio o  a la ventana. Para considerar los efectos de la convección en un estudio se debería realizar un detallado modelo en 3D de la configuración de ventana + cortina y un complejo estudio computacional de dinámica de fluidos.

Ni el diseñador ni el auditor energético suelen disponer de las herramientas, medios, ni conocimiento, para realizar estudios tan complejos. Por lo tanto lo que se debe hacer es aplicar el sentido común y tener la habilidad de conocer, que el calor fluye por sus sendas, ciclos convectivos y regímenes operacionales, en cada espacio. Aplicando estos principios básicos, se puede prevenir el sobrecalentamiento de edificios y producir ahorros energéticos potenciales muy grandes.

DISEÑO, PROTECCIÓN SOLAR INTERIOR Y VENTILACIÓN NATURAL.

A la hora de diseñar una protección solar efectiva sabemos que la protección solar exterior con superficies acristaladas grandes, aportan grandes posibilidades de ahorro. Muchas veces el precio de dichos sistemas impiden su aplicación, aunque a la larga, sea mucho mayor el ahorro que el coste.

La combinación de protección solar interior, junto con la ventilación natural y un adecuado diseño, reducen esos costes de implantación y producen unos ahorros importantes tanto en verano como en invierno. Se reduce la factura en aire acondicionado en verano y en calefacción en invierno.

Para conseguir esto es fundamental el diseño y la integración de materiales y sistemas en el edificio.

También es posible adaptar los edificios existentes aplicando estos principios y mejorando su confort.

Somos expertos en sistemas protección solar, consúltenos e intentaremos ayudarle.

Protección Solar en los Edificios: ¿Recomendación u obligatoriedad?

Adjunto la información aparecida en la prensa escrita recientemente, donde se informa de la importancia de las protecciones solares y el asolamiento en los edificios, para conseguir una alta certificación energética.