Está presentación, parte de una conferencia del Solar Decathlon de 2015 en Cali, Colombia, expone el marco teórico de la orientación, distribución y magnitud de la radiación solar en el trópico, y principios prácticos para proteger estructuras del impacto de la radiación solar, y principios para aprovechar la energía solar en climas fríos tropicales (altitud elevada).

1. Principios prácticos de protección y
aprovechamiento pasivo de la
energía solar para la arquitectura en
el trópico.
David Ruiz
MSc. Ing. Mecánica
Santiago de Cali, 12 de diciembre de 2015

2. Introducción
2
Tomado de: Shiller, M. (2004). Mechanical and
electrical systems.
Enfoque térmico Confort

3. En el trópico: Radiación solar abundante
Contexto
Parámetro Bogotá Santa Marta
Rango de temperatura (°C) 5 - 21 17 - 35
Horas de sol diarias promedio 3.6 7.7
Radiación diaria solar promedio (W-h/m2) 3700 5900
Potencia instantánea
Energía Solar directa
1000 W/m2
Elementos de comparación:
Horno microondas: 500 – 1500 W
Secador de pelo: 1500 W
Aspiradora: 500 W
Bombillo eficiente: 20 W
3

4. Contexto
4
51%47%
2%
Infrarroja
Visible
Ultra Violeta
Espectro de la luz solar directa
Tomado de: http://asterisk.apod.com/

5. 5
Contexto
Bogotá New York
Trópico: Energía
solar diaria por
unidad de área
Superficie
Energía
relativa
Cubierta 100%
Fachada Oriente - Occidente 40%
Fachada Norte – Sur (solsticio) 30%

6. 6
Protección solar
Temperatura ambiental elevada
+ Radiación solar elevada
+ Posibles cargas térmicas
= (casi) siempre enfriar
Estrategia
• Evitar que se absorba la radiación solar1
• Evitar que ingrese el calor que sé absorbió2
• Evitar que el calor que ingresa se perciba3
Clima caliente

7. 7
Protección solar
Sombras efectivas y sombras no tan efectivas
Tomado de:
http://theretrospect.com/haddonfield-to-
consider-shade-tree-ordinance-with-teeth-
p4276-1.htm
Tomado de:
http://www.titansrl.com.ar/images/productos/tec
hos-metalicos/construccion-alero-industrial.jpg

8. 8
Protección solar
Sombras e intercambio radiante
Material
Sobre-
temperatura
(°C)
Cubierta plástica negra 46
Cubierta plástica gris 38
Fibro cemento gris 36
Acero galvanizado 31
Techo aluminio 27
Cubierta plástica blanca 14
Membrana blanca alto SRI 6
Fuente: Lawrence Berkeley National Laboratory
El intercambio radiante del techo y piso con
las personas no depende de la distancia
3°C
49°C
30°C
33°C
39°C
54°C

9. 9
Protección solar
Cubiertas sin aislamiento térmico
<Temperatura
Superficie con alto índice
de reflectancia solar (SRI)
y/o capas
Superficie interior con
baja emisividad (metálica,
limpia, sin corrosión)
Distancia generosa de
piso a techo (3 m
mínimo) - estratificación
Otros:
• Evitar mezclar el aire - corrientes
• Lados totalmente abiertos
• Incluir salida de aire superior

10. 10
Protección solar
Cubiertas con aislamiento térmico
<Temperatura
Aplican los principios anteriores.
+
Al aislar hay las siguientes
ventajas:
• Permite la instalación de sistemas
de climatización y el movimiento
de aire al interior.
• Se requiere menor altura de piso
a techo.
• Menor sensibilidad a las
características de las superficies
internas y externas
* No es suficiente una cámara de aire.

11. 11
Protección solar
Fachadas laterales
Doble fachada o elementos
de sombra verticales
Extender cubiertas – generar
aleros
Aislamiento térmico
Superficie Energía recibida relativa
Cubierta 100%
Fachada Oriente - Occidente 40%
Fachada Norte – Sur (en solticio) 30%
Priorizar:

12. 12
Aprovechamiento solar
Ciclos de temperatura (altos, medios, bajos)
+ Radiación solar elevada
+ Posibles cargas térmicas
Clima frío
= ???
Caso vivienda
Horarios de principal
uso = horarios de
menor radiación solar
Pocas ganancias
térmicas internas
Energía diaria
requerida: 50 W/m2 x
24 h = 1200 W-h/m2
Energía solar diaria
disponible promedio
(Bogotá): 3700 W-h/m2

13. 13
Aprovechamiento solar
Estrategia vivienda
• Captar energía solar térmica de día1
• Almacenar la energía2
• Evitar que se pierda el calor3
Se suman los componentes:
Comportamiento
térmico dinámico
Inercia
térmica

14. 14
Aprovechamiento solar
Alcobas Estar / estudio
Zona social Comedor
Sol de
mañana
Sol de
tarde
Orientación
adecuada Ori-Occ
Principios
Aprovechar la
estratificación
Zonificación en
función de horarios
<Temperatura

15. 15
Aprovechamiento solar
Alcobas Estudio
Zona
social Comedor
El sol calienta
la estructura
Principios
Inercia térmica
al interior
Aislamiento térmico en
fachadas, pisos y techos
Sol vertical
Patio
interior

16. 16
Aprovechamiento solar
Espacios externos
para captar sol
Principios
Importancia
de doble vidrio
Aislamiento móvil
en ventanas
Invernadero
AlcobasEstudio
Comedor
Zona
social

17. Gracias