El Sol en la arquitectura

EL SOL EN LA ARQUITECTURA

La bioclimática es el conjunto de técnicas y estrategias usadas en el diseño de los edificios que, teniendo en cuenta las condiciones y los recursos disponibles en cada clima (sol, lluvia, viento, vegetación…), consigue el confort del inmueble con los mínimos consumo de energía e impactos medioambientales asociados.El factor exterior más determinante es, junto con el aislamiento térmico, el sol. La relación que nuestro edificio tenga con él dependerá del clima del emplazamiento

La declinación solar es el ángulo formado entre el plano orbital de la Tierra alrededor del Sol y el plano ecuatorial terrestre. Su valor es de 23.5º. El eje de rotación forma un ángulo variable con la linea que une la Tierra y el Sol; su valor es de 90º + 23.5º en el solsticio de invierno, 90º - 23.5º en verano y 90º en los equinoccios. Este fenómeno provoca la existencia de las estaciones.

El control de cómo incide el sol en nuestro edificio determinará la radiación solar que éste capta a lo largo del año.

En los climas continentales y en los templados buscamos aprovechar la radiación solar en invierno y protegernos de ella en verano. Es muy agradable disfrutar del sol en esas condiciones, además de reducir sensiblemente las cargas energéticas de calefacción y refrigeración.

La orientación Sur es la mejor para conseguir ésos objetivos (en el hemisferio norte). En verano la órbita solar es muy alta y permite sombrear fácilmente con parasoles horizontales fijos. Además el ángulo del zénit solar es muy grande y, consecuentemente, incidirá muy oblicuo a los acristalamientos de las fachadas (gran reflexión y pequeña penetración)

Por el contrario en invierno el sol tiene un ángulo menor en su apogeo e incide de forma más frontal en la fachada sur (pequeña reflexión).

Figura 1: Ángulos del zénit solar por estaciones.

Figura 2: Esquemas bioclimáticos de invierno y verano. 
Fuente: Alia, arquitectura, energía y medioambiente.

Las orientaciones este y oeste son difíciles de proteger del sol, porque este incide muy perpendicular a esas fachadas al amanecer y al anochecer respectivamente.

Los huecos en las orientaciones norte son energéticamente ineficaces porque no reciben radiación solar en invierno y sí en verano. Pueden ser muy interesantes para proporcionar luz natural difusa, pero conviene moderar su tamaño.

La posición del sol varía a lo largo de cada día del año. Es fácil determinar su posición relativa respecto al emplazamiento de la edificación. Para ello contamos con herramientas como la carta solar.

Figura 3: Carta solar estereográfica de la latitud 40º Norte

También es posible usar herramientas informáticas. Existen muchos programas de diseño en tres dimensiones que tienen una herramienta de sombras que podemos usar para la realización de estudios de soleamiento. Los resultados los podemos mostrar en forma de matriz solar:

Figura 4: Ejemplo de matriz solar.

Incluso podemos mostrarlos en forma de animación:

Vídeo 1: Comportamiento solar en el solsticio de invierno (21 de diciembre)

Vídeo 2: Comportamiento solar en los equinoccios (21 de marzo y 21 de septiembre)

Vídeo 3: Comportamiento solar en el solsticio de verano  (21 de junio)

Los resultados son muy gráficos. En el ejemplo se ve como la fachada sur tiene los principales huecos de la vivienda. Esta fachada se mantiene en sombra la práctica totalidad del tiempo en el solsticio de verano y permite la entrada del sol de invierno durante muchas horas. Simplemente la orientación y el diseño de los parasoles permiten este equilibrio.

También se ha diseñado un porche/invernadero. En invierno permite calentarlo con la radiación solar. En verano se repliegan los vidrios exteriores, permitiendo el uso del porche.