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La accesibilidad solar como indicador ambiental de compacidad urbana
Estudio solar barrio La Barceloneta: Densidad urbana “perceptible” Tutor: Dr. Benoit Beckers Tutor colaborador: Dr. Jaume Roset Alumno: Juan Pablo Vásquez Palau Universidad Politécnica de Cataluña AEM 09/10_Arquitectura, Energía, Medio Ambiente Septiembre, 2010.
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Figura portada: Hopper, Edward. Ventana al mar y croquis previo.
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_ Resumen El barrio de La Barceloneta, ubicado en la zona portuaria de Barcelona, fue planificado y
creado en un lugar que no existía ninguna edificación anterior lo que permite analizar las
transformaciones desde su misma fundación y los impactos y modificaciones que ha sufrido
su morfología con el aumento gradual de su población en su historia.
El primer trazado de la Barceloneta data de 1753, es un proyecto cuya proporción 1:1 entre el
ancho de las calles y altura edificada de 6,5 metros en dos niveles permitía lograr una
accesibilidad solar máxima en todas las fachadas de viviendas orientadas Este-Oeste. Con el
aumento de densidad poblacional en el tiempo, este atributo “higienista” comenzó a perderse.
El barrio, con una ubicación privilegiada junto al mar, cerca de los centros productivos y con
fácil acceso a los medios de transporte; se convirtió en una atractiva alternativa habitacional
para una creciente clase obrera a medida que la ciudad se industrializaba, modificando sus
formas originales y densificándose cada vez más
Este proceso tiene amplias repercusiones en el espacio del barrio que amplió sus territorios
hasta quedar contenida en sus límites naturales, primero manteniendo su tipología edificada
en dos niveles para luego crecer hasta siete niveles con proporciones de 1:4; lo que ha
limitado fuertemente la accesibilidad del sol y anulado el derecho a ver el cielo1. Estos
cambios han alterado las originales condiciones “higienistas” de habitabilidad, que permitían
el aprovechamiento del sol como fuente natural y primaria de energía y bienestar fisiológico.
A partir del estudio del caso de la Barceloneta esta investigación se propone definir ciertos
parámetros y sus respectivos indicadores sintéticos con criterios ambientales para medir una
nueva “compacidad urbana perceptible.” A diferencia de la conocida “compacidad urbana
real” que evalúa con la simple ocupación del suelo, esta nueva compacidad urbana
considera un factor ambiental que es la accesibilidad solar. Se define, como la capacidad de
un entorno urbano edificado en permitir u obstruir la accesibilidad solar incidente según su
latitud.
Partimos de un supuesto inicial que al poner en relación en un diseño urbano, parámetros
geométricos con factores ambientales, como la latitud y el recorrido del sol, es posible
cambiar las percepciones del habitante sobre el espacio en el que habita y mejorar su nivel
de bienestar y confort. Por esto hemos conceptualizado esta relación como compacidad
perceptible, herramienta cuyo objetivo es facilitar el desarrollo de una “arquitectura que no se
interesa solamente por el balance térmico, sino también por la percepción de las energías y
su valoración cultural y estética.”2.
1 Ng, Edward, 2010.“Daylight needs, solar access, urban ventilation and urban climate in high density city– an experience of Hong Kong”,SEUS, Compiegne, Francia. 2 Beckers, Benoit, 2007..“Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de arquitectura”, Informe Helio_005_es. Compiegne, Francia.
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_ Índice de contenidos. _ Resumen. 03 _ Índice de contenidos. 04 _ Índice de figuras. 07 _ Índice de tablas. 09 _ Nomenclatura. 10
- Símbolos, magnitudes y unidades. - Radiación solar: L, E, H y K. - Alfabeto griego.
1_ Introducción. 12 2_ Objetivos de la investigación. 18
1- Relación entre grados de compacidad y accesibilidad solar. 2- Accesibilidad solar como recurso de bienestar fisiológico. 3- Definir la compacidad como un parámetro de sostenibilidad urbana. 4- Influencia de la accesibilidad solar en la calidad del diseño.
3_ La nueva compacidad. 20 4_ Alcances y limitaciones. 24 5_ Metodología: modelo accesibilidad solar. 26 6_ El caso de estudio: la Barceloneta. 31
6.1_ El barrio de la Barceloneta. 6.2_ Situación fundacional: Creación de la Barceloneta. 6.3_ Situación urbana de 1936: Un barrio deteriorado. 6.4_ El bloque urbano de viviendas.
7_ Análisis y resultados. 42
7.1_ Cambio de altura como parámetro 1 7.1.1_ Indicador 1: SVF promedio de ventanas y pisos interiores. 44
-Elemento arquitectónico a analizar: Ventanas y pisos interiores. -Objetivo Indicador 1. -Comparación resultados Indicador 1. -Optimización resultados indicador 1. -Conclusiones Indicador 1. 7.1.2_ Indicador 2: Horas de asoleo ventanas y pisos interiores. 52
-Elemento arquitectónico a analizar: Ventanas y pisos interiores. -Objetivo Indicador 2. -Comparación resultados Indicador 2. -Optimización resultados indicador 2. -Conclusiones Indicador 2.
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7.1.3_ Indicador 3: Irradiancia directa fachadas según orientación. 59
-Elemento arquitectónico a analizar: Fachadas. -Objetivo Indicador 3. -Comparación resultados Indicador 3. -Optimización resultados indicador 3. -Conclusiones Indicador 3. 7.1.4_ Indicador 4: Irradiancia directa sobre espacio público. 63
-Elemento arquitectónico a analizar: Espacio público. -Objetivo Indicador 4. -Comparación resultados Indicador 4. -Optimización resultados indicador 4. -Conclusiones Indicador 4. 7.2_ Cambio de orientación como parámetro 2: Indicador 5: 69
-Elemento arquitectónico a analizar: Ventanas, pisos, fachadas y Espacio público.
-Objetivo Indicador 5. -Comparación resultados Indicador 5. -Optimización resultados indicador 5. -Conclusiones Indicador 5.
8_ Conclusiones. 78
8.1_La accesibilidad solar como parámetro de sostenibilidad urbana. 8.2_Próximos pasos. 9_ Referencias bibliográficas. 82 10_Anexos propios de la investigación. 84 10.1_ Geometría solar. 84
_ Movimiento aparente del sol _ Soleamiento en Barcelona: Ubicación: 41:18:07 N 2:05:31 E _ Accesibilidad solar _ Obstrucciones o máscaras solares
10.2_ Radiación solar. 89
_ La Energía solar _ Espectro solar _ Radiación global, directa y difusa
10.3_ Iluminación solar o natural. 94
_ La luz sobre las superficies _ Cartas solares _ Cálculo de sombras _ Aspectos generales de diseño con luz natural _ Control de la luz natural _ Sistemas de iluminación natural
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_ Ventanas _ Lucernario
10.4_ Software: Heliodón 2 104
_ Movimiento de la tierra alrededor del sol _ Posición del sol en los ejes locales _ Diagrama Isócrono _ Influencia de la atmosfera
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_ Índice de figuras
Figura 1: Tendencia de crecimiento de población rural y urbana. Fuente: ONU, 2002. Figura 2: Kowloon Walled City, Hong Kong, 1972 – 1995. Fuente: FAR-MAX, MVRDV,1995 Figura 3: Ubicación del barrio de la Barceloneta. Fuente: Agencia de Ecología urbana de Barcelona Figura 4: Vista aérea barrio la Barceloneta, Barcelona, 2005. Fuente: www.bcn.cat Figura 5: Proceso y formas de crecimiento del barrio desde su fundación. Fuente: elaboración propia Figura 6: Planta y alzado de las tipologías evaluadas. Fuente: elaboración propia. Figura 7: Envolventes geométricas urbanas. Fuente: elaboración propia. Figura 8: Planos verticales de accesibilidad potencial. Fuente: elaboración propia Figura 9: El proceso perceptivo. Fuente: Serra, Rafael y Coch, Helena, Arquitectura y energía natural. Ediciones UPC, Barcelona, 1995. Figura 10: Modelo teórico (estrategia Española) de sostenibilidad urbana Fuente: “Sustainable Urban Design”, Carlos A. Regolini, Conference City Futures, Madrid, 2009. Figura 11: donde V (t) es la función de visibilidad (se ve o no el sol en cada momento). Fuente: Benoit Beckers. Figura 12: Esquema metodología. Fuente: Elaboración propia. Figura 13: Sección tipología dos niveles y siete niveles y altura solar por horas-día. Fuente: CAD. Figura 14: Esquema Factor de vista. Fuente: CAD. Figura 15: Esquema asoleo en interiores de viviendas según día y hora. Fuente: CAD. Figura 16: Esquema accesibilidad solar espacio publico a diferentes alturas. Fuente: CAD Figura 17: Estereográfica y equivalente a nivel de suelo en el centro de una calle con siete niveles de altura edificados. Fuente: Heliodón. Figura 18: Dibujo de los terrenos que se empiezan a consolidar fuera de las murallas de la ciudad amurallada de Barcelona. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007. Figura 19: Planta año 1775. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G., EPSEB, 2007. Figura 20: A finales del siglo XVI Barcelona no tenía puerto protegido. Imagen muestra futura ubicación del barrio. Fuente:“Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009. Figura 21: Planta año 1872. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007 Figura 22: Alzado vivienda fundacional. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007 Figura 23: Imágenes del barrio y tipología edificada en sus inicios. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007 Figura 24: División de las viviendas del barrio. Fuente:“Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009. Figura 25: Crecimiento en altura edificada en los siglos. Fuente:“Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009. Figura 26: Planta actual barrio la Barceloneta. Fuente: “Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina,Tesis PFC, EPSEB, 2009. Figura 27: Bloque de vivienda representativo dentro del entorno urbano. Fuente: elab. Propia. Figura 28: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. propia. Figura 29: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab.propia. Figura 30: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. propia. Figura 31: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. propia.
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Figura 32: SVF conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Heliodón. Figura 33: SVF promedio conjunto ventanas tipología dos pisos. Fuente: elab.propia. Figura 34: SVF promedio conjunto ventanas tipología siete pisos. Fuente: elab. propia. Figura 35: SVF conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. Propia. Heliodón Figura 36: SVF promedio conjunto pisos interiores tipología dos pisos. Fuente: elab. propia Figura 37: SVF promedio conjunto pisos interiores tipología siete pisos. Fuente: elab. propia Figura 38: Horas de asoleo conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Heliodón. Figura 39: Horas de asoleo promedio conjunto ventanas tipología dos pisos. Fuente: elab. propia Figura 40: Horas de asoleo promedio conjunto ventanas tipología siete pisos. Fuente: elab. propia Figura 41: Horas de asoleo conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. propia Figura 42: Horas de asoleo promedio conjunto pisos int. Tipología dos pisos. Fuente: elab.propia. Figura 43: Horas de asoleo promedio conjunto pisos int. Tipología siete pisos. Fuente: elab. propia Figura 44: Irradiancia media fachada sur, 21 junio. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 45: Irradiancia media fachada oeste, 21 junio. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 46: Irradiancia promedio conjunto fachadas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Figura 47: Irradiancia total conjunto fachadas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Figura 48: Asoleo espacio público, 21 Diciembre. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 49: Irradiancia total sobre espacio público en ambas tipologías. Fuente: elab. propia Figura 50: Asoleo espacio público, 21 Dic.- 21 Mar.. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 51: Irradiancia media espacio público público, 21 Dic. – 21 Mar... Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 52: Comparativo según cambio en orientación entre horas de asoleo promedio e irradiancia directa media entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Figura 53: Comparativo según radiación solar para el 21 de diciembre sobre superficie pública entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Figura 54: Rotación de la trama urbana. Fuente: elab. propia. Heliodón. Figura 55: Rotación de la trama urbana. Fuente: elab. propia. Heliodón. Figura 56: Estereométrica rotada en calle tipología 2 pisos.. Fuente: elab. propia. Heliodón. Figura 57: Entorno calle. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 58: Energía media entorno calle. Fuente: elab. propia. Figura 59: Irradiancia media Fachadas. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 60: Irradiancia media fachadas. Fuente: elab. propia. Figura 61: Irradiancia media Conjunto de ventanas. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 62: Irradiancia media conjunto de ventanas. Fuente: elab. propia. Figura 63: Irradiancia media Conjunto de pisos interiores. Fuente: elab. propia. Heliodón Figura 64: Irradiancia media conjunto de pisos interiores. Fuente: elab. propia
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_ Índice de tablas
Tabla 1: Densidad del barrio durante los siglos. Fuente: Agencia de Ecología urbana de Barcelona Tabla 2: SVF conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. Propia. Tabla 3: SVF conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. Propia Tabla 4: Comparativo del 1°y el 2° piso entre ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de veces de una sobre la otra según parámetros. Fuente: elab. propia Tabla 5: Comparativo de variabilidad entre el 1° y el último piso por tipologías y parámetros. Fuente: elab. propia. Tabla 6: Distintos SVF según modificación del factor de área acristalada por superficie interior. Umbral del 2%. Tabla 7: Grados de compacidad en conjunto de ventanas por vivienda según % que estén bajo umbral del 2% o sobre umbral del 5% de SVF, en “pisos medios” de 2 frentes de 8,4x8,4metros y “pisos quarter” de 8,4x4,2metros de 1 frente. Tabla 8: Grados de compacidad en los pisos interiores por vivienda según % que estén bajo umbral del 2% o sobre umbral del 5% de SVF, en “pisos medios” de 2 frentes de 8,4x8,4metros y “pisos quarter” de 8,4x4,2metros de 1 frente Tabla 9: Horas de asoleo conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. propia Tabla 10: Horas de asoleo conjunto pisos int. ambas tipologías. Fuente: elab. propia Tabla 11: Comparativo del 1°y el 2° piso entre ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de cantidad de asoleo de una sobre la otra. Fuente: elab. propia. Tabla 12: Irradiancia directa sobre fachadas. Fuente: elab. propia Tabla 13: Comparativo del 1° y el 2° piso entre las fachadas de ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de cantidad de energía de una fachada sobre la otra. Fuente: elab. propia. Tabla 14: Irradiancia directa sobre espacio público. Fuente: elab. propia Tabla 15: Comparativo según cambio en orientación entre horas de asoleo promedio e irradiancia directa media entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Tabla 16: Entorno calle. Fuente: elab. propia. Tabla 17: Irradiancia media Fachadas. Fuente: elab. propia. Tabla 18: Comparativo según cambio en orientación para irradiancia medias sobre diferentes superficies tanto verticales como horizontales. Se busca el equilibrio de maximizar para invierno y minimizar para verano. Fuente: elab. propia
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_ Nomenclatura 1- Símbolos, magnitudes y unidades
A acimut grados Aw Área plano de trabajo m2 C capacidad térmica J/Kg Co Conductancia W/m2*K Cp calor específico KJ/Kg*K Gc constante solar.1380 Wm-2 W/m2 E iluminancia horizontal global lux, lm/m2 ED iluminancia horizontal directa lux, lm/m2 Ed iluminancia horizontal difusa lux, lm/m2 Er iluminancia horizontal reflejada lux, lm/m2 Ev iluminancia vertical exterior lux, lm/m2 Eh iluminancia horizontal exterior lux Ei iluminancia horizontal interior media lux Ec iluminancia dircta del cielo lux Eir iluminancia reflejada indirecta lux ER iluminancia total horiz. Int. en pto. R lux ERD iluminancia horiz. Int. directa en R lux ERd iluminancia horiz. Int. difusa en R lux ERr iluminancia horiz. Int. reflejada en R lux Ereq1 iluminancia requerida mitad delante lux Ereq2 iluminancia requerida mitad atrás lux Fs factor solar - F flujo radiante W Fs factor de sombra - G D,d,R irradiancia global horizontal W/m2 D grados día °C HD,d,R irradiación horizontal día KWh/m2 h ángulo altura solar grados hi conductancia interna W/m2*K I intensidad luminosa cd I D,d, R irradiación horizontal hora KWh/m2 KD,d,R eficacia luminosa horizontal global lm/W Kt conductividad térmica W/m*K L luminancia cd/m2, lm/m2*sr Lp luminancia en el punto P cd/m2, lm/m2*sr l longitud metros R resistencia térmica m2*K/W T temperatura °C, K t tiempo segundos U coeficiente de Transmisión W/m2*K V volumen m3 W trabajo J
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2- Alfabeto griego α absortancia - β ángulo de inclinación superficie grados δ ángulo de declinación solar grados ε emitancia - λ longitud de onda μm ρ reflectancia - τ transmitancia - Φl flujo luminoso lumen θv ángulo visible de cielo vertical grados θh ángulo visible de cielo horizontal grados ω ángulo sólido sr φ latitud grados ψ ángulo cenital gados ζ azimut del sol grados ψ ángulo cenital grados S p0 potencia exo-atmosférica = 1380 Wm-2 W/m2 S radiación solar en Wm-2 W/m2 m número de masa óptica del aire - pa presión atmosférica a nivel del mar -
3- Radiación solar: L, E, H y K D componente directa d componente difusa R componente reflejada h horizontal v vertical p en el plano p n normal m media p punto P.
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1_ Introducción
“El cambio social más drástico y de mayor alcance de la
segunda mitad de este siglo, y que nos separara para
siempre del mundo del pasado, es la muerte del campesinado.
…cuando el campo se vacía, se llenan las ciudades.3”
E. Hobsbawm.
Según la proyección de la ONU (ver Figura 1), durante el 2009 la población urbana -que ha
venido creciendo continuamente desde la última mitad del siglo XX- superaría a nivel global,
a aquella que vive en asentamientos rurales. Este desplazamiento demográfico hacia las
ciudades se explicaría por la búsqueda de oportunidades y en general, de mejores
condiciones de vida. Sin embargo, la creciente concentración de los emplazamientos urbanos
es fuente de nuevos males o problemas para sus habitantes.
Figura 1: Tendencia de crecimiento de población rural y urbana. Fuente: ONU, 2002.
A medida que las actividades productivas y la población se aglutinan en las áreas
metropolitanas; el espacio urbano se hace cada vez más escaso, creciendo las ciudades
verticalmente, lo que se traduce en grandes densidades y hace más complejo asegurar
buenas condiciones de habitabilidad para los ciudadanos.
Curelli, propone una planificación de acuerdo a un “modelo urbano compacto” que responda
“positivamente a los requisitos de una ciudad sostenible, tanto por la menor ocupación de
suelo que su disposición formal requiere, cuanto por el mayor ahorro energético y de recursos
3 Hobsbawn, Eric. 1995. “Historia del Siglo XX”.Edit. Crítica. Londres.
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que su organización funcional permite”4. Sin embargo, este modelo de sostenibilidad no toma
en cuenta factores geométrico- ambientales que inciden en el bienestar habitacional de las
personas. Hoy en día encontramos bloques de vivienda que siguen los postulados de la
“ciudad compacta” y que presentan una baja calidad de habitabilidad debido al nulo manejo o
aprovechamiento de las condiciones ambientales naturales del lugar. (ver Figura 2).
Figura 2: Kowloon Walled City, Hong Kong, 1972 – 1995. Fuente: FAR-MAX, MVRDV,1995.
El propósito de este trabajo es abordar una problemática específica que se
produce en sectores urbanos de alta densidad, como es el acceso y
aprovechamiento del flujo solar como recurso de bienestar fisiológico para los
habitantes, entendiéndose esto como una mejora en el confort térmico y lumínico en
las soluciones habitacionales y en el espacio público.
4 Curreli, Alessandra. 2010. “La integración de la radiación solar en la ciudad compacta”.Barcelona. Tesis master AEM .UPC.
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En la actualidad la compacidad, concepto que mide el volumen edificado en relación a la
simple ocupación de superficie de territorio(m3/m2), es el indicador cuantitativo más usado
cuando se trata el tema de las condiciones de habitabilidad de los barrios y centros urbanos,
que depende sólo de la proporción construida propia ignorando el entorno edificado y el
bienestar “perceptible” del usuario a partir de los factores ambientales, puntualmente de la
accesibilidad solar, elemento que a nuestro parecer es clave para la calidad de vida.
La accesibilidad solar depende básicamente de dos tipos de factores; los de carácter
geométrico como la altura de los edificios, la distancia entre ellos, la proporción entre altura y
ancho de la calle, las dimensiones interiores de la manzana, la tipología edificada, los
materiales y el porcentaje de superficies traslúcidas en la envolvente; y en segundo lugar de
factores ambientales, como la latitud, el recorrido solar y las posibilidades de orientación de
la vivienda.
La herramienta propuesta, intenta medir la relación de factores geométricos y
ambientales de un volumen edificado dentro de un entorno urbano. Específicamente,
entendemos por compacidad, la capacidad de un entorno urbano edificado de permitir
u obstruir la accesibilidad solar incidente.
La anterior definición se enmarca en la idea de que los parámetros geométricos de una
situación urbana deberían depender de los ambientales ya que estos últimos inciden de
manera importante en las percepciones del habitante sobre el espacio. Por esto la
llamaremos también compacidad perceptible, porque es un concepto construidos en
función de una “arquitectura que no se interesa solamente por el balance térmio, sino también
en la percepción de las energías. Esta percepción no depende solamente de los datos
físicos, sino también de su valoración cultural y estética”.5
Este trabajo propone el diseño de un indicador de sensibilidad basado en la accesibilidad
solar, en dónde sensibilidad equivale a modificar uno por uno los parámetros de una situación
para deducir la importancia de cada uno en la situación general.
La investigación toma como caso de estudio la Barceloneta, barrio ubicado en el borde
costero de la ciudad de Barcelona (ver Figura 3) y creado de nueva planta en 1753 por Juan
Martín Cermeño y otros ingenieros militares formados en la Academia de Matemáticas de
5 Beckers, Benoit. “Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de arquitectura”, 2007 Informe Helio_005_es.
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Barcelona. Su primera urbanización fue durante la segunda mitad del siglo XVIII y primera
mitad del XIX y se diseñó con un entramado ortogonal de calles que formaban manzanas con
solares edificables del mismo tamaño y viviendas tipo de 2 plantas, manteniendo una
proporción 1:1 entre el ancho de las calles y la altura edificada, lo que entre otras ventajas
permitía lograr una “accesibilidad solar” óptima en todas las viviendas.
Figura 3: Ubicación del barrio de la Barceloneta. Fuente: Agencia de Ecología urbana de
Barcelona
Además de la accesibilidad solar, otros condiciones higienistas del proyecto inicial, fueron la
orientación ortogonal de la traza a 16 grados Norte paralela al puerto para servir de “barrera”
a los vientos predominantes en invierno -otorgando una zona de calma al puerto y al futuro
Paseo Nacional existente en la ribera oeste-; y la decisión de dejar los perímetros abiertos -a
diferencia de la ciudad amurallada de Barcelona que duró hasta 1858- para permitir la
aceleración de los vientos en el verano a través de sus calles “cañón”, rectas, longitudinales y
sin interrupción.
Con los progresivos permisos para aumentar el volumen edificado que se otorgaron a lo largo
de los siglos XIX y XX, las primitivas viviendas que caracterizaban la urbanización de la
Barceloneta se han ido modificando, sin embargo, se ha mantenido su continuidad en la
edificación y su uniformidad en el plano. La planta del barrio sobrevive prácticamente sin
variaciones desde su creación hace más de dos siglos -plano ortogonal con manzanas
rectangulares y calles largas y estrechas-, mientras tanto en territorio como en altura, se
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detectan cambios significativos que han hecho que se pierdan algunos de sus atributos
“higienistas” originales (ver Figura 4) .
Figura 4: Vista aérea barrio la Barceloneta, Barcelona, 2005. Fuente: www.bcn.cat
Con una ubicación privilegiada junto al mar, cerca de los centros productivos y con fácil
acceso a los medios de transporte; la Barceloneta se convirtió en una atractiva alternativa
habitacional para la creciente cantidad de obreros que empezó a requerir una ciudad cada
vez más industrializada. Así el barrio amplió sus territorios hasta quedar contenida en sus
límites naturales, primero manteniendo su tipología edificada en dos niveles y luego
creciendo verticalmente hasta siete niveles con proporciones de 1:4. Esta tipología
geométrica ha limitado fuertemente la accesibilidad del sol y anulado el derecho a ver el
cielo6, alterando las originales condiciones “higienistas” de habitabilidad, que permitían el
aprovechamiento del sol como fuente natural y primaria de energía y bienestar fisiológico (ver
Figura 5).
6 Ng, Edward, 2010.“Daylight needs, solar access, urban ventilation and urban climate in high density city– an experience of Hong Kong”,SEUS, Compiegne, Francia.
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Figura 5: Proceso y formas de crecimiento del barrio desde su fundación. Fuente: elaboración propia. La idea de este trabajo es evaluar la accesibilidad solar de un bloque de viviendas tipo
emplazado en el barrio de La Barceloneta en dos momentos históricos diferentes con
morfologías urbanas marcadas, que tienen como consecuencia distintos niveles de
accesibilidad solar. Se trabajará utilizando el programa informático Heliodón V2 el que
permite el estudio de la accesibilidad solar directa sobre un modelo digital, a partir de la
configuración geométrica del volumen o entorno edificados en relación con el sol en una
latitud determinada.
Creemos que a través de la consideración de parámetros ambientales en el diseño urbano,
como el aprovechamiento de la luz solar en este caso, se pueden mejorar las condiciones de
habitabilidad, logrando un crecimiento en densidad sin sacrificar grados de confort para el
habitante tanto a nivel de vivienda como de espacio público. En base a este supuesto, hemos
definido una hipótesis inicial de investigación: A través de la relación entre parámetros
geométricos y otros referidos a las condiciones ambientales específicas de un entorno,
se puede lograr un mejor aprovechamiento de la luz solar en el diseño urbano en
barrios de alta densidad.
1753-1830
1830-1872
1872-1936
1:4
1:1
1:2
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2_ Objetivos de la investigación
En un escenario mundial cada vez más preocupado del uso eficiente de los recursos
naturales y del impacto ambiental de las actividades humanas, el aprovechamiento del sol
como fuente de iluminación natural y generador de autonomía con respecto a la luz artificial,
puede considerarse como un elemento fundamental para el diseño de entornos urbanos de
mayor calidad para sus habitantes y más sostenibles a nivel económico. La radiación solar es
la contribución más importante al balance energético superficial y volumétrico durante el día
sobre un volumen edificado, sobre todo en edificios residenciales, donde los aportes internos
son muy bajos.
Teniendo esto último en cuenta, se intentará construir un indicador que permita optimizar el
aprovechamiento de la accesibilidad solar incidente en los volúmenes edificados según el
entorno urbano y ambiental en el cual están insertos.
El objetivo principal será encontrar el grado de compacidad del barrio a partir de la
comparación de cuanto flujo solar penetra en el interior del entorno urbano desde la
geometría fundacional a la actual usando como herramientas los distintos indicadores
ambientales, según estas relaciones:
1- Relación entre grados de compacidad y accesibilidad solar
2- Accesibilidad solar como recurso de bienestar fisiológico
3- Definir la compacidad como un parámetro de sostenibilidad urbana
4- Influencia de la accesibilidad solar en la calidad del diseño
En este caso de estudio nos abocaremos a encontrar el grado óptimo de compacidad de la
Barceloneta a partir de la comparación del flujo solar que penetra en el interior del entorno
urbano actual versus el que existía al momento de la fundación de este barrio. También
estudiaremos una segunda sensibilización del modelo a partir del parámetro de cambio de
orientación o rotación de la trama urbana.
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Figura 8: Planos verticales de accesibilidad potencial. Fuente: elaboración propia.
Al relacionar los parámetros geométricos de una situación urbana con las condiciones de
asoleamiento lograremos medir la compacidad perceptible, llamada así porque “no se
interesa solamente por el balance térmico, sino también en la percepción de las energías y su
valoración cultural y estética”7 por parte de los habitantes.
Esta tarea, nos permitirá encontrar niveles de bienestar y de confort visual -evitar
deslumbramiento: saturación de luminancias o contraste excesivo de luminancias- y de
confort térmico -maximizar accesibilidad en invierno y minimizar sobrecalentamiento en
verano- en los interiores de las viviendas y en el espacio publico a partir de ciertos umbrales
mínimos según corresponda a cada indicador.
El análisis que se propone no se resume en cuantificar el flujo energético solar incidente o
potencial y relacionarlo al potencial ahorro de energía (próximo paso), sino una visión que
permita enfocar el tema desde una escala de la vivienda y trabajar a partir de la comparación
dinámica de los resultados desde una situación optima u original a otra modificada actual y
degradada.
7 “Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de arquitectura”, B. Beckers, Informe Helio_005_es, 2007
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3_ La nueva compacidad La geometría del contexto urbano es un factor determinante para la penetración del flujo solar
dentro de la ciudad porque los mismos volúmenes edificados pueden actuar como
obstrucciones y anular la incidencia solar sobre las superficies de cálculo. En los entornos de
altas densidades, los parámetros geométricos que permiten definir y describir la morfología
del contexto son numerosos y variados, sumados a los condiciones ambientales incidentes
que transforman la situación urbana en un modelo complejo.
Al definir la nueva compacidad perceptible como la capacidad de un entorno urbano
edificado en permitir o accesibilidad solar incidente podemos decir que bajo
características morfológicas de edificación similares “a mayor accesibilidad solar, el entorno
urbano es mas disperso en superficie”. Sin embargo, a igual compacidad o densidad de
edificación (m3/ m2), no existe una única configuración y organización del tejido urbano sino
que las posibilidades son variadas y esto influye directamente y perceptivamente en la
incidencia del flujo solar.
Lo que intentamos hacer en esta investigación, es trabajar con un nuevo concepto de
compacidad que incorpora a la fórmula m3/m2, valores energéticos relacionados con la
incidencia solar que tienen las superficies y la obstrucción que genera la propia
morfología del barrio (ver Figura 6).
Figura 6: Planta y alzado de tipologías evaluadas. Fuente: elaboración propia.
7 plantas 2 plantas
1800 2000
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La amplitud de la escala y la complejidad del tema exigen también un método y unas
herramientas de investigación específicos que permitan manejar y controlar de manera
simultánea e inmediata múltiples variables, entregando resultados significativos y de fácil
interpretación.
¿Cuál es la metodología más adecuada para evaluar la incidencia y la accesibilidad solar
dentro de un ámbito urbano? Son las características morfológicas las que modifican la
accesibilidad solar a escala del contexto urbano inmediato y que repercuten en los resultados
de las escalas menores de trabajo como la vivienda. Tienen que ver con la forma y las
proporciones de cada contexto particular y las condiciones ambientales particulares de un
entorno dado.
Bajo estas premisas es necesario precisar ciertos conceptos que se utilizan a lo largo de la
investigación. Los parámetros y herramientas que se usan para medir la accesibilidad solar,
son las siguientes:
A- Herramientas geométricas y energéticas que inciden en la accesibilidad solar
a.1_ Or orientación trazado urbano (fachadas) -
a.2_ SF factor de cielo: proporción de la bóveda celeste visible %
a.3_ SVF factor de vista : SF ponderado por el ángulo sólido %
a.4_ Cd compacidad (m3/m2 o m2 techos/m2 útiles) -
a.5_ FLD factor luz de día (energética) %
a.6_ FLDp factor luz de día puntual (energética) %
a.7_ θc ángulo visible de cielo °
B- Factores geométricos incidentes en la morfología urbana
Son los que controlan y median la accesibilidad solar entre el exterior y el interior del
edificio. Por lo general tienen directa relación con la envolvente o piel del edificio (ver figura 7)
b.1_ Hm altura pisos exterior metros
b.2_ hl altura cielo interior metros
b.3_ p profundidad piso desde el plano de la ventana metros
22
b.4_ l ancho piso paralelo a la ventana metros
b.5_ hv altura ventana (hueco) metros
b.6_ ha altura desde el piso a parte inferior ventana (antepecho) metros
b.7_ hc altura parte superior ventana a cielo interior (dintel) metros
b.8_ Pp proporción superficie muro macizo y superficie ventanas %
b.9_ Av superficie ventana m2
b.10_ Uv ubicación ventana con respecto al muro más próximo -
b.11_ em espesor muro fachada cm
b.12_ τv transmitancia vidrio -
b.13_ fs factor de suciedad -
b.14_ Al áreas totales interiores: cielo, suelo, muros y ventanas m2
b.15_ ρml reflectancia media del local -
b.16_ ρo reflectancia media obstrucciones -
b.17_ Al área total del suelo del local m2
Figura 7: Envolventes geométricas urbanas. Fuente: elaboración propia.
B- Indicadores ambientales incidentes en el entorno urbano
Para esta investigación no usaremos los datos climatológicos provenientes de algún modelo
de cielo elegido, quedará para un próximo paso. Igualmente definiremos sus factores.
c.1_ Φ latitud cartográfica emplazamiento grados
c.2_ Ln longitud cartográfica emplazamiento grados
c.3_ Al altitud emplazamiento metros
23
c.4_ - tipo de cielo; Luminancia variable (nublado, despejado) -
c.5_ n° estado atmosférico según periodo; año, mes, día, estación. n°
c.6_ GD,d,R radiación global, directa, difusa W/m2
c.7_ Eh iluminancia horizontal exterior lux
c.8_ Ei iluminancia horizontal interior lux
c.9_ Ea espesor atmosfera -
24
4_ Alcances y Limitaciones 1. El razonamiento será con los parámetros e indicadores más sencillos que sean pertinentes
que es lo que propone Heliodón, no con la situación completa y toda su variable (directa,
difusa y reflejada) que vuelve muy compleja la situación a esta escala. Eso significa que hay
que aceptar renunciar a trabajar con valores absolutos y limitarse a estudios comparativos.
Donde V (t) es la función de visibilidad (se ve o no el sol). Figura 11: Ecuación de radiosidad de Liu y Jordan. Fuente: Benoit Beckers.
Heliodón trabaja con modelos de cielo estático. Para cálculos energéticos se calcula la
contribución directa y la difusa para días soleados con la fórmula de Liu y Jordan que se
muestra en la Figura 11. Luego, ponderamos estos valores teóricos utilizando mediciones en
base a una situación urbana donde las superficies se suponen negras (no se considera la
reflexión).
En cuanto a iluminación no trabajaremos con valores absolutos ya que no tenemos datos
consolidados de luminancia de cielo en Barcelona, sino con una comparación de
situaciones ideales expresada en términos de porcentajes.
2. El estudio se concentrará en la irradiancia directa y en SVF como un factor meramente
cuantitativo sin tener en cuenta sus valores cualitativos o abordar las posibilidades
expresivas. Nos conformaremos con obtener niveles promedio de cada indicador, lo cual
supone hacer una abstracción del fenómeno físico y de su beneficiosa influencia psicológica y
estimulante, que la accesibilidad solar transformada en luz o energía tiene en el ser humano.
4.- Falta de estándares aceptados a nivel global que definan los umbrales óptimos de
accesibilidad solar según latitud.
5.- En vez de considerar valores relativos al balance anual de radiación solar, lo que nos
generaría resultados planos y poco verídicos respecto a la situación real en las distintas
estaciones, hemos decidido contrastar la condición promedio del solsticio de invierno versus
el solsticio de verano en el hemisferio norte y en segundo lugar, la condición promedio de los
meses invernales (21diciembre-21marzo) versus los veraniegos (21junio-21septiembre).
Itotal = I directo * V (t) + I difuso * SVF
25
6.- Hemos decidido fijar la superficie de trabajo horizontal a nivel del suelo (+-0m.) y verticales
sobre el plomo exterior de la superficie.
8- No se estudiarán casos de accesibilidad cenital, solamente sistemas de accesibilidad
lateral o ventanas.
26
6_ Metodología: modelo accesibilidad solar
Figura 12: Esquema metodología. Fuente: Elaboración propia.
Proponemos un estudio de sensibilidad (ver Figura 12) basado en la accesibilidad solar para
estudiar grados de compacidad “perceptible”. Un estudio de sensibilidad consiste en modificar
uno por uno los parámetros de una situación para deducir la importancia de cada uno. En
este caso los parámetros de una situación urbana son geométricos y que al modificarlos
cambian las percepciones ambientales del espacio en el que habitamos.
En esta primera parte de la investigación de requiere, y se construye, un modelo
digital 3D del edificio y su entorno lo suficiente regular para empezar el análisis
Diagrama modelo de accesibilidad solar
Simulación HELIODON
Modelo edificado Modelo de cielo
-Geometría entorno urbano y bloque -Geometría vivienda e interiores -Latitud y periodo de cálculo -Rasante
-Fecha y hora -Latitud geográfica -Datos de irradiancia global G -Distribución luminosa del cielo -Tipo de cielo
Comparativos según criterios e indicadores
Parámetros dinámicos: 1_Cambio de alturas edificadas 2_Cambio de orientación
SVF(%) Horas de asoleo (h)
Irradiancia directa (KWh/m2)
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
x > Compacidad > y
Umbral según criterios e indicadores
27
según ciertos parámetros e indicadores sintéticos que describiremos mas adelante.
Este modelo debe ser lo mas fiel a las geometrías edificadas en todas sus escalas
del contexto urbano real. En este caso fue de elaboración propia a partir de
información rescatada de diferentes planos (ver Figura 13). Por otro lado, un análisis
de tipo urbano no requiere un excesivo nivel de precisión en la representación de la
realidad, por lo tanto la simplificación de los sólidos determina un margen de error
mínimo y de poca relevancia respecto al cálculo de la radiación incidente.
Figura 13: Sección tipología dos niveles y siete niveles y altura solar por horas-día. Fuente: CAD.
La metodología continúa (ver figura 12) definiendo dos parámetros geométricos, sencillos de
manipular y sensibles a la penetración del sol, los cuales son:
Altura edificada
Cambio de orientaciones
La comparación geométrica para el parámetro de cambio de altura será la modificación en el
tiempo de la primera estructura espacial del barrio conformada por bloques de dos niveles de
1753 y una última situación de siete niveles constituida en 1936.
28
La segunda comparación definida con el cambio de orientaciones trabajara con la real de 16°
Norte (eje de las vías y fachadas longitudinales) y luego con 0°N, 45°N, y 90°N. Esta estará
acotada a una misma tipología de siete niveles y a un mismo ancho de calles.
Se intentarán comprender estos parámetros incidentes de la accesibilidad solar a partir de 3
indicadores sintéticos y como estos se pueden volver en indicadores de “compacidad
ambiental” (parámetro cuantitativo). Los indicadores son:
SVF o factor de vista (%)
Horas de asoleo (h)
Irradiancia directa (KWh/m2)
1_Factores de vista (SVF) promedios y máximos en el conjunto de ventanas y pisos
interiores según diferencia de alturas y ubicación en el bloque.
Figura 14: Esquema Factor de vista. Fuente: CAD.
El factor de vista del cielo, (ver Figura 14) que está referenciado SVF en inglés, se expresa
también en %. Expresa lo que radia de una superficie a otra, siendo en este caso el cielo que
irradia hacia otra superficie. Es el factor de cielo ponderado por el ángulo sólido. Trabaja con
luz difusa. Ocuparemos el software Heliodón V2 para obtener los factores de vista en todas
las superficies, tanto exteriores como interiores.
El factor de cielo se define como la proporción del hemisferio local que representa la bóveda
celeste vista por el observador, no ocultada por un elemento del modelo. En un terreno
despejado y con ausencia de mascaras vale 100% y para una superficie vertical sin edificios
en frente vale 50%. Es un factor geométrico y no depende de la orientación y latitud.
29
Cuando se introduce a un receptor plano, podemos tener en cuenta la incidencia de los rayos
sobre este receptor; obtenemos entonces el factor de vista del cielo. Si el receptor es
horizontal, esta cantidad varía de cero (cielo totalmente escondido) a la unidad (cielo
totalmente visible). Cuando el receptor es vertical, el valor máximo del factor de vista del
cielo es igual a medio o 50%.
2_Horas de asoleamiento (h) en el conjunto de ventanas y pisos interiores según altura y
ubicación del piso. Si depende de la orientación y latitud.
Figura 15: Esquema asoleo en interiores de viviendas según día y hora. Fuente: CAD.
3_Irradiancia directa (Kwh/m2) en las superficies de análisis según altura, orientación y
sobre el espacio público. Depende del espesor de atmosfera atravesada además de la
orientación y latitud.
Figura 16: Esquema accesibilidad solar espacio publico a diferentes alturas. Fuente: CAD
30
Estos tres indicadores ambientales son perceptibles por el habitante en el espacio o entorno
en que habita y a través de su comparación nos entregarán resultados, a partir de ciertos
criterios o umbrales de habitabilidad tanto interior como exterior. La escala de trabajo será
principalmente la escala del bloque urbano y la vivienda:
Para la investigación se utilizó el programa informático Heliodón V2. Dicho programa permite
el estudio del asoleo en un modelo digital, ofreciéndonos el análisis de la configuración
volumétrica y geométrica de la arquitectura en relación con el Sol, para una latitud
determinada.
Las mediciones del Heliodón serán realizadas sobre las superficies horizontales a nivel de
suelo, lo cual nos acerca a una aproximación más cercana, por ejemplo, a la iluminación
general que a la requerida para tareas especificas. Sobre las superficies verticales los
cálculos corresponden a la superficie exterior del elemento.
La accesibilidad solar directa como criterio de Heliodón se realiza desde la generación de
mascaras solares a partir de un grafico de proyección estereográfico de la trayectoria solar.
Figura 17: Estereográfica y equivalente a nivel de suelo en el centro de una calle con siete niveles de altura edificados. Fuente: Heliodón. La proyección estereográfica (ver Figura 17) es una proyección central que tiene la
particularidad de conservar los ángulos. Así, los meridianos quedan perpendiculares a los
paralelos. La proyección equivalente tiene la propiedad de conservar las superficies. Será útil
para él cálculo del factor de cielo.
31
6_ El caso de estudio: el barrio de la Barceloneta. 6.1_ El barrio de la Barceloneta
El barrio de la Barceloneta es uno de los ejemplos más valiosos del urbanismo de la
Ilustración europea. Creado de nueva planta en 1753 por Juan Martín Cermeño y otros
ingenieros militares formados en la Academia de Matemáticas de Barcelona, el nuevo barrio
se diseñó con un entramado ortogonal de calles que formaban unas manzanas con solares
edificables del mismo tamaño. La primitiva urbanización de la Barceloneta durante la segunda
mitad del siglo XVIII y primera mitad del XIX se realizó mediante la construcción de unas
casas tipo de planta y piso diseñadas por los ingenieros militares, caracterizadas por su
frontón triangular y las volutas de las claves de las puertas y ventanas.
Con los progresivos permisos para aumentar el volumen edificado que se produjeron a lo
largo de los siglos XIX y XX, las primitivas casas que definían la urbanización de la
Barceloneta fueron desapareciendo bajo las remontas de las nuevas construcciones. Sólo
algunas, muy pocas, las casas originales sobrevivieron casi intactas hasta finales del siglo
XX. Desvanecido el modelo urbano que dio origen a la Barceloneta, estos ejemplos son, sin
lugar a dudas, el mejor patrimonio histórico-arquitectónico que atesora el barrio.
El barrio de la Barceloneta se ha caracterizado, como conjunto urbano, por una marcada
continuidad en la edificación y su uniformidad en el plano. La planta del barrio prácticamente
invariable desde su creación, es un ejemplo de plano ortogonal con manzanas rectangulares
y calle largas y estrechas. No obstante, a pesar de su gran uniformidad en su plano se
distinguen diferentes geometrías y proporciones espaciales a partir de la modificación
constante de sus alturas edificadas. Se tratará, a continuación, de exponer de manera
cronológica las etapas de la formación del barrio hasta su estado actual:
1474. Primera piedra del Port Vell. Se comienza a ganarle territorio al mar gracias a la
contención del primer espigón.
1715. Inicio del proyecto de construcción de la Barceloneta impulsado por el capitán general
Marques de Castel Rodrigo con el fin de paliar los destrozos causados en el barrio de la
Ribera y dar nuevas viviendas a sus habitantes.
1735. Se conforman diferentes núcleos urbanizados construidos por barracas.
1742. Creación de la junta de obreros del puerto.
1743. Comienzo de las obras para prolongar el espigón.
32
Figura 18: Dibujo de los terrenos que se empiezan a consolidar fuera de las murallas de la ciudad amurallada de Barcelona. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007. 1749. Primer proyecto que contempla 15 calles y dos plazas realizado por Juan Martín
Cermeño.
1753. Proceso de reparcelación. Característica de las parcelas: 8,40x8,40 metros.
Primera piedra del barrio. Comienza a aparecer barracas en la playa.
1759. 329 casa construidas y 1570 habitantes.
1787. El barrio continúa creciendo y ya cuenta con una cuarta fila de casas. 2392 habitantes (ver figura 19).
Figura 19: Planta año 1775. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G., EPSEB, 2007.
1822. 4118 habitantes
1837. Se otorga el permiso de construir un segundo piso.
1853. Los temporales que afectan a la costa arrastran las casas de la playa.
1858. Barcelona derriba parte de su muro y se une con sus pueblos periféricos a traves
del proyecto del Ensanche de Cerdá.
1862. Se comienzan a construir terceros pisos con permisos según calidad de la
estructura.
1865. El barrio sufre una epidemia de cólera.
33
1869. Derribo del fuerte de la Ciudadela.
1872. Se da el permiso de construir un cuarto piso.
1879. La Barceloneta está formada por cinco barrios: Varadero, Concordia, Orientales, San
Miguel y Gasómetro.
1885. Proyecto de alineación y rasantes para la zona colindante al Paseo Nacional.
1886. Aprobado el proyecto de unión de la Barceloneta con Barcelona llamado el pequeño
Ensanche.
1893. Se inician obras para ampliar el molo construido paralelo al Paseo Nacional.
1900. Se multiplica en cinco la población. 20538 habitantes.
1927. Se autoriza la construcción de los patios que existen delante de la primera línea de
casas que servirán como talleres para las industrias del mar.
1930. Construcción del hospital de los Infecciosos y de la Escuela Náutica.
1936. Se constituyen algunas edificaciones en siete niveles.
1940. Proyecto para transformar la calle Almirante Cervera en una amplia avenida con
pórticos.
1950. Comienza a aparecer el fenómeno de hacinamiento a gran velocidad.
1957. Proyecto para urbanizar el paseo Marítimo de 926 metros de largo, obra de A.
González Isla y E. Giralt Ortet.
1964. Prolongación del Paseo Marítimo en 386 metros.
1966. Plaza de la Ribera.
1985. Aprobación del PERI de la Barceloneta, que tiene como objetivo la remodelación
y recuperación de los límites y bordes de barrio y la rehabilitación residencial.
1987. Aplicación de la Ley de Costas va a permitir la recuperación del frente de mar y de las
playas como un nuevo espacio público.
2003. La Barceloneta cumple 250 años de historia desde que fue puesta la primera piedra en
territorios ganados al mar fuera de las murallas de Barcelona.
2007. Regulación de la edificación tradicional del barrio para la mejora de la
accesibilidad vertical.
34
6.2_ Situación fundacional: Creación de la Barceloneta El proyecto se le atribuye al Comandante General del Cuerpo de Ingenieros Don Juan Martín
Cermeño del año 1753. El nuevo barrio estaba situado fuera del recinto amurallado de la
ciudad, en el arenal comprendido entre el Puerto, la puerta del Mar, la Ciudadela y el Rec
Condal, sobre un terreno que no existía un siglo y medio antes. Debido a la sedimentación de
arenas arrastradas por corrientes marinas y contenidas por el espigón del muelle se fue
formando una lengua de tierra alrededor del islote de Mayans (ver figura 20).
Figura 20: A finales del siglo XVI Barcelona no tenía puerto protegido. Imagen muestra futura ubicación del barrio. Fuente: “Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009. El primer documento grafico que se posee del barrio aparece en un plano de 1872 (ver figura
21). En el se observa el trazado de tipo ortogonal con calles cruzadas en ángulo recto y
caracterizado por la repetición de un mismo elemento: “la manzana larga y estrecha en la
proporción de 1 a 10, paralela al puerto.”8 El barrio debía constituir un cuadrado perfecto
constando de 15 calles y otras 3 transversales a el.
.
8 Tatjer Mir, Mercedes. 1973. “La Barceloneta del siglo XVIII al plan de la ribera”.Barcelona. Edit. Frontera.
35
Figura 21: Planta año 1872. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007
La uniformidad de los planos se repetía en la uniformidad de los solares y de las casas. Las
manzanas se dividían en parcelas cuadradas de 8,40metros aprox. En cada una de las
cuales se debía edificar una casa unifamiliar compuesta de planta y un solo piso con una
altura total de la misma medida que la anchura de las calles (8 varas). No disponían de patio
interior ya que se abrían a dos calles. El aspecto exterior era igual para todas: cada una tenía
tres aberturas, en la planta una puerta y dos ventanas, el balcón central y una ventana a cada
lado en el primer piso. Se remataba con frontón y cornisa (ver Figura 22)
Figura 22: Alzado vivienda fundacional. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007
El 3 de Febrero de 1753 se puso la primera piedra y tres años después estaban construidas
ocho calles y la Iglesia. El nuevo barrio siguió creciendo muy rápido y ya en 1782 contaba
con una cuarta fila de casas. Para finales del siglo XVIII el barrio poseía una verdadera
36
personalidad con unas características urbanas que contrastaban con el resto de la ciudad. Su
población era esencialmente personas relacionadas con las actividades del mar.
Figura 23: Imágenes del barrio y tipología edificada en sus inicios. Fuente: “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y su entorno”, Cristina Mariages G.,EPSEB, 2007
Durante el siglo XIX y XX, a partir del impacto de la industrialización de Barcelona, el barrio
sufrió amplias repercusiones en su morfología tanto con expansiones horizontales como
verticales, debida sucesivos oleajes de inmigrantes que veían en Barcelona un lugar de
nuevas oportunidades. El barrio tenía una serie de ventajas para la instalación de industrias y
para residencias obreras frente a la Barcelona amurallada, cada vez mas densa y sin espacio
para crecer, como la proximidad al ferrocarril y al puerto, lugar de entrada de materias primas
y fuentes de energía y también su proximidad con la ciudad.
Paralelamente a esta expansión horizontal y vertical el barrio continuo densificándose por
división de los solares y de las viviendas de tal modo que ya en 1859, según datos recogidos
por Cerdá, los solares de la Barceloneta eran de tres tipos. “El primer tipo correspondía a uno
de 8,40x8,40 metros de la misma forma de la parcela del siglo XVIII; el segundo tipo era de
4,20x8,40 metros que corresponde al actual “quart de casa”: el tercer tipo de
4,20x4,20metros.”9 ( ver Figura 24).
9 Cerdá, I. “Resumen general del caserío de las manzanas e intervias de la urbe matriz y suburbios en 1859”, 1859.
37
Figura 24: División de las viviendas del barrio. Fuente:“Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009.
Crecimiento en altura (ver Figura 25), expansión horizontal y divisiones interiores de los
edificios y viviendas posibilitaron el aumento de la población del barrio a lo largo de los siglos.
Los propietarios podían construir sobre sus viviendas con relativa facilidad y bajo coste. En
ellos se instalaba la población obrera en condiciones precarias de habitabilidad. La
característica de esta vivienda era la reducida dimensión y la nula accesibilidad solar entrante
desde la calle hacia los espacios interiores, además de la falta casi total de servicios
higiénicos como el agua y baños. De este modo el barrio alcanzaba una densidad
considerable de 705 hab./há muy próxima a la del recinto amurallado de 860 hab./há, cuya
situación era considerada insostenible.
Figura 25: Crecimiento en altura edificada en los siglos. Fuente:“Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB, 2009.
1936-2010 1753-1830 1830-1870 1870-1872 1872-1936
38
En definitiva la especulación de los propietarios y su afán por obtener los máximos
rendimientos del mínimo espacio ante una fuerte demanda de viviendas contribuyeron junto
con las instalaciones industriales a deteriorar las condiciones de habitabilidad de la
Barceloneta ya transformarlo en un barrio obrero además de marítimo. Estas misma premisas
sentaron la base de su rápida y mas intensa aun densificación que se produjo en las primeras
décadas del siglo XX.
6.3_ Situación urbana de 1936: Un barrio deteriorado. “Todo paisaje o morfología urbana es, sustanciablemente reflejo de una determinada
estructura social; las transformaciones de esta dejan una profunda huella en el espacio
urbano”.10
La exposición Universal de 1888 fue el exponente de transformación de la ciudad. En una
ciudad que se iba extendiendo por el plano marginado del sector costero. El sector
comprendido entre el Besos y la Barceloneta se convirtió en un área industrial totalmente
confusa, donde aún se entremezclan solares con baldío social, viviendas con almacenes e
industrias que contaminaban la playa. La Barceloneta quedó de esta forma marginada por la
vía férrea y por este sector de industrias llamado Pueblo Nuevo.
Desde el 1900 hasta la guerra civil lo que verdaderamente marca la morfología del barrio es
la densificación que experimenta. En 1930, según datos municipales, ya aparecen edificios
de siete plantas o mas, fenómeno que no se produce en 1905. La mayor parte de estos
edificios se ubican en las zonas del Gasómetro y San Miguel.
Por otra parte el numero de viviendas aumenta notablemente pasando de 5669 unidades en
1905 a 7441 en 1930. Este aumento unido al crecimiento en altura se debe al aumento de
hacinamiento interior de la vivienda por la subdivisiones o particiones interiores enunciadas
anteriormente. En esta fecha el barrio alcanza una población de 31590 habitantes.
La guerra Civil (1936-1939) el periodo siguiente supuso para la Barceloneta una serie de
cambios fundamentales en relación a la instalación de grandes barracas, calles con viviendas
destruidas, hacinamiento y falta de servicios de todo tipo. No existió un aumento en la altura
10 Tatjer Mir, Mercedes. 1973. “La Barceloneta del siglo XVIII al plan de la ribera”.Barcelona. Edit. Frontera.
39
edificada pero si un aumento en su población. Todos estos fenómenos persistirán hasta la
década de los sesenta donde su densidad media es de 1423 hab./há. (ver tabla 1).
Tabla 1: Densidad del barrio durante los siglos. Fuente: Agencia de Ecología urbana de Barcelona
Es a raíz de esta situación que nacen una serie de proyectos de reforma y remodelación
interna que pueden considerarse como un intento de renovación urbana. Todos ellos
apuntaban a aumentar el bienestar de las familias residentes, eliminar situaciones de
degradación, estabilizar el valor de las propiedades y transformar las viejas áreas en zonas
que permitan una edificación beneficiosa, tanto residencial como industrial. El proyecto mas
significativo es el llamado Plan de la Ribera, cuya finalidad fue la remodelación de un sector,
antiguamente industrial, en una zona de viviendas y comercio y devolverle a la ciudad la
fachada marítima perdida. En este proyecto estuvo Antonio Bonet. Otro del los proyectos
significantes en la morfología es el llamado PERI(Plan Especial de Reforma Interior de la
Barceloneta), a probado en 1985, ha contribuido a la salvaguarda de este patrimonio histórico
al proponer la conservación de los ejemplos prototípicos de las casas originales del barrio.
Como hemos visto, la situación geométrica y macro-espacial del barrio no se ha modificado
mucho desde los años sesenta. El actual barrio de la Barceloneta (ver Figura 26) es muy
similar al barrio de los sesenta, salvo algunos proyectos residenciales cercanos a la zona del
antiguo gasómetro.
sup.habil hab/km2 hab/há.km2 superficie. habil superficie. habil
1759 0,1 1.570 15.700 157 3291787 0,1 2.392 23.920 239 …1822 0,1 4.118 41.180 412 …1888 0,25 17.053 68.212 682 …1900 0,25 20.538 82.152 822 56701930 0,25 31.590 126.360 1.264 74461960 0,25 35.373 141.492 1.415 …1970 0,25 26.969 107.876 1.079 …2001 0,25 22.428 89.712 897 …2007 0,25 18.342 73.368 734 …
La B
arce
lone
ta, B
arce
lona
Cdt
e. J
uan
Cer
meñ
o
viviendasCiudad/Proyecto Autor año población
40
Figura 26: Planta actual barrio la Barceloneta. Fuente: “Mejora accesibilidad vertical de la habitación tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina,Tesis PFC, EPSEB, 2009. 6.4_ El bloque urbano de viviendas:
Para poder analizar el barrio se tomará una muestra representativa de un bloque de viviendas
tipo (ver Figura x), el cual nos dará respuestas características y trasladables al barrio
completo. Este bloque se ubica entre las calle del Judici por el Sur y Almirall Aixada por el
Sur y entre la calle Sant Miquel por el Este y Sant Elm por el oeste (ver figura 27).
Figura 27: Bloque de vivienda representativo dentro del entorno urbano. Fuente: elab. Propia.
41
El bloque de viviendas elegido fue diseñado y construido a inicios de 1753. Tuvo una altura
de dos pisos teniendo un creciente aumento en sus niveles hasta el año 1936 donde se fijó
en siete niveles al igual que su entorno urbano inmediato (ver Figura 28).
Figura 28: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. propia. CAD. El bloque de viviendas es una simplificación homogénea y regular del real, conservando las
medidas originales tanto en sus medidas generales como en la medida de sus vanos., pero
limpiando de sus fachadas los adornos característicos del edificio como balcones, sobre
relieves y rejas, que sin duda influyen, en algún porcentaje, en los resultados finales.
Aw=AREA ACRISTALADA=12,3m2 Af= AREA TOTAL PISO=63,3m2
Aw/Af= 20%
42
7_ Análisis y resultados del caso Este análisis intentará construir la problemática total de la situación urbana a partir de la
metodología planteada.
A través del método de sensibilidad (anteriormente descrito en la metodología), donde se
modifica un parámetro de una situación para comprender la importancia de este sobre los
demás factores incidentes, se comenzará por el parámetro de cambio de altura (ver figura
29) y sus respectivas repercusiones en el conjunto de ventanas, pisos interiores; fachadas y
espacio público. Los indicadores sintéticos ambientales de comparación para las dos
geometrías o tipológicas (ver figura 30) en cuestión son:
SVF o factor de vista (%)
Horas de asoleo (h)
Irradiancia directa (KWh/m2)
Luego continuaremos con el segundo parámetro que es el cambio de orientación, utilizando
solo la tipología de siete niveles. El indicador sintético ambiental de comparación para las
diferentes orientaciones será:
Irradiancia directa (KWh/m2)
43
7.1_ Cambio de altura como parámetro: Caso arquitectónico:
Figura 29: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. Propia.
Figura 30: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. Propia.
7 plantas 2 plantas
1800 2010
44
Figura 31: Bloque viviendas tipología 2 y 7 niveles. Fuente: elab. propia. CAD 7.1.1_ Indicador 1: SVF promedio conjunto de ventanas y pisos interiores. SVF Conjunto de ventanas:
Figura 32: SVF conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. Propia. Heliodón.
7 plantas
2 plantas
45
Tabla 2: SVF conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. Propia.
Objetivo Indicador 1: Encontrar el equilibrio entre iluminación natural y un buen rendimiento
térmico al mismo tiempo a partir del indicador factor de vista o SVF que es la porción de cielo
visible ponderado por el ángulo de incidencia solar: Umbral 2% poco acceso-5% gran acceso
y perdida térmica.
Figura 33: SVF promedio conjunto ventanas tipología dos pisos. Fuente: elab. Propia. GRÁFICO 2 PISOS -Homogeneidad horizontal por planta según orientación -Variabilidad vertical del 50%. -Invierno, accesibilidad alta>15% -Verano, sobrecalentamiento y deslumbramiento.
7 plantas
2 plantas
SVF/ventanas Prom.SVF S (%) Max SVF S (%) Prom SVF N (%) Max SVF N (%) Prom SVF C (%) Max SVF C (%)
37,5
3,6
6,5
14,2
28,2 37,128,4 37,7PISO 7 28,2
15,8 21,5
8,3 12,3
PISO 6 16,5 22,2 16,9 23,5
10,2 14,8PISO 5 9,8
4,5 7,1
2,6 4,5
PISO 4 6,3 9,2 6,6 9,7
4,5 7,0PISO 3 4,2
1,6 3,0
1,2 2,1
PISO 2 2,9 4,7 3,1 5,0
2,5 3,9PISO 1 2,4
SVF/ventanas Prom.SVF S (%) Max SVF S (%) Prom SVF N (%) Max SVF N (%) Prom SVF C (%) Max SVF C (%)
26,6 34,9
PISO 1 16,0 21,4 16,5 22,1 15,1 20,7
PISO 2 26,8 35,4 27,1 35,9
Promedio Factor de vista (SVF) conjunto ventanas (%): 2 pisos
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
PISO 1 PISO 2
SV
F %
Prom.SVF S (%) Prom SVF C (%) Prom SVF N (%)
46
Figura 34: SVF promedio conjunto ventanas tipología siete pisos. Fuente: elab. Propia. GRÁFICO 7 PISOS -Fluctuación horizontal de 50% . -Variabilidad vertical sobre el 1000% en N-S y sobre 2000% en la columna central- -Invierno, baja accesibilidad, <5% para pisos bajos -Verano, elevada accesibilidad para pisos altos. SVF Conjunto de pisos interiores:
Figura 35: SVF conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. Propia. Heliodón
7 plantas
2 plantas
Promedio Factor de vista (SVF) conjunto ventanas (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
PISO 1 PISO 2 PISO 3 PISO 4 PISO 5 PISO 6 PISO 7
SV
F %
Prom.SVF S (%) Prom SVF C (%) Prom SVF N (%)
47
Tabla 3: SVF conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. Propia
PISOS 7 PLANTAS Area (m²) Promedio SVF (%) Max SVF (%) %piso1 sur 63,8 1,2 19,3piso2 sur 63,8 1,2 21,5piso3 sur 63,8 1,6 24,7piso4 sur 63,8 2,2 28,4piso5 sur 63,8 3,2 34piso6 sur 63,8 5,1 40,6piso7 sur 63,8 7,7 47,8
piso1 centro 63,5 0,5 16,4piso2 centro 63,5 0,5 19,7piso3 centro 63,5 0,7 22,8piso4 centro 63,5 1,1 26,6piso5 centro 63,5 1,9 32,2piso6 centro 63,5 3,2 39,3piso7 centro 63,5 5,1 46,7
piso1 norte 63,8 1,2 19,6piso2 norte 63,8 1,2 21,8piso3 norte 63,8 1,6 24,6piso4 norte 63,8 2,2 28,5piso5 norte 63,8 3,3 33,8piso6 norte 63,8 5,1 40,5piso7 norte 63,8 7,7 47,8
PISOS 2 PLANTAS Area (m²) Promedio SVF (%) Max SVF (%) %piso1 sur 63,8 4,7 27,7piso2 sur 63,8 6 33,8piso1 centro 63,8 3,5 37,3piso2 centro 63,8 4,7 45,9piso1 norte 63,8 4,7 27,7piso2 norte 63,8 6 33,8
34,3
27,7
641,7
1.020,0
641,7
27,7
48
Figura 36: SVF promedio conjunto pisos interiores tipología dos pisos. Fuente: elab. Propia GRÁFICO 2 PISOS -Fluctuación horizontal 30% -Variabilidad vertical 30% -Invierno, Accesibilidad media. Entre un 3 y un 6% -Verano, leve sobrecalentamiento 2 piso Sur.
Figura 37: SVF promedio conjunto pisos interiores tipología siete pisos. Fuente: elab. Propia GRÁFICO 7 PISOS -Fluctuación horizontal >50%. El mas perjudicado es C. -Variabilidad vertical >1000% en C y >700% en N-S. -Invierno, baja accesibilidad, < 2% para los 1-2-3 de N-S y para 1-2-3-4-5 de C -Verano, elevada accesibilidad para el 7 piso Sur.
Promedio SVF pisos interiores (%) 2 PISOS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
SUR (piso1-2) CENTRO (piso1-2) NORTE (piso1-2)
SV
F %
Promedio SVF pisos interiores (%) 7 PISOS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
SUR (piso1-7) CENTRO (piso1-7) NORTE (piso1-7)
SV
F %
49
Comparaciones resultados Indicador 1:
Tabla 4: Comparativo del 1°y el 2° piso entre ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de veces de una sobre la otra según parámetros. Fuente: elab. propia 1_ Podemos deducir que en el indicador de SVF promedio en ventanas la variabilidad es mayor al de los pisos interiores al comparar los dos primeros pisos de ambas tipologías.
Tabla 5: Comparativo de variabilidad entre el 1° y el último piso por tipologías y parámetros. Fuente: elab. propia. 1_ Podemos deducir que en el parámetro de SVF promedio en ventanas, de la columna de viviendas orientadas al sur, el segundo piso tiene 1,7 veces mas de accesibilidad solar en la tipología de 2 pisos y en la tipología de 7 pisos su último piso recibe 12 veces mas que el primero. 2_ Podemos deducir que en el parámetro de SVF promedio en ventanas, de la columna de viviendas orientadas al oriente-poniente, el segundo piso tiene 1,8 veces mas de accesibilidad solar en la tipología de 2 pisos y en la tipología de 7 pisos su último piso recibe 24 veces mas que su primer piso.
Mínimo (%) Máximo (%) variabilidad Mínimo (%) Máximo (%) variabilidad2 PISOS(1°-2°) 16 27,1 1,7 4,7 6 1,37 PISOS (1°-7°) 2,4 28,4 11,8 1 8,3 8,3
2 PISOS(1°-2°) 15,1 26,6 1,8 3,5 4,7 1,37 PISOS (1°-7°) 1,2 28,2 23,5 0,3 5,4 18,0
Máximo (%) Máximo (%) variabilidad Máximo (%) Máximo (%) variabilidad2 PISOS(1°-2°) 21,4 35,9 1,7 27,7 33,8 1,27 PISOS (1°-7°) 3,6 37,7 10,5 14,8 40,8 2,8
2 PISOS(1°-2°) 20,7 34,9 1,7 37,3 45,9 1,27 PISOS (1°-7°) 2,1 37,1 17,7 10,7 38,3 3,6
VENTANAS
VENTANAS
SVF PROMEDIOS(entre el 1° y último piso)PISOS INT.
columna SUR y NORTE
columna CENTRO
SVF MÁXIMOS(entre el 1° y último piso)PISOS INT.
columna SUR y NORTE
columna CENTROSVF max
SVF promedio
2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidadpiso 1 16 2,4 6,7 21,4 3,6 5,9 4,7 1,2 3,9 27,7 19,3 1,4piso 2 27,1 2,9 9,3 35,9 5 7,2 6 1,2 5,0 33,8 21,8 1,6
2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidad 2 plantas 7 plantas variabilidadpiso 1 15,1 1,2 12,6 20,7 2,1 9,9 3,5 0,5 7,0 37,3 16,4 2,3piso 2 26,6 1,6 16,6 34,9 3 11,6 4,7 0,5 9,4 45,9 19,7 2,3
VENTANAS PISOS INTERIORES
SVF PROMEDIOS SVF MÁXIMOSVENTANAS
SVF PROMEDIOS
COLUMNA VIVIENDAS SUR (%)PISOS INTERIORES
COLUMNA VIVIENDAS CENTRO(%)
SVF MÁXIMOS
SVF PROMEDIOS SVF MÁXIMOS SVF PROMEDIOS SVF MÁXIMOS
50
3_En los pisos interiores el SVF promedio para la columna de viviendas orientadas al sur aumentan en 1,3 veces y en 8 veces entre el 1° y el último piso para la tipología de 2 pisos y para la de siete pisos respectivamente y en la columna de viviendas al centro de la manzana aumenta 1,3 y 18 veces su accesibilidad solar entre el 1° y el último piso para la tipología de 2 pisos y para la de siete pisos respectivamente Optimización resultados Indicador 1:
Tabla 6: Distintos SVF según modificación del factor de área acristalada por superficie interior. Umbral del 2%. 1_ En este caso vemos como el umbral del 2% de SVF va bajando de la 5 planta a la segunda planta a medida que aumentamos el área acristalada. 2_ Podríamos decir que en la situación actual alrededor del 40% de los pisos del edificio no cumplen con el umbral recomendado de accesibilidad solar. Esto es sinónimo de compacidad. Conclusiones resultados Indicador 1: Grados de compacidad.
Tabla 7: Grados de compacidad en conjunto de ventanas por vivienda según % que estén bajo umbral del 2% o sobre umbral del 5% de SVF, en “pisos medios” de 2 frentes de 8,4x8,4metros y “pisos quarter” de 8,4x4,2metros de 1 frente. Este indicador permite discriminar en relación que “a una baja “compacidad” el SVF promedio en las superficies debiera aumentar (máximo 100% para superficies horizontales y 50% para verticales). Si tomamos el modelo de dos plantas como el ideal por
Indicador 1 SVF Ventanas Piso medio
Tipología Total pisos < 2% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 16 22,9
Indicador 1 SVF Ventanas Piso medio
Tipología Total pisos >5% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 20 100,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 32 45,7
Indicador 1 SVF Ventanas Piso quarter
Tipología Total pisos < 2% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 28 40,0
Indicador 1 SVF Ventanas Piso quarterTipología Total pisos >5% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
2 pisos 20 20 100,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 21 30,0
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
PISOS 7 PLANTAS Aw=10%Af Aw=20%Af Aw=30%Afpiso1 0,6 1,2 1,7piso2 0,7 1,2 1,9
piso3 0,8 1,6 2piso4 1,4 2,2 2,9piso5 1,6 3,2 4,2piso6 2,5 5,1 7
piso7 3,8 7,7 9,8
SVF para distintas areas de cristal por fachada
51
cumplir la proporción 1:1, diremos que el modelo de siete niveles tiene una “compacidad” dependiendo de la cantidad de viviendas que no cumplan el umbral sobre la cantidad de pisos totales. Notamos un aumento de compacidad al analizar la tipología de pisos quarter.
Tabla 8: Grados de compacidad en los pisos interiores por vivienda según % que estén bajo umbral del 2% o sobre umbral del 5% de SVF, en “pisos medios” de 2 frentes de 8,4x8,4metros y “pisos quarter” de 8,4x4,2metros de 1 frente
Indicador 1 SVF Pisos Piso medio
Tipología Total pisos < 2% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 46 65,7
Indicador 1 SVF Pisos Piso medio
Tipología Total pisos >5% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 2 10,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 12 17,1
Indicador 1 SVF Pisos Piso quarterTipología Total pisos < 2% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 58 82,9
Indicador 1 SVF Pisos Piso quarter
Tipología Total pisos >5% Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 0 0,0
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
52
7.1.2_ Indicador 2: Horas de asoleo promedio conjunto de ventanas y pisos interiores. Asoleo conjunto de ventanas:
Figura 38: Horas de asoleo conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. Heliodón.
7 plantas
2 plantas
53
Tabla 9: Horas de asoleo conjunto ventanas ambas tipologías. Fuente: elab. propia
2 plantas
asoleo2 pisos 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-DicAsoleo prom (h) Asoleo prom(h) Asoleo máx(h) Asoleo máx(h)
1,17
2,07
3,03
4,10
2,07
3,73
1,93
8,07
1,17
2,00
1,17
2,00
0,00
0,00
2,07
3,73
3,33
4,80
4,20
5,80
4,20
5,80
5,37
5,43
3,47
4,93
3,30
4,80
2,20
3,20
4,90
6,20
0,37
0,93
1,63
2,67
0,97
2,20
1,20
5,50
0,37
0,90
0,37
0,90
0,03
0,07
0,97
2,20
2,47
3,77
3,17
4,53
3,17
4,53
3,10
2,60
2,50
3,83
2,47
3,77
1,13
1,83
3,63
4,80
1 suroriente
2 suroriente
1 surponiente
2 surponiente
1 centroponiente
2 centroponiente
1 sur
2 sur
1 nororiente
2 nororiente
1 centrooriente
2 centrooriente
1 norte
2 norte
1 norponiente
2 norponiente
asoleo7 pisos 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicventanas Asoleo prom(h) Asoleo prom(h) Asoleo máx(h) Asoleo máx(h)
8,37 sur 3,4 5,8 5,1
0,9
6 sur 2,4 1,3 4,0 2,1
5 sur 1,8 0,6 3,3
0,2
4 sur 1,4 0,2 3,0 0,5
3 sur 1,3 0,1 2,9
0,2
2 sur 2,3 0,1 4,8 0,2
1 sur 1,2 0,1 2,4
1,2
7 centroriente 3,2 1,0 4,4 2,1
6 centroriente 3,4 0,4 4,6
0,4
5 centroriente 2,2 0,2 3,1 0,7
4 centroriente 1,4 0,0 2,3
0,1
3 centroriente 0,9 0,0 1,7 0,2
2 centroriente 0,5 0,0 1,2
0,0
1 centroriente 0,5 0,0 1,1 0,1
7 norte 1,9 0,0 3,3
0,0
6 norte 1,1 0,0 2,3 0,0
5 norte 0,7 0,0 1,6
1 norte 0,3 0,0 0,8 0,0
2 norte 0,3 0,0 0,8 0,0
3 norte 0,3 0,0 0,9 0,0
4 norte 0,5 0,0 1,2 0,0
7 plantas
54
Objetivo Indicador 2: Según el análisis del decreto de Eco-eficiencia Español referido a iluminación natural en interiores de viviendas se recomienda que se disponga de al menos una hora de sol directo (umbral) en la sala de estar en el solsticio de invierno.
Figura 39: Horas de asoleo promedio conjunto ventanas tipología dos pisos. Fuente: elab. Propia GRÁFICO 2 PISOS -Para la columna N y Centro no se cumple umbral -Variabilidad vertical de mas de 4 veces -Invierno, alrededor del 75% de las ventanas del edifico se asolean en promedio >1 hora -Verano, el 95% de las ventanas reciben mas de 3 horas de sol.
Figura 40: Horas de asoleo promedio conjunto ventanas tipología siete pisos. Fuente: elab. Propia GRÁFICO 7 PISOS -Solamente el 6 y 7 piso cumplen umbral -Fluctuación vertical muy grande. -Invierno, bajo el 3 piso no hay asoleamiento directo -Verano, en los pisos inferiores el asoleo es mínimo, solo a horas cercanas al mediodía, para los pisos superiores el asoleo es superior a las 3 horas promedio.
Asoleamiento promedio (h) ventanas 2 pisos: 21 Junio- 21 Diciembre
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
1 norte
2 norte
1 norponiente
2 norponiente
1 nororiente
2 nororiente
1 centrooriente
2 centrooriente
1 centroponiente
2 centroponiente
1 sur
2 sur
1 suroriente
2 suroriente
1 surponiente
2 surponiente
ho
ras
21 Dic 21 Jun
Asoleamiento promedio (h) ventanas 7 pisos: 21 Junio- 21 Diciembre
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
1 norte 2 norte 3 norte4 norte5 norte 6 norte7 norte
1 norponiente 2 norponiente 3 norponiente 4 norponiente 5 norponiente 6 norponiente 7 norponiente
1 nororiente 2 nororiente 3 nororiente 4 nororiente 5 nororiente 6 nororiente 7 nororiente
1 centroriente 2 centroriente 3 centroriente 4 centroriente 5 centroriente 6 centroriente 7 centroriente
1 centroponiente 2 centroponiente 3 centroponiente 4 centroponiente 5 centroponiente 6 centroponiente 7 centroponiente
1 sur 2 sur3 sur 4 sur 5 sur6 sur 7 sur
1 suroriente 2 suroriente 3 suroriente 4 suroriente 5 suroriente 6 suroriente 7 suroriente
1 surponiente 2 surponiente 3 surponiente 4 surponiente 5 surponiente 6 surponiente 7 surponiente
ho
ras
21 Jun 21 Dic
55
Asoleo conjunto de pisos interiores:
Figura 41: Horas de asoleo conjunto pisos interiores ambas tipologías. Fuente: elab. propia.
2 plantas
7 plantas
56
Tabla 10: Horas de asoleo conjunto pisos int. ambas tipologías. Fuente: elab. propia
2 plantas
Asoleo / 2 pisos Area (m²) 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso1 sur 63,8 0,6 0,3 5,6 1,4piso2 sur 63,8 1 1,3 5,6 3,9
piso1 centro 63,5 0,6 0,1 4 2piso2 centro 63,5 1 0,3 5,8 2,8
piso1 norte 63,8 0,6 0,1 4,3 1,3piso2 norte 63,8 1,1 0,3 6,4 2,6
Prom.Asoleo(h) Asoleo Max (h)
Asoleo / 7 pisos Area (m²) 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso1 sur 63,8 0,2 0,1 5,3 1,1piso2 sur 63,8 0,3 0,1 6,6 1,1piso3 sur 63,8 0,3 0,1 8,4 1,2piso4 sur 63,8 0,3 0,1 8,4 1,5piso5 sur 63,8 0,4 0,2 8,4 2piso6 sur 63,8 0,7 0,5 8,5 2,7piso7 sur 63,8 1,3 1,5 8,8 4,7
piso1 centro 63,5 0 0 1,4 0,7piso2 centro 63,5 0 0 1,7 0,8piso3 centro 63,5 0,1 0 2 0,9piso4 centro 63,5 0,1 0 2,5 1,2piso5 centro 63,5 0,2 0 3,3 1,6piso6 centro 63,5 0,5 0,1 4,3 2,2piso7 centro 63,5 1,1 0,4 6,3 3,5
piso1 norte 63,8 0,2 0 3 0,7piso2 norte 63,8 0,1 0 3 0,8piso3 norte 63,8 0,2 0 3,2 0,9piso4 norte 63,8 0,2 0 3,4 1,2piso5 norte 63,8 0,3 0 3,8 1,6piso6 norte 63,8 0,7 0,1 5,1 2,2piso7 norte 63,8 1,3 0,4 7,1 3,5
Prom.Asoleo(h) Asoleo Max (h)7 plantas
57
Figura 42: Horas de asoleo promedio conjunto pisos int. Tipología dos pisos. Fuente: elab. propia. GRÁFICO 2 PISOS -columnas N y Centro no cumplen umbral. -Variabilidad vertical de mas de 4 veces -Se mantiene variabilidad invierno-verano constante
Figura 43: Horas de asoleo promedio conjunto pisos int. Tipología siete pisos. Fuente: elab. propia GRÁFICO 7 PISOS -El piso siete cumple -Fluctuación vertical muy grande. -Invierno, gran salto del 5° piso hacia abajo -Verano, reduce variabilidad, la mayoría de pisos reciben algo
Asoleamiento promedio piso interior (h): 2 pisos
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
piso1 sur piso2 sur piso1 centro piso2 centro piso1 norte piso2 norte
ho
ras
21-Jun 21-Dic
Asoleamiento promedio piso interior (h): 7 pisos
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
piso1sur
piso2sur
piso3sur
piso4sur
piso5sur
piso6sur
piso7sur
piso1centro
piso2centro
piso3centro
piso4centro
piso5centro
piso6centro
piso7centro
piso1norte
piso2norte
piso3norte
piso4norte
piso5norte
piso6norte
piso7norte
ho
ras
21-Jun 21-Dic
58
Comparaciones resultados Indicador 2:
Tabla 11: Comparativo del 1°y el 2° piso entre ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de cantidad de asoleo de una sobre la otra. Fuente: elab. propia. 1_ Para el mes de diciembre en la columna sur existe una disminución de 12 y 55 veces y para los pisos interiores de 3 y 13 veces lo que nos hace concluir que el espesor del muro apantalla la accesibilidad de luz directa en esa diferencia 2_ En Junio, el mes que necesitamos menos accesibilidad por la alta temperatura exterior de Barcelona, la tipología de 2 plantas recibe en su interior entre 2 y 3 veces mas que los mismos interiores con siete pisos de altura. Para los pisos orientados en las fachadas largas esta diferencia aumenta entre 4 y 7 veces, pero para los interiores de siete plantas la accesibilidad es nula para el mes de Diciembre. Alta variabilidad vertical. Conclusiones resultados Indicador 2: Grados de compacidad. A una baja “compacidad” las horas de asoleo medio sobre las superficies debieran aumentar. Si tomamos el modelo de dos plantas como el ideal por cumplir la proporción 1:1 diremos que el modelo de siete niveles tiene una “compacidad” de 4 o 40% en los pisos interiores por sobre el fundacional y un factor 7 o 70% en el conjunto de ventanas por estar bajo el umbral de 1 hora de asoleo un cierto porcentaje de pisos con respecto al numero total de viviendas. Si las edificaciones disminuyen su altura y/o el ancho de las vías se agranda las horas de asoleo aumentan por lo que el indicador de compacidad disminuye.
Indicador 2 ASOLEO Pisos Piso medio
Tipología Total pisos < 1hora Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 27 38,6
Indicador 2 ASOLEO Ventanas Piso medio
Tipología Total pisos < 1hora Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 2 10,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 52 74,3
x > Compacidad > y
x > Compacidad > y
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 3,1 1,2 1,2 0,1 2,6 12,0 5,37 1,93 2,4 0,2 2,2 9,7piso 2 3,6 5,5 2,3 0,1 1,6 55,0 5,43 8,07 4,8 0,2 1,1 40,4
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 0,6 0,3 0,2 0,1 3,0 3,0 5,6 1,4 5,3 1,1 1,1 1,3piso 2 1 1,3 0,3 0,1 3,3 13,0 5,6 3,9 6,6 1,1 0,8 3,5
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 2,47 0,37 0,5 0 4,9 #¡DIV/0! 3,3 1,17 1,1 0,1 3,0 11,7piso 2 3,77 0,9 0,5 0 7,5 #¡DIV/0! 4,8 2 1,2 0,1 4,0 20,0
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 0,6 0,1 0 0 #¡DIV/0! #¡DIV/0! 4 2 1,4 0,7 2,9 2,9piso 2 1 0,3 0 0 #¡DIV/0! #¡DIV/0! 5,8 2,8 1,7 0,8 3,4 3,5
PISOS INTERIORES
variabilidad DIC
variabilidad DIC
variabilidad DIC
PISOS INTERIORESASOLEO MÁXIMO (h)
COLUMNA VIVIENDAS CENTRO ORIENTE(h)VENTANAS
ASOLEO MÁXIMO (h)
ASOLEO PROMEDIO (h)2 plantas 7 plantas variabilidad
JUN2 plantas 7 plantas variabilidad
JUNvariabilidad
DIC
7 plantas variabilidad JUN
variabilidad DIC
2 plantas 7 plantas variabilidad JUN
2 plantasASOLEO PROMEDIO (h)
ASOLEO PROMEDIO (h)2 plantas 7 plantas 2 plantas 7 plantas variabilidad
JUNvariabilidad
JUNvariabilidad
DIC
2 plantas 7 plantasvariabilidad JUN
variabilidad JUN
variabilidad DIC
ASOLEO PROMEDIO (h)
COLUMNA VIVIENDAS SUR (h)VENTANAS
2 plantas 7 plantas
variabilidad DIC
ASOLEO MÁXIMO (h)
ASOLEO MÁXIMO (h)
59
7.1.3_ Indicador 3: Irradiancia directa fachadas según orientación. Conjunto de fachadas:
Figura 44: Irradiancia media fachada sur, 21 junio. Fuente: elab. propia. Heliodón
Figura 45: Irradiancia media fachada oeste, 21 junio. Fuente: elab. propia. Heliodón
21 Jun 21 Dic
2 plantas
7 plantas
21 Jun
60
Tabla 12: Irradiancia directa sobre fachadas. Fuente: elab. propia Objetivo Indicador 3: Maximizar irradiancia para los meses de invierno y minimizar para los de verano. El total de las fachadas verticales acumula mas energía para 21-Junio que para el 21-diciembre, esto se debe al apantallamiento del entorno.
Fachadas7 pisos 21-06(7p) 21-12(7p) 21-Jun 21-Dic
fachada S 1,6 0,7 211,4 94,8fachada N 0,4 0,0 48,8 0fachada E 1,1 0,1 1.336,0 125,9fachada O 1,3 0,3 1.608,6 402,4
Energía total (kWh)Energía media (kWh/m²)
7 plantas
2 plantas
Fachadas2 pisos 21-06(2p) 21-12(2p) 21-Jun 21-Dic
fachada S 2,2 1,9 88,3 74,4fachada N 0,6 0,0 24,1 0,0fachada E 2,1 0,2 739,9 72,0fachada O 2,8 0,8 1.001,5 288,9
Energía media (kWh/m²) Energía total (kWh)
21-Jun Area (m²) kWh kWh/m²2 pisos 905,9 1.853,7 2,0
21-Dec Area (m²) kWh kWh/m²2 pisos 905,9 435,3 0,5
Totales 2 pisos
21-Jun Area (m²) kWh kWh/m²7 pisos 2.779,0 3.207,0 1,2
21-Dec Area (m²) kWh kWh/m²7 pisos 2.779,0 623,7 0,2
Totales fachadas 7 pisos
61
Figura 46: Irradiancia promedio conjunto fachadas ambas tipologías. Fuente: elab. propia. ->50% irradiancia directa sobre el edificio de dos niveles. -> irradiancia para solsticio verano -Invierno, reducida energía solar incidente. -Verano, mayor accesibilidad para el bloque de 2 niveles debido a la estrecha proporción entre el ancho de la calle y la altura edificada del bloque de 7 niveles lo que no permite la penetración hasta los pisos inferiores, entonces el valor por m2 aumenta.
Figura 47: Irradiancia total conjunto fachadas ambas tipologías. Fuente: elab. propia.
Energía total en fachadas (KWh): 2-7 pisos
0100200300400500600700800900
1.0001.1001.2001.3001.4001.5001.6001.7001.8001.9002.000
fachada S fachada N fachada E fachada O
KW
h
21-06(2p) 21-12(2p) 21-06 (7p) 21-12(7p)
Energía media fachadas (KWh/m2): 2-7 pisos
0
1
2
3
4
5
fachada S fachada N fachada E fachada O
KW
h/m
2
21-06(2p) 21-12(2p) 21-06(7p) 21-12(7p)
62
Comparaciones resultados Indicador 3:
Tabla 13: Comparativo del 1° y el 2° piso entre las fachadas de ambas tipologías y la variabilidad o ponderación de cantidad de energía de una fachada sobre la otra. Fuente: elab. propia. *El comportamiento de los 2 últimos pisos del bloque de siete es muy similar en irradiación media y horas de sol directo promedio con el bloque de dos pisos. -Invierno, la variabilidad es muy alta por que los pisos inferiores del bloque de siete niveles casi no reciben radiación directa. -Verano, mayor incidencia sobre las fachadas del bloque de 2 niveles. De entre 19 y 7 veces para la Poniente y cerca de 2 veces en la Sur Conclusiones resultados Indicador 3: Grados de compacidad: A una alta “compacidad” la irradiación media sobre las fachadas debiera disminuir: -El modelo de siete niveles tiene una “compacidad” de factor 7 o 70% con respecto al modelo fundacional, por que 52 de las 70 porciones de fachadas de viviendas captan menos que la mas perjudicada de las del bloque de dos niveles, durante el solsticio de invierno. -Sobre el espacio publico, para el solsticio de invierno, con la tipología de siete viviendas de apantalla un 15% de la irradiancia directa media.
Tipología KWh/m2 KWh/m2 Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%21-jun/21-sept 21-dic/21-mar
2 pisos 394,2 130,7 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 340 110,9 15,1
Indicador 4IRRADIANCIA
MEDIAEspacio público
x > Compacidad > y
Piso medio
Tipología Total pisos < 0,7KWh/m2 Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%2 pisos 20 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 70 52 74,3
IRRADIANCIA MEDIAIndicador 3 Fachadas
x > Compacidad > y
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 1,9 0,7 0,1 0,0 18,8 #¡DIV/0! 4,3 2,5 1,1 0,4 4,0 6,7piso 2 2,7 1,1 0,4 0,1 7,2 18,3 6,5 4,2 1,5 0,5 4,4 7,8piso 3 0,6 0,2 2,1 1,0piso 4 1,0 0,3 2,5 1,2piso 5 1,4 0,4 3,2 1,5piso 6 2,1 0,7 4,3 2,9piso 7 2,8 1,1 6,5 4,3
21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dic 21-Jun 21-Dicpiso 1 1,8 1,1 0,8 0,0 2,2 #¡DIV/0! 8,5 2,6 5,2 0,1 1,6 26,0piso 2 2,0 2,7 1,2 0,1 1,7 26,7 9,0 6,5 6,5 0,2 1,4 32,3piso 3 1,3 0,2 7,3 0,3piso 4 1,4 0,4 7,5 0,5piso 5 1,5 0,7 7,9 0,7piso 6 1,6 1,0 8,2 2,3piso 7 1,9 2,7 8,8 7,0
COLUMNA VIVIENDAS SURFACHADAS POR NIVELES
KWh/m2 ASOLEO PROMEDIO (h)2 plantas 7 plantas variabilidad
JUNvariabilidad
DIC2 plantas 7 plantas variabilidad
JUNvariabilidad
DIC
2 plantas 7 plantas variabilidad JUN
variabilidad DIC
COLUMNA VIVIENDAS CENTRO (PONIENTE)FACHADAS POR NIVELES
KWh/m2 ASOLEO PROMEDIO (h)2 plantas 7 plantas variabilidad
JUNvariabilidad
DIC
63
7.1.4_Indicador 4: Irradiancia directa sobre espacio público. Espacio público:
Figura 48: Asoleo espacio público, 21 Diciembre. Fuente: elab. propia. Heliodón
2 plantas
7 plantas
21 Dic
64
Tabla 14: Irradiancia directa sobre espacio público. Fuente: elab. propia Objetivo Indicador 4: Maximizar irradiancia para los meses de invierno y minimizar para los de verano.
Figura 49: Irradiancia total sobre espacio público en ambas tipologías. Fuente: elab. propia. -Invierno, <20% de variabilidad entre sombras que dan ambas tipologías sobre el suelo público -Verano, menor accesibilidad para el bloque de 7 niveles que es lo que se necesita para las altas T° de la ciudad.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Energía total (GWh) Energía media(kWh/m2) Promedio asoleo (h)
21-Jun/21-Sept(2P) 21-Jun/21-Sept(7P) 21-Dec/21-Mar(2P) 21-Dec/21-Mar(7P)
2 PISOS
21-Jun/21-Sept 16° 127.767.562,5 394,2 824,421-Dec/21-Mar 16° 42.361.554,2 130,7 553,0
Modelo 2 pisos Energía total (kWh)
Energía media(kWh/m2)
Promedio asoleo (h)Espacio público
Dias kWh/m2-día Horas-día21-Jun/21-Sept(7P) 93 4,24 8,8621-Dec/21-Mar(7P) 91 1,44 6,08
7 PISOS
21-Jun/21-Sept 16° 112.156.769,3 346,0 724,621-Dec/21-Mar 16° 35.948.870,4 110,9 461,3
Espacio público Modelo 7 pisos Energía total
(kWh)Energía
media(kWh/m2)Promedio asoleo (h)
Dias kWh/m2-día Horas-día93 3,72 7,7991 1,22 5,07
21-Jun/21-Sept(7P)21-Dec/21-Mar(7P)
65
Comparaciones resultados Indicador 4:
Figura 50: Asoleo espacio público, 21 Dic.- 21 Mar.. Fuente: elab. propia. Heliodón
7 PISOS
2 PISOS
21Dic-21Mar
66
Figura 51: Irradiancia media espacio público público, 21 Dic. – 21 Mar... Fuente: elab. propia. Heliodón
7 PISOS
2 PISOS
21Dic-21Mar
67
Tabla 15: Comparativo según cambio en orientación entre horas de asoleo promedio e irradiancia directa media entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. -Variabilidad casi nula entre cambios de orientación. Se busca el equilibrio de maximizar para invierno y minimizar para verano.
Figura 52: Comparativo según cambio en orientación entre horas de asoleo promedio e irradiancia directa media entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. -Para el solsticio de verano este indicador de compacidad no es muy sensible ya que para todas las orientaciones los resultados son similares. Están en el orden del 10% de variabilidad entre la trama orientada 45°N y la de 90°. Para el solsticio de invierno influye en un 50% mas entre la orientación Este–Oeste y 0° N lo que si se transforma en un indicador significativo.
7 PISOS
21-Jun 0° 1.628.875 5 9,6 15 7,221-Dec 0° 243.900 0,8 5,2 9 1,221-Jun 16° 1.631.137,0 5 9,7 15 7,221-Dec 16° 242.061,8 0,8 5,2 9 1,221-Jun 45° 1.647.532,7 5 9,8 15 7,221-Dec 45° 230.315,0 0,7 5,3 9 1,221-Jun 90° 1.726.866,5 5,3 10,3 15 7,221-Dec 90° 226.196,5 0,7 5,1 9 1,2
Max asoleo últimospisos (h)
Min asoleoprimeros pisos (h)Espacio público
Modelo 2 pisos Energía total (kWh)
Energía media(kWh/m2)
Promedio asoleo (h)
21-Jun 0° 831.238,9 2,6 4,2 15 7,221-Dec 0° 93.211,8 0,29 1,8 9 1,221-Jun 16° 817.636,6 2,5 4,2 15 7,221-Dec 16° 90.350,7 0,28 1,8 9 1,221-Jun 45° 806.348,1 2,5 4,1 15 7,221-Dec 45° 74.905,3 0,23 1,7 9 1,221-Jun 90° 866.740,2 2,7 4,6 15 7,221-Dec 90° 64.863,5 0,2 1,3 9 1,2
Espacio público Modelo 7 pisos Promedio asoleo (h) Max asoleo últimos
pisos (h)Min asoleo primerospisos (h)
Energía total (kWh)
Energía media(kWh/m2)
Promedio horas Asoleamiento (h)Espacio público: 6 pisos
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Promedio horas de asoleo (h)
ho
ras
21-Dec 0° 21-Jun 16° 21-Dec 16° 21-Jun 45° 21-Dec 45° 21-Jun 90° 21-Dec 90°
Energía media (kWh/m2)Espacio público: 2 pisos
0
1
2
3
4
5
Energía media(kWh/m2)
KW
h/m
2
21-Dec 0° 21-Jun 16° 21-Dec 16° 21-Jun 45° 21-Dec 45° 21-Jun 90° 21-Dec 90°
Energía media(kWh/m2)Espacio público: 7 pisos
0
1
2
3
4
5
Energía media(kWh/m2)
KW
h/m
2
21-Dec 0° 21-Jun 16° 21-Dec 16° 21-Jun 45° 21-Dec 45° 21-Jun 90° 21-Dec 90°
Promedio horas Asoleamiento (h)Espacio público: 2 pisos
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
ho
ras
Serie2 Serie3 Serie4 Serie5 Serie6 Serie7 Serie8Promedio horas de asoleo (h)
21-Dec 0° 21-Jun 16° 21-Dec 16° 21-Jun 45° 21-Dec 45° 21-Jun 90° 21-Dec 90°
7 PISOS 2 PISOS
2 PISOS
68
La gran diferencia entre los modelos es en relación a las alturas donde el modelo de 2 pisos recibe el doble de energía total acumulada y el doble de horas de sol directo, lo que para el invierno mejoraría el bienestar en el espacio publico y su aporte energético a los interiores pero en verano generaría problema de exceso de radiación sobre las superficies horizontales públicas.
Figura 53: Comparativo según radiación solar para el 21 de diciembre sobre superficie pública entre ambas tipologías. Fuente: elab. propia. -Aumenta la perdida o deja de captar a medida que se acerca a los 90°.
2 PISOS
45°
90°
16°
0°
7 PISOS
69
Conclusiones resultados Indicador 4: Grados de compacidad: En este caso el indicador de irradiancia media sobre el espacio público si permite discriminar según la altura edificada en relación que a una baja “compacidad” la irradiación media sobre el espacio público debiera aumentar. Si tomamos el modelo de dos plantas como el ideal, diremos que el modelo de siete niveles tiene una “compacidad” de factor 2 o 20% con respecto al modelo fundacional por que la diferencia de energía incidiendo por metro cuadrado en ambos solsticios es de 20% aprox.
7.2_ Cambio de orientación como parámetro: Indicador 5 Caso arquitectónico:
Figura 54: Rotación de la trama urbana. Fuente: elab. propia. Heliodón.
Las variables fijas como el ancho de la calle y la altura edificada se contraponen a la rotación
del trazado urbano en relación al original de 16° norte, desplazándolo a 0°, 45° y 90° en
busca de una orientación optima que permita reducir la variabilidad energética y de
asoleamiento entre los pisos superiores e inferiores y entre la oposición de sus fachadas. Se
analizaran los siguientes elementos:
Espacio Público
Fachadas bloque viviendas
Conjunto de ventanas
Conjunto de pisos interiores
Veremos si el cruce de resultados de los distintos elementos nos van dando indicios de ser
indicadores de “compacidad perceptible” dependiendo del juego de las variables ambientales
incidentes para este contexto urbano compacto.
Tipología KWh/m2 KWh/m2 Compacidad % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%21-jun/21-sept 21-dic/21-mar
2 pisos 394,2 130,7 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 107 pisos 340 110,9 15,1
Indicador 4IRRADIANCIA
MEDIAEspacio público
x > Compacidad > y
70
Figura 55: Rotación de la trama urbana. Fuente: elab. propia. Heliodón.
Figura 56: Estereométrica rotada en calle tipología 2 pisos.. Fuente: elab. propia. Heliodón.
Objetivo Indicador 5: Maximizar irradiación media en invierno y minimizar en verano.
ORIENTACIÓN: 16° ORIENTACIÓN: 0°
ORIENTACIÓN: 90° ORIENTACIÓN: 45°
ORIENTACIÓN: 16° ORIENTACIÓN: 0°
ORIENTACIÓN: 90° ORIENTACIÓN: 45° 2 plantas
71
Entorno calle bloque de viviendas: 0°,16°,45° y 90°:
Figura 57: Entorno calle. Fuente: elab. propia. Heliodón.
Tabla 16: Entorno calle. Fuente: elab. propia.
Figura 58: Energía media entorno calle. Fuente: elab. propia. -Verano, 0°,16° y 45° minimizan incidencia radiación directa. Variabilidad <50% -Invierno, 0° y 16° maximizan accesibilidad invierno. Variabilidad >300%
Energía media (KWh/m2) 21 Junio
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
calle
KW
h/m
2
0° 16° 45° 90°
Energía media (KWh/m2) 21 diciembre
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
calle
KW
h/m
2
0° 16° 45° 90°
21-Dic/ KWh/m2 0° 16° 45° 90°calle entorno 0,19 0,17 0,06 0,06
21-Jun/ KWh/m2 0° 16° 45° 90°calle entorno 1,5 1,4 1,6 2,3
72
Fachadas bloque viviendas: 0°,16°,45° y 90°:
Figura 59: Irradiancia media Fachadas. Fuente: elab. propia. Heliodón
Tabla 17: Irradiancia media Fachadas. Fuente: elab. propia.
Fachada este
Fachada oeste
Fachada norte
Fachada sur
21-Jun/KWh/m2 0° 16° 45° 90°fachada 1 (S, S, S-E, E) 1,5 1,6 1,5 1,3fachada 2 (N, N, N-E, O) 0,3 0,4 0,8 1,3fachada 3 (E, E, E-N, N) 1,2 1,1 0,8 0,3fachada 4 (O, O, O-S, S) 1,2 1,3 1,4 1,5
21-Dic/KWh/m2 0° 16° 45° 90°fachada 1 (S, S, S-E, E) 0,7 0,7 0,6 0,2fachada 2 (N, N, N-E, O) 0,0 0,0 0,0 0,2fachada 3 (E, E, E-N, N) 0,2 0,1 0,0 0,0fachada 4 (O, O, O-S, S) 0,2 0,3 0,5 0,6
73
Figura 60: Irradiancia media fachadas. Fuente: elab. propia. -Verano, 90° < variabilidad y menor accesibilidad -Invierno, mayor irradiancia en 16° y 45°
Energía media fachadas (KWh/m2) 21 Diciembre
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
fachada 1 (S, S, S-E, E) fachada 2 (N, N, N-E, O) fachada 3 (E, E, E-N, N) fachada 4 (O, O, O-S, S)
KW
h/m
2
0° 16° 45° 90°
Energía media fachadas (KWh/m2) 21 Junio
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
fachada 1 (S, S, S-E, E) fachada 2 (N, N, N-E, O) fachada 3 (E, E, E-N, N) fachada 4 (O, O, O-S, S)
KW
h/m
2
74
Conjunto de ventanas bloque viviendas: 0°,16°,45° y 90°:
Figura 61: Irradiancia media Conjunto de ventanas. Fuente: elab. propia. Heliodón
Figura 62: Irradiancia media conjunto de ventanas. Fuente: elab. propia.
sur
Sur-este
Sur-oeste
Nor-oeste
Nor-este
Centro-este
Centro-oeste
norte
Norte
Energía media (kWh/m²) ventanas 21 Junio
00,2
0,40,6
0,81
1,21,4
1,61,8
22,2
2,42,6
2,83
1 norte 2 norte 3 norte4 norte5 norte 6 norte7 norte
1 norponiente 2 norponiente 3 norponiente 4 norponiente 5 norponiente 6 norponiente 7 norponiente
1 nororiente 2 nororiente 3 nororiente 4 nororiente 5 nororiente 6 nororiente 7 nororiente
1 centroriente 2 centroriente 3 centroriente 4 centroriente 5 centroriente 6 centroriente 7 centroriente
1 centroponiente 2 centroponiente 3 centroponiente 4 centroponiente 5 centroponiente 6 centroponiente 7 centroponiente
1 sur 2 sur3 sur 4 sur 5 sur6 sur 7 sur
1 suroriente 2 suroriente 3 suroriente 4 suroriente 5 suroriente 6 suroriente 7 suroriente
1 surponiente 2 surponiente 3 surponiente 4 surponiente 5 surponiente 6 surponiente 7 surponiente
kW
h/m
²
90° 45° 16° 0°
Energía media (kWh/m²) ventanas 21 Diciembre
0
0,20,4
0,60,8
11,2
1,41,6
1,82
2,22,4
2,62,8
3
1 norte 2 norte3 norte 4 norte (o)5 norte (o)6 norte (o)7 norte (o)
1 norponiente 2 norponiente 3 norponiente 4 norponiente 5 norponiente 6 norponiente 7 norponiente
1 nororiente 2 nororiente 3 nororiente 4 nororiente 5 nororiente 6 nororiente 7 nororiente
1 centroriente 2 centroriente 3 centroriente 4 centroriente 5 centroriente 6 centroriente 7 centroriente
1 centroponiente 2 centroponiente 3 centroponiente 4 centroponiente 5 centroponiente 6 centroponiente 7 centroponiente
1 sur (E)
2 sur (E)
3 sur (E)
4 sur (E)
5 sur (E)
6 sur (E)
7 sur (E)
1 suroriente 2 suroriente 3 suroriente 4 suroriente 5 suroriente 6 suroriente 7 suroriente
1 surponiente 2 surponiente 3 surponiente 4 surponiente 5 surponiente 6 surponiente 7 surponiente
kW
h/m
°
90° 45° 16° 0°
75
-Verano, 45° < variabilidad y accesibilidad total -Invierno, mayor irradiancia en 16° y 45° Conjunto de pisos interiores bloque viviendas: 0°,16°,45° y 90°:
Figura 63: Irradiancia media Conjunto de pisos interiores. Fuente: elab. propia. Heliodón
Figura 64: Irradiancia media conjunto de pisos interiores. Fuente: elab. propia.
Energía media (kWh/m²) 21 Junio
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
piso1sur
piso2sur
piso3sur
piso4sur
piso5sur
piso6sur
piso7sur
piso1centro
piso2centro
piso3centro
piso4centro
piso5centro
piso6centro
piso7centro
piso1norte
piso2norte
piso3norte
piso4norte
piso5norte
piso6norte
piso7norte
KW
h/m
2
0° 16° 45° 90°
Energía media (kWh/m²) 21 diciembre
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
piso1sur
piso2sur
piso3sur
piso4sur
piso5sur
piso6sur
piso7sur
piso1centro
piso2centro
piso3centro
piso4centro
piso5centro
piso6centro
piso7centro
piso1norte
piso2norte
piso3norte
piso4norte
piso5norte
piso6norte
piso7norte
KW
h/m
2
0° 16° 45° 90°
sur
centro
norte
76
Conclusiones resultados Indicador 5: Grados de compacidad:
Tabla 18: Comparativo según cambio en orientación para irradiancia medias sobre diferentes superficies tanto verticales como horizontales. Se busca el equilibrio de maximizar para invierno y minimizar para verano. Fuente: elab. propia.
Orientación 7 PISOS
Entorno calle
0° 16° 45° 90°21-Jun 1,5 1,45 1,57 2,3321-Dic 0,18 0,16 0,05 0,06
Fachadas0° 16° 45° 90°
21-Jun 1,16 1,16 1,11 0,9121-Dic 0,22 0,24 0,27 0,28
Ventanas
0° 16° 45° 90°21-Jun 0,66 0,68 0,7 0,4321-Dic 0,1 0,11 0,16 0,17
Pisos interiores
0° 16° 45° 90°21-Jun 0,2 0,21 0,2 0,1421-Dic 0,2 0,22 0,2 0,14
Espacio Publico
7 PISOS 0° 16° 45° 90° Compacidad %21-Jun 2,6 2,5 2,5 2,721-Dic 0,29 0,27 0,23 0,2 y2PISOS 0° 16° 45° 90°21-Jun 5 5 5,1 5,321-Dic 0,74 0,75 0,71 0,7 x
Irradiación media (KWh/m2 promedio)
Irradiación media (KWh/m2 promedio)
Irradiación media (KWh/m2 promedio)
Irradiación media (KWh/m2 promedio)
Irradiación media (KWh/m2 promedio)
77
En este caso el indicador de irradiancia media sobre el espacio público si permite discriminar
según el cambio de orientaciones y la altura edificada en relación que “a una baja
“compacidad” la irradiación media sobre el espacio público debiera aumentar”,
diremos que el modelo de siete niveles tiene una “compacidad” de factor x con respecto al
modelo fundacional cuando la diferencia de energía incidiendo por metro cuadrado en ambas
tipológicas sea de x% para el solsticio de invierno.
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
x > 45°> y
x > 90° > y
x > 0°> y
x > 16°> y
78
8_ Conclusiones y próximos pasos El crecimiento en altura, la expansión horizontal y vertical y las divisiones interiores de los
bloques de viviendas de la Barceloneta posibilitaron el progresivo aumento de habitantes y de
compacidad del barrio en los 250 años pasados desde su fundación, transformándolo en un
caso de intensa densificación que deterioró las condiciones de habitabilidad del barrio y
específicamente las posibilidades de aprovechamiento de la luz solar.
Este estudio de sensibilidad midió las “compacidades perceptibles” en dicho barrio
basándose en las cuatro variables más críticas relacionadas con la accesibilidad solar:
o Las obstrucciones verticales
o Las obstrucciones horizontales
o La orientación
o El % de superficies ventana en la fachada
A continuación detallaremos las conclusiones por caso de estudio:
1_ El primer parámetro que se modifica es el de la altura edificada tomando como referencia
de inicio y estado “óptimo” la geometría original de 1753 de dos niveles comparándola con la
actual de siete niveles promedio, manteniendo la misma geometría en planta:
-El cambio de altura es el parámetro geométrico más influyente en los resultados ya
que permite distinguir claramente las dos geometrías distintas. De esto se deduce que el
ángulo de la rasante que mide la proporción entre ancho de calle y altura edificada es la
herramienta geométrica de mayor utilidad y sensibilidad para estudiar compacidades a partir
de la accesibilidad solar
-Dentro de los indicadores ambientales el SVF es el más sensible porque trabaja con
todas las escalas implícitas en el problema (que es la mayor complejidad) y tiene la
pertinencia de tomar datos geométricos y ponderarlos con inclinaciones energéticas. Habrá
que definir cual es el elemento arquitectónico que, según el calculo de SVF, muestre con mas
precisión los grados de compacidad.
79
-No se trata solamente de acceso solar, sino también de derecho a ver el cielo11,
manifestado por el parámetro SVF.
2_ El segundo parámetro que entra en juego es el de la modificación de la orientación.
Partiendo de la situación real de 16° Norte como eje en el que se encuentran orientas la vías
longitudinales y la mayores superficies de fachadas, nos giramos a 0°N, luego a 45°N y por
último a 90°N, trabajando con una altura edificada constante de siete niveles y un mismo
trazado:
-Creemos que el parámetro de la modificación de orientaciones de un entorno urbano nos
permite conocer las magnitudes de las energías potenciales incidentes sobre los
elementos y discriminar cual podría ser la orientación óptima según su mejor o peor
distribución de la energía en las fachadas para invierno o verano pero no es un indicador
preciso para determinar compacidades por que los criterios o umbrales son complejos de
relacionar por la cantidad de factores que involucran.
- Este parámetro si nos puede hablar de bienestar perceptivo sobre distintas escalas o
superficies, como en el caso del espacio público en que nos entrega datos relacionados con
compacidad en relación a cuanta energía incide o deja se incidir sobre esta superficie a partir
de la modificación de altura y ángulo de orientación. Partiendo de la base que a mayor
compacidad menor irradiancia sobre el espacio público.
La investigación apunta a animar a arquitectos a diseñar mas y mejores interiores
iluminados con luz natural, considerando el enorme beneficio térmico y por ende energético
del calor solar, el incremento en el confort perceptivo del habitante al aumentar la
accesibilidad solar en sus viviendas y espacios públicos; las exigencias reales de una
ventana y la planificación consiente del entorno urbano a partir de criterios ambientales
propios de cada lugar y hacer de la ciudad un modelo mas sostenible y habitable que es el
gran desafío urbano del siglo XXI.
Como ejemplo, “Hong Kong urbano tiene quizás la densidad de edificio más alta de cualquier
ciudad en el mundo. Esto tiene población para conseguir densidad de 175,000 habitantes por
kilómetro cuadrado, y una densidad de desarrollo de 2.500-3.000 habitantes por hectárea
11 Daylight needs, solar access, urban ventilation and urban climate in high density city– an experience of Hong Kong”,Edward Ng, SEUS, Compiegne, 2010.
80
para sitios residenciales. Bajo estas circunstancias, proporcionar una adecuada accesibilidad
de luz del día en viviendas, sobre todo en los pisos inferiores, es sumamente difícil”12…
¿Cómo será la habitabilidad dentro de entornos urbanos futuros?
¿Cuál será la calidad ambiental en las ciudades?
¿En qué tipo de ciudades nuestros hijos vivirán?
¿Como evolucionará la ciudad en el siglo XXI?
8.1_La accesibilidad solar como parámetro de sostenibilidad urbana
Para poder evaluar el real aprovechamiento de la accesibilidad solar, es necesario conocer
como se reparte este flujo en relación a los usos del entorno urbano: individual, que se refiere
a la incidencia en la vivienda y social referida al espacio publico.
En el caso del uso individual se analizó la evolución temporal de la radiación y las horas de
asoleo directo en una vivienda tipo; con referencia al uso social, se trabajo de igual forma
pero enfocándose en el espacio público.
Comprender la importancia de la accesibilidad solar y luz natural en el ahorro y eficiencia
energética en los edificios (17% del total del consumo energético en España13), debido a que
presenta una eficacia luminosa superior a la artificial, y con esto reducir las emisiones de
CO2 liberadas al ambiente.
La radiación solar es la contribución más importante al balance energético superficial y
volumétrico durante el día sobre un volumen edificado, sobre todo en edificios residenciales,
donde los aportes internos son muy bajos. La utilización de luz del día en edificios puede
causar ahorros significativos el consumo de electricidad para alumbrar creando una mejor
calidad y bienestar interior.
La existencia de una equilibrada proporción entre los usos del sol es fundamental para
garantizar el bienestar de los ciudadanos y la salvaguardia del medio ambiente.
12 “A simplified Daylighting design tool for high-density urban residential buildings”, E Ng, Department of Architecture, Chinese University of Hong Kong, China,Mayo 2001. 13 Rueda Salvador y Naredo José Manuel, 1996. “La ciudad compacta y diversa frente a la conurbación difusa”. Biblioteca Ciudades para un futuro sostenible, Madrid.
81
8.2_ Próximos pasos
-Haber elegido un caso o entorno urbano real da muchas mas posibilidades de continuación
al trabajo, como precisar donde efectuar mediciones urbanas pertinentes o también
contrastar la interpretación de los cálculos con las practicas reales para intentar fijar o
proponer futuras regulaciones y desarrollar Instrumentos de diseño y códigos profesionales.
-Cuantificar el real aporte de la accesibilidad solar sobre aspectos de confort lumínico y/o
térmico en las viviendas y su conjunto.
-El cambio de latitud y pendiente del terreno incide directamente en la accesibilidad solar de
una misma fachada y por lo tanto en la morfología urbana construida para garantizar un nivel
de iluminancia mínimo durante todo el año. En otras palabras grandes enmascaramiento
naturales o de relieve (accidentes geográficos) sobre ciudades o barrios.
-Poder idear una metodología deductiva, sencilla y de fácil aplicación a partir de una ecuación
básica que mida grados de compacidades, bajo criterios ambientales.
82
9_ Referencias Bibliográficas
1- Hobsbawn, Eric.1995. “Historia del Siglo XX”.Edit. Crítica. Londres.
2- Edward Ng,2001.“A simplified Daylighting design tool for high-density urban residential
buildings”, BA(Hons) BArch PhD RIBA , University of Hong Kong, China.
3- Edward Ng,2010.“Daylight needs, solar access, urban ventilation and urban climate in high
density city– an experience of Hong Kong” , SEUS, Compiegne..
4- Edward Ng. 2001.“Review of Lighting and Ventilation of Residential Buildings in Hong
Kong”, Unpublished.Technical Report, Chinese University of Hong Kong
5- Beckers, Benoit.2003. “El diagrama solar”, Informe Helio_001_es..
6- Beckers, Benoit.2007. “Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de
arquitectura”, Informe Helio_005_es.
7 - Beckers, Benoit y D. Rodriguez.2008. “Helping architects to design their personal daylight”,
Urban Systems Engineering Department,Compiègne University of Technology.,Francia.
8- Beckers, B.,Masset, L. y Beckers, P..2007. “Una proyección sintética para el diseño
arquitectónico con la luz del sol” ,8º congreso iberoamericano, Cusco.
9- Beckers, Benoit.2007. “Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de
arquitectura” . Compiègne University of Technology, Francia.
10- Mardaljevic, J.1999. “Daylight Simulation: Validation, Sky, Models and Daylight
Coefficients”, PhD thesis De Montfort University.
11-“Daylight and Planning in Europe”, PhD thesis. London Metropolitan University, 2004.
12- Lynes, J.A.1979. “A sequence for daylighting design”, Lighting Research & Technology.
13- Vartiainen, Eero.2001. “Daylight modelling and optimization of solar facades”, PhD thesis,
, Helsinky University of technology.
14- Collin, Oliver..2008. “Facteur de ciel :un paramètre d’évaluation des masquesen
architecture”,Universidad de Liège,
15- Rueda, Salvador.1996. “La Ciudad compacta”, www.bcnecologia.net.,Barcelona.
16- “Cerdá y Barcelona”, la primera metrópolis, 1853-1897, MUHBA.
17- Cerdá, I. 1859. “Resumen general del caserío de las manzanas e intervias de la urbe
matriz y suburbios en 1859”. Barcelona.
18- Solá-Morales, Manuel. “Cerda /Ensanche, Lab. De urbanismo. Barcelona.
19- Serra, Enric.2000.”“Geometría y proyectos de sol, La villa de gracia”, Tesis Doctoral, UPC
20- Tatjer Mir, Merecdes.1973. “La Barceloneta del siglo XVIII al plan de la ribera”, Edit.
Frontera.
21- Tatjer Mir, Merecdes.2003. “La Barceloneta que desaparece”,Tribuna.
22- Rodríguez, Diana. 2007 “El juego de las geometrías bajo el sol”, Tesina master AEM.
23-“Sustainable Urban Design”, , Conference City Futures, Madrid, 2009.
83
24- Regolini, Carlos y Junyent Rosa..2009.“Mejora accesibilidad vertical de la habitación
tradicional del barrio de la Barceloneta”, Eduardo Molina R., Tesis PFC, EPSEB.
25- Mariages, Cristina.2007. “Estudio grafico y histórico de la Iglesia San Miguel del puerto y
su entorno”. PFC. EPSEB.Barcelona.
26- Rueda, Salvador y Naredo, José Manuel, 1996. ‘La ciudad compacta y diversa frente a la
conurbación difusa’, La construcción de la ciudad sostenible: fundamentos. Biblioteca
Ciudades para un futuro sostenible, Madrid.
27- Rueda, Salvador.1998. “Visiones de la ciudad: del urbanismo de Cerdà a la ecología
urbana’. Agència d’Ecologia Urbana de Barcelona (www.bcnecologia.net).
28- Serra Rafael, Coch Helena.1995.”Arquitectura y energía natural”. UPC. Barcelona.
29- Capel, Horacio.2003.”Redes, chabolas y rascacielos. Las transformaciones físicas y la
planificación en las áreas metropolitanas”. Mediterráneo Económico. Barcelona..
30- Maldonado, Eduardo y Yannas, Simos.1998.”Environmentally Friendly Cities”. PLEA 98:
Passive and Low energy Architecture Lisboa, Portugal.
31- Yañez, Guillermo.2008.”Arquitectura solar e ilumincion natural”. Edit. Munilla. Madrid.
32- De la Puerta, José María. 2009. “Vivienda, envolvente, hueco”. Actar. Madrid.
33- De Luxán, M. y Vázquez, M.2009.”Actuaciones con criterios de sostenibilidad en la
rehabilitación de viviendas en Madrid”.UPM. Madrid.
34. Solá-Morales, Manuel.1976.”Barcelona: remodelación capitalista o desarrollo urbano en el
sector de la ribera oriental”. Edit. GG. Barcelona.
Documentos digitales y páginas Web
1- http://www.heliodon.net
2- http://earth.google.com/
3- http://www.ngdc.noaa.gov
4- http://www.satel-light.com/indexmD.htm
5- http://windows.lbl.gov/
6- http://tx.technion.ac.il/~arrguedi/
7- http://new-learn.info/learn/packages/clear/index.htm
8-http://luminance.londonmet.ac.uk/webhdr/
9-http://www.bcnecologia.net/
10- http://www.solarcity.org
11- www.philipluo.com/architecture/daylighting/index.shtm
84
10_ Anexos.
10.1_ Geometría solar Desde un punto de la tierra, el movimiento del sol se basa esencialmente en dos rotaciones,
la primera con un período de un año, y un radio considerable de unos 150 millones de
kilómetros, la segunda con un período de un día, que se realiza alrededor del eje norte-sur de
la esfera terrestre. Estos dos ejes son respectivamente perpendiculares al plano de la
eclíptica y al plano del ecuador terrestre.
_ Movimiento aparente del sol Para entender bien el movimiento aparente del sol sobre la bóveda celeste, conviene
recordar el movimiento real de la tierra en el espacio del sistema solar. La rotación casi
circular de la tierra alrededor del sol se realiza en un año en un plano llamado eclíptica.
Además, La tierra gira sobre sí misma, efectuando una vuelta completa cada 24 horas,
alrededor de un eje inclinado de 23.5 grados con respecto a la eclíptica. La primera de estas
rotaciones explica la alternancia de las estaciones y la segunda la del día y de la noche.
Figura 1: Movimiento de la Tierra alrededor del Sol.
Cualquier plano pasando por el centro de la tierra intercepta su superficie según un gran
círculo, cuyo radio es igual al de la tierra. Cualquier otro plano la intercepta según un
pequeño círculo, de radio inferior.
El eje de rotación de la tierra pasa por su centro e intercepta su superficie en los dos polos.
Define, además, sobre la tierra una infinidad de círculos perpendiculares a su dirección, los
paralelos. Sólo uno de ellos, equidistante de los dos polos, es un gran círculo: el ecuador. Los
demás paralelos son pequeños círculos. Cada uno se ubica mediante su ángulo de latitud,
variando desde 01 en el ecuador hasta 90° en los polos. Los trópicos son dos paralelos
85
particulares: el trópico del Cáncer está a 23.5° de latitud norte y el trópico del Capricornio a
23.5° de latitud sur. Los dos círculos polares están a 66.51 de latitud (es decir a 90° - 23.5°).
El haz de planos definido por el eje de rotación de la tierra determina sobre ella los
meridianos, que son todos grandes semi-círculos ortogonales a los paralelos. El meridiano de
Greenwich (en Inglaterra) sirve de referencia. Cada meridiano se ubica mediante su ángulo
de longitud, que vale 01 en Greenwich y puede crecer hasta 1801 hacia el este o el oeste.
Cualquier punto de la superficie terrestre puede luego ubicarse mediante su latitud (Norte o
Sur, variando entre 01 y 901) y por su longitud (Este u Oeste, variando entre 01 y 1801). Así,
Barcelona se encuentra a 41grados 18 minutos y 7 segundos de latitud Norte y a 2 grados 5
minutos y 31 segundos de longitud Este.
Salvo indicación contraria, emplearemos siempre en el texto que sigue la hora solar, definida
de modo que el sol alcanza su punto culminante a mediodía. Para encontrar la hora legal
correspondiente, hay que tener en cuenta el huso horario, la longitud local y, eventualmente,
el paso a la hora de verano.
Los solsticios de verano y de invierno corresponden respectivamente al día más largo y al
más corto del año. En el hemisferio norte, el solsticio de verano ocurre el 21 de junio y el de
invierno el 21 de diciembre. En el hemisferio sur, es al revés. En los equinoccios de
primavera y de otoño, el día y la noche tienen igual duración (12 horas). Los equinoccios
están a medio camino de los solsticios, el 21 de marzo y el 21 de septiembre.
El cenit es un punto ubicado justo encima del observador. Corresponde, según la vieja
astronomía árabe, a la intersección de la vertical con la bóveda celeste. Como veremos, el sol
sólo alcanza el cenit en la zona intertropical.
Figura 1: Geometría solar. Fuente: “El diagrama solar”, B. Beckers, 2003.
86
El azimut solar es el ángulo medido en el sentido de las agujas del reloj entre el punto
cardenal Sur (en el hemisferio norte) o Norte (en el hemisferio sur) y la proyección sobre el
plano horizontal local de la recta que una la tierra al sol. El ángulo se mide en el sentido de
las agujas del reloj en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur,
utilizando las proyecciones sobre el plano horizontal del punto de
observación. El azimut solar es negativo por la mañana (dirección Este), nulo o igual a 180° a
mediodía y positivo por la tarde (dirección Oeste), en todo el planeta.
El azimut geográfico se mide siempre en el sentido de las agujas del reloj a partir del Norte,
independientemente del punto de observación.
_ Soleamiento en Barcelona. Ubicación: 41:18:07 N 2:05:31 E
Figura 2: Estereométrica solar Barcelona. Fuente: “El diagrama solar”, B. Beckers, 2003.
En la figura 3, hemos representado sobre la bóveda celeste las trayectorias del sol en los
solsticios y equinoccios. Más alto se halla el sol, y más su proyección se acerca al centro del
diagrama. La figura 2 es una proyección central sobre el plano de horizonte local de esta
semi-esfera. Como el centro de proyección es el nadir del punto cenital, se trata exactamente
de una proyección estereográfica.
El centro del círculo representa el punto de observación y su circunferencia el horizonte; el
disco es la proyección de una semi-esfera centrada en este punto representando la bóveda
celeste. Las curvas de los meses son arcos de círculos centrados sobre el eje vertical que
muestran las trayectorias del sol el 21° día de cada mes. Tres aparecen aquí en rojo: la más
próxima al centro corresponde al solsticio de verano (21 de junio), la segunda a los
equinoccios (21 de septiembre y 21 de marzo), la de abajo al solsticio de invierno (21 de
diciembre).
87
Las curvas en negro intercaladas corresponden cada una a dos meses: pueden leerse desde
arriba hacia abajo (julio, agosto, octubre y noviembre) o desde abajo hacia arriba (enero,
febrero, abril y mayo).
Las curvas de las horas, ortogonales a las de los meses, son fáciles de identificar si las
seguimos a lo largo del equinoccio, ya que en esta fecha, en cualquier parte del mundo, el día
dura siempre exactamente 12 horas. La primera curva de las horas que intercepta la del
equinoccio al este corresponde luego a las seis de la mañana, la del medio (sobre el eje
vertical) al mediodía solar y la última, al oeste, a las seis de la tarde.
_ Accesibilidad solar Entenderemos la accesibilidad solar como la máxima energía recibida o que penetra sobre
una superficie receptora. El aprovechamiento de esta accesibilidad tiene cuatro limitaciones:
1_ La duración del día: depende de la latitud y del día del año. Cuantas más horas de sol
tenga el día mas luz solar disponible tendremos.
2_ La iluminancia horizontal exterior (Eh): depende de la latitud, la altitud, estación, grado
de nubosidad del cielo, la contaminación del aire, el día y la hora y es muy variable durante
un mismo día.
3_ La orientación de la fachada: la orientación más favorable es la horizontal que “ve” toda
la bóveda celeste y acumula más radiación solar durante todo el año. Para fachadas
verticales la orientación sur (hemisferio norte) es la que recibe mas horas de sol La norte es
la que menos. Siempre y cuando se trabaje con radiación directa.
4_ Obstáculos externos: Los edificios, la topografía o los árboles pueden impedir
parcialmente la iluminación desde el cielo, reduciendo la iluminancia de la ventana de forma
variable según el periodo del año. Entre más compacto sea un entorno urbano mas
obstáculos o obstrucciones tiene esa superficie receptora.
Aunque las condiciones exteriores de luz son variables a lo largo de una hora o un día y en el
año, pudiendo variar entre amplios valores con cielo cubierto o despejado (sin sol directo), la
relación entre las iluminancias interiores y exteriores se mantienen constantes por lo tanto el
SVF tiende a permanecer constante a pesar de las variaciones exteriores.
88
Figura 3: Esquema iluminancias de cielo según latitud. Fuente: Dialux.
Tabla 1: Umbral SVF. Fuente: www.philipluo.com _ Obstrucciones o máscaras solares La línea de cielo es la línea que separa los objetos que nos rodean del cielo. En llano y sin
obstáculos, corresponde a la línea de horizonte (el círculo que limita el diagrama solar).En un
entorno urbano, esta separación está principalmente definida por las fachadas y los techos de
los edificios. Supondremos aquí que los techos son planos, o que pueden simplificarse con
una o varias líneas horizontales que definan sus límites. Los objetos que llenan el espacio
entre esta línea de cielo y el plano de referencia constituyen máscaras para la iluminación
solar.
Figura 4: Mascaras solares. Fuente:“El diagrama solar”, B. Beckers, 2003.
89
Para trazar las sombras arrojadas por los volúmenes, hay que conocer además la altura del
sol (ángulo), que no aparece de forma explícita en el diagrama solar. Sin embargo, puede
calcularse fácilmente, ya que no depende más que de la distancia a del punto al centro del
círculo y del radio r de este mismo círculo, según la fórmula:
Figura 5: Sombras arrojadas. Fuente:“El diagrama solar”, B. Beckers, 2003.
10.2_ Radiación solar La origen de la radiación solar son las transformaciones que tienen lugar en el núcleo del Sol,
los ciclos protón-protón y carbón-nitrógeno. Estas transformaciones necesitan temperaturas
de 13 y 17 millones de kelvin. Consuman 4,3 millones de toneladas de materia cada segundo
y liberan, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein (e=mc2), 3,89 x 1026 J de energía
nuclear. Esta energía se transforma rápidamente en energía térmica y es transportada hacia
el exterior del Sol por radiación primero y por convección después. Una vez alcanzada la
fotosfera, la superficie del Sol, la energía se irradia en el espacio con la potencia de 3,89 x
1026 W. Cuando alcanza la Tierra, situada a aproximadamente 150 millones de kilómetros de
distancia, la densidad de energía emitida por el Sol es aproximadamente de 1370 W/m2. Este
valor se conoce con el nombre de constante solar y varía con las perturbaciones solares
(1,5%) y con la posición de la Tierra en el orbita elíptica (3%).
Figura 6: sección transversal del Sol. Fuente:
90
_ La Energía solar
Es muy difícil definir la energía. El gran físico estadounidense Richard Feynman en su libro
Lectures on phisics lo escribe claramente: “En la física de hoy no sabemos lo que es la
energía.” Por lo difícil que sea definir exactamente la energía, es suficientemente conocido el
hecho de que esta cantidad física continuamente se transforme a través de procesos
caracterizados por dos importantes principios: la energía nunca se crea ni se destruye (primer
principio de la termodinámica) pero pierde utilidad durante sus transformaciones espontáneas
(segundo principio de la termodinámica). Las formas de energía primigenias del universo son
probablemente la energía gravitacional y la energía nuclear. La energía gravitatoria mantiene
a las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confina la atmósfera que
hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol
produce un incesante flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una
pequeña parte de esa energía llega a la Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El
calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las
gigantescas placas tectónicas terrestres. Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se
transforma, mediante la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por
muchas clases de bacterias y plantas.
Todas las energías renovables tienen origen directa o indirecta en la radiación solar: la
energía eólica es consecuencia del desigual calentamiento de la superficie de la Tierra; la
energía hidráulica es el resultado de la energía potencial que alcanza el agua una vez
evaporada por el calor solar y depositada en forma de lluvias o nieve en lo alto de las
montañas. La energía de las olas y, en parte, de las mareas también tienen su origen en el
Sol. Igualmente, la más aprovechada en la actualidad de las energías renovables, la
biomasa, en cualquiera de sus etapas, primaria, secundaria o residual, es el resultado de la
fotosíntesis generada gracias a la absorción de la radiación solar.
_ Espectro solar El espectro de la radiación solar se puede asimilar al espectro de emisión de un cuerpo negro
de 5700 K. Las longitudes de onda de la radiación emitida varían en más de 10 ordenes de
magnitud, desde los rayos X y los rayos γ (10-10 m) hasta las ondas radio (1 m). La emisión
es máxima para una longitud de onda de 483 nm, que se sitúa en el espectro visible, entre
azul y verde. La energía no se reparte igualmente en las diferentes longitudes de onda. La
parte ultravioleta (menos de 400 nm) contribuye solo en un 9% del total. El espectro visible
(entre 400 y 700 nm) contribuye en un 39% y el infrarrojo (longitudes de onda superiores a
700 nm) en un 52%.
91
Figura 7: espectro electromagnético y espectro solar preponderante La radiación que llega a la superficie de la Tierra es muy distinta de la radiación extra
terrestre tanto cualitativamente como cuantitativamente. Las razones físicas de esta
diferencia son varias: que la orbita de la Tierra es elíptica, la propia forma del planeta, la
inclinación del eje de rotación, la composición de la atmósfera y la reflectividad (albedo) de
las nubes y superficies terrestres. Los cambios en la radiación solar debidos a que la orbita
sea elíptica son despreciables en comparación con el efecto de la esfericidad, del albedo y de
la rotación de nuestro planeta. La densidad de radiación recibida por la superficie esférica de
la Tierra es la cuarta parte de la constante solar, esto es, no más de 343 W/m2. La reflexión
en la parte superior de las nubes, los océanos, y superficies terrestres varía mucho con las
estaciones, pero, por término medio, el albedo terrestre reduce este flujo en un 30 por ciento
hasta los 235 W/m2, que corresponde a la radiación solar anual media que llega al suelo, en
áreas desérticas subtropicales con aire limpio y nubosidad mínima.
Figura 8: espectro solar extra terrestre y a nivel del mar. Fuente: “El juego de las geometrías bajo el sol”, Diana Rodríguez, Tesina master AEM, 2007.
92
_ Radiación global, directa y difusa La atmósfera terrestre (especialmente sus capas más cercanas al planeta, troposfera y
estratosfera), junto con la presencia del Sol y de su radiación, son los artífices de la vida
sobre la Tierra. La atmósfera, que es un conjunto de gases entre los que predominan el
oxígeno y el nitrógeno, actúa de filtro de parte de la radiación solar. Al tiempo, una vez
recibida, y tras ser absorbida por la superficie de la Tierra, evita que se pierda en su totalidad
por re-irradiación; de ese modo se consigue una temperatura relativamente estable sobre la
Tierra. Parte de la radiación solar atraviesa la atmósfera y llega directamente a la Tierra, sin
haber sufrido ningún cambio de dirección; es la llamada radiación directa. El resto de la
radiación, que no llega directamente, es absorbida o reflejada por las partículas en
suspensión, por algunos gases, por el vapor de agua o por las nubes. Esa energía reflejada
cambia de dirección y en parte es devuelta al espacio exterior, pero, finalmente, una fracción
de esa llegará a la superficie de la Tierra, difundida por igual desde todos los puntos de la
bóveda celeste; es la radiación difusa. En cuanto a la radiación absorbida, la reducción no se
produce de una forma uniforme sino que la absorción se produce selectivamente según la
sustancia absorbente, produciéndose los característicos picos en el espectro solar sobre la
Tierra, en comparación con el espectro extra terrestre. El caso más conocido en la actualidad
es la absorción selectiva que realiza el ozono de la radiación solar que se emite en la banda
del ultravioleta.
La radiación tiene tres componentes; la directa del cielo, la reflejada externa y la reflejada
interna, cuya suma determina su valor.
Figura 9: Espectro Esquema radiación global. Fuente: propia.
FLD = CC + CRE + CRI (castellano)
93
DF = �SC + ��ERC + ��IRC (inglés) Donde,
CC, Componente difusa directa de cielo, corresponde a la luz que proviene de la boveda
celeste e incide directamente sobre el plano de trabajo. Depende del ángulo de cielo visto del
punto P.
CRE, Componente de luz difusa reflejada exterior corresponde a la luz del cielo reflejada
en edificios u otros obstáculos enfrente de la ventana y que incide directamente sobre la
superficie de trabajo o el punto P. Depende del ángulo de cielo obstruido por las fachadas de
los edificios enfrentados o en el entorno que obstaculicen el paso de la luz entre el sol y el
punto P. A este ángulo se le denomina OC, Factor de obstrucción de cielo θ. (CRE= CC * OC
* ρ )
CRI, Componente reflejada interior, depende de la forma, de las proporciones y de las
reflectancia internas del local.
La suma de estas tres componentes dan la iluminancia interior media o la iluminación de un
punto P. en la superficie horizontal de trabajo. El calculo del FLD se realiza con el método
BRE (British Research Establishment), con cielo CIE estándar e iluminación lateral, en forma
numérica o por métodos gráficos.
.
94
10.3_ Iluminación solar o natural
Figura 10: irradiancia según latitud. Fuente: Dialux.
La luz natural proviene de una fuente principal, el sol, y de una fuente secundaria, el cielo,
iluminado por el sol, pero que reemite una luz muy distinta: más suave, más fría (su espectro
se desplaza hacia los azules) y difusa (no proyecta sombras).
En los países del Sur de Europa donde la luz del cielo debería ofrecer un criterio de diseño
determinante para el proyecto de arquitectura. En el norte de Europa, en efecto, la radiación
solar es siempre bienvenida, y unas simples cortinas pueden eliminar la molestia visual de los
rayos solares más bajos y penetrantes. En el clima mediterráneo, en cambio, se hace
necesario protegerse del calor veraniego y, en las regiones tropicales, la radiación solar se
convierte en un enemigo de todo el año. Por lo tanto, una vez que se haya logrado negarle la
entrada al sol, los edificios sólo disponen, para su iluminación, de eventuales reflexiones
sobre el terreno, la vegetación u otros edificios, y, por encima de todo, de la luz del cielo. Esta
luz difusa ofrece varias ventajas con respecto a la luz artificial: es gratuita, su variación suele
ser apreciada y, además, tiene una excelente eficacia luminosa (hasta 150 lúmenes por cada
vatio de energía solar14), es decir que, a igual cantidad de luz, calienta mucho menos que las
lámparas incandescentes, y dos veces menos incluso que los tubos fluorescentes (cuya
eficacia ronda los 75lm/W)
14 Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de arquitectura”, B. Beckers, Informe Helio_005_es, 2007
95
En relación a su factor lumínico interior y como estos suponen un ahorro energético y un
mejor confort interior. La habitabilidad lumínica se entiende como la condición lumínica que
presenta una vivienda y se evalúa por la iluminación natural que tienen los diferentes
recintos.
_ La luz sobre las superficies Para calcular el aporte del cielo en luz difusa, disponemos de varios modelos normalizados
que nos ofrecen mapas en luminancias de la bóveda celeste . El problema es que las
luminancias del cielo y su reparto espacial varían mucho en función de las condiciones
atmosféricas. La idea de un cielo uniforme parece convenir bastante bien para el cielo tropical
nublado. Otro modelo describe el cielo cubierto como tres veces más luminoso en el cenit que
en el horizonte.
Figura 11: Tipos de cielo. Fuente: http://new-learn.info/learn/packages/clear/index.htm El cielo azul (a la sombra del sol), el que aquí nos interesa, es más complejo: tiene su mínimo
cerca del cenit, al opuesto del sol, una corona más luminosa cerca del horizonte y, desde
luego, su máximo en la vecindad del sol, aunque éste esté tapado. Sin embargo, este
modelo, además de conducir a cálculos bastante pesados, presenta valores que varían en
función de la altura del sol, sin contar su posible hibridación con modelos de cielo cubierto
para obtener promedios más realistas. No entraremos aquí en tales dificultades, ya que sólo
queremos reflexionar de forma conceptual sobre el sentido y el posible uso de los factores de
cielo.
Otra manera de proceder, más práctica, consiste en medir, en determinadas condiciones
atmosféricas, la respuesta de un luxómetro mantenido horizontalmente en un lugar totalmente
despejado. Es lo que propone el siguiente ábaco
cielo Uniformecielo Nubladocielo IntermedioCielo despejado cielo Uniformecielo Nubladocielo IntermedioCielo despejado
96
Figura 12: Ábaco iluminancias según altura solar. Fuente: “Interpretación geométrica de la luz del cielo en el proyecto de arquitectura”, B. Beckers, Informe Helio_005_es, 2007. Las dos curvas inferiores dan los valores en luxes de la iluminancia del cielo sobre un plano
horizontal en función de la altura solar en las dos condiciones extremas: cielo despejado (en
azul) y cielo cubierto (en cian). El valor máximo es de 20 000 luxes (cielo cubierto con sol casi
cenital); un cielo cubierto de invierno podría dar unos 10 000 luxes, un cielo despejado de
verano unos 15 000 luxes.
La pregunta que nos interesa ahora es: ¿cuánto se medirá en el luxómetro si lo desplazamos
en una calle o en el interior del edificio proyectado? A primera vista, el factor de cielo podría
aportar la respuesta, ya que nos da, para el punto elegido, la proporción visible del cielo. Sin
embargo, al examinar las propiedades de la luz difusa, veremos que esta manera de razonar
es incorrecta, aún para un cielo uniforme.
Para resolver completamente el problema, habría que resolver las ecuaciones de radiosidad,
las cuales permiten calcular la iluminancia sobre todas las superficies de la escena tomando
en cuenta las interacciones entre todos los objetos. En este método, se trata de expresar el
equilibrio radiativo, considerando que la radiosidad de un pequeño elemento de superficie es
la suma de su emisión propia y de todas las radiosidades provinentes de los otros elementos
visibles y que se reflejan sobre este elemento.15
15 Radiosity and global illumination”, François X. Sillion & Claude Puech, Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, 1994.
97
Tal cálculo, perfectamente realizable, exige precisar un gran número de parámetros físicos y,
como debe tomar en cuenta todas las interacciones posibles entre los elementos planos que
constituyen la escena, resulta muy largo y requiere la utilización de técnicas algorítmicas
complejas. Un cálculo de esta naturaleza puede ser muy útil para el análisis, pero es
totalmente inoperante como ayuda al diseño, no sólo por su lentitud, sino porque nos pide
definir con exactitud las características ópticas de todos los materiales, lo cual puede resultar
difícil en las primeras etapas del diseño.
No obstante, aquí nos interesamos solamente por la luz difusa del cielo, y descartamos la
reflexión difusa. Es decir que hacemos como si todas las obstrucciones de la escena fueran
muy oscuras, y absorbieran por completo la luz incidente. En estas condiciones,
examinaremos el caso sencillo de la interacción entre un elemento plano de la escena (el
luxómetro) y el cielo, parcialmente obstruido por los objetos de la escena.
En el método de la radiosidad, las interacciones entre los distintos elementos son descritas
mediante una expresión puramente geométrica llamada factor de vista (o factor de forma).
Este término, que resulta de una doble integración sobre los dos elementos puestos en
relación, es proporcional a los cosenos de los ángulos que forma el rayo con las normales a
las dos superficies, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Su significado físico, deducido de las propiedades del intercambio radiativo, es que
representa la proporción de la potencia total recibida por el segundo elemento y
abandonando el primer elemento. Se puede mostrar, utilizando la analogía de Nusselt16, que
este factor puede ser evaluado con sencillez proyectando ortogonalmente sobre el plano
estudiado la proyección esférica de las máscaras: la relación entre la superficie de cielo y la
superficie del círculo da precisamente el factor de vista puntual. Esta observación es muy
importante para nosotros, ya que el programa Heliodón evalúa ya el factor de cielo mediante
una proyección azimutal equivalente; basta substituirla por una proyección ortogonal para
obtener el factor de vista.
En el caso de un cielo uniforme, el factor de vista aplicado a un punto de una superficie y a la
parte visible del cielo nos dará directamente la relación entre las iluminancias que
corresponden a la bóveda celeste completa y a su parte no ocultada por las máscaras.
16 “Enrichment of the visual experience by a wider choice of projections”, B. Beckers, L. Masset & P.
98
_Cartas solares
Como ya adelantado, la única manera de obtener resultados fiables en los cálculos que
involucran la radiación solar incidente en un lugar específico es tener una cantidad muy
elevada de dato experimentales en el mismo lugar. Los métodos analíticos que hemos visto
representan sin embargo una buena aproximación. Antes de su desarrollo completo, pero
aprovechando ya de la convención Tierra fija – Sol móvil, se utilizaban diferentes
representaciones gráficas para determinar la posición del Sol, que ahora no se utilizan en los
cálculos precisos, pero que siguen teniendo cierto interés por ser muy intuitivas y rápidas de
utilizar. En realidad no se trata de otra cosa que de diferentes proyecciones del imaginado
movimiento del Sol con respecto a la Tierra. Se clasifican como:
- cartas de proyección estereográficas
- cartas de proyección ortogonal
- cartas de proyección gnómica
- cartas de proyección cilíndrica
En las cartas de proyección estereográficas se proyecta la posición del Sol sobre un plano
tangente a la bóveda celeste y paralelo al ecuador celeste, tomando como referencia al polo
sur celeste. Tiene como propiedad que conserva los ángulos y, por tanto, se puede utilizar
para dibujar sobre ella sombras.
Figura 13: carta estereográfica para la latitud 28ºN Fuente:
En las cartas ortogonales se proyecta la posición del Sol perpendicularmente sobre un plano
paralelo al ecuador celeste. Tiene como propiedad que mantiene correctamente las formas
99
en la superficie cerca del ecuador pero las falsea si están lejos del ecuador. Las cartas
ortogonales son las más fáciles de reproducir y, aunque no permitan su empleo en el
sombreamiento, permiten dibujar la trayectoria solar en cualquier latitud con gran facilidad y
representarla en un diedro. La más conocida es la carta de Fisher. En las cartas gnómicas se
proyecta la posición del Sol sobre un plano tangente a la bóveda celeste en el cenit y paralelo
al ecuador celeste, tomando como referencia el centro. Tienen como aplicación la
construcción de relojes solares. En las cartas cilíndricas se proyecta la posición del Sol sobre
un plano que rodea a la bóveda celeste tangente a ella a la altura del ecuador celeste,
tomando como referencia el centro. Tiene el gran inconveniente que en todas aquellas
localidades donde el Sol alcanza el cenit, es decir todas aquellas con latitudes menores de
23º27’, no se puede dibujar completa la trayectoria solar.
Figura 14: carta solar cilíndrica para la latitud 28ºN
_El cálculo de sombras. Métodos gráficos y analíticos.
El cálculo de las sombras que obstrucciones de varia naturaleza proyectan sobre las
superficies resulta fundamental en el cálculo de la radiación incidente. Existen métodos
analíticos precisos que calculan las sombra en un momento determinado; y métodos gráficos
menos precisos pero que calculan y visualizan la sombra generada a lo largo del día,
utilizando las proyecciones estereográficas o cilíndricas de las que se dijo anteriormente.
Herramientas informáticas permiten hoy en día aprovechar de los dos métodos para obtener
una buena visualización y cierta precisión en los cálculos numéricos.
Métodos gráficos: principalmente son dos, el método de las máscaras y el f-chart.
100
El método de las máscaras de sombra se utiliza con las cartas solares estereográficas.
Consiste en la realización de un estudio gráfico de proyección de sombra sobre la carta solar.
Para ello es necesario calcular los ángulos horizontal y vertical de sombra, por vía gráfica,
una vez conocidas las dimensiones y la colocación especial de la protección respecto a la
superficie que se investiga.El método f-chart consiste en representar las alturas de los
obstáculos (altura angular: se mide en º) sobre una especial carta de radiación cilíndrica, que
se utiliza juntamente con unas tablas de valores. En esta especial carta cilíndrica, aparecen
diferentes sectores que representan diferentes afecciones de la sombra en los varios
períodos del año. Es un método muy utilizado en el proyecto de instalaciones solares
térmicas.
Figura 15: carta de radiación f-chart para una latitud de 42ºN
_ Aspectos generales de diseño con luz natural El diseño de una estrategia de iluminación natural es imprescindible, si lo llevamos al ámbito
de la arquitectura energéticamente eficiente. Sin embargo, para generar esta, es necesario
tener claro una serie de operaciones, que determinaran como una cierta concepción
arquitectónica se traduce en un adecuado desempeño de la iluminación natural. Estas
operaciones son las siguientes:
Captar la cantidad adecuada de luz natural (de acuerdo al destino de uso del recinto),
considerando la porción de iluminación que efectivamente sera transmitida al interior a través
de ventanas y/o lucarnas. También hay que tomar en cuenta el efecto que producirán las
superficies existentes (ya sean reflectivas u opacas) en el entorno de la vivienda.
101
Ingresar al interior del recinto la cantidad de luz natural que se desee de acuerdo al objetivo
de diseño. En esto no solo son relevantes las condiciones ambientales exteriores, sino
también las superficies vidriadas de la fachada. La iluminación lateral (por ventanas)
corresponde a una de tipo dirigido, donde generalmente se acentúa el relieve, pero limitada
en profundidad, contrario a lo que sucede con la iluminación cenital que es más uniforme.
Distribuir adecuadamente la luz natural al interior de los recintos de la vivienda, cuidando la
reflexión sobre muros, cielo y mobiliario y los obstáculos que estos pudiesen representar. En
este aspecto, hay que tener un cuidado especial con los colores de las distintas superficies
que incidan sobre la distribución de la luz y el tipo de vidrio utilizado (nivel de transparencia).
Proteger del exceso de iluminación natural, fenómeno que puede reducir significativamente
las posibilidades de confort visual interior producto del deslumbramiento. Esto se puede
controlar por medio de elementos fijos (aleros, toldos, parrones) o móviles (celosías,
persianas).
Focalizar una mayor intensidad de iluminación en lugares asociados a un requerimiento
específico, como por ejemplo un escritorio.
_ Control de la luz natural
La intención, muchas veces será, reducir el deslumbramiento en proximidad a las fachadas.
En la fachada sur es mas fácil controlarlo que en la fachada Este u Oeste por el mayor ángulo
de inclinación del sol durante el día. Las ventanas a norte ofrecen una iluminación mas
regular y sin problemas de deslumbramiento pero no permite el aprovechamiento de la
energía solar en forma pasiva.
Es necesario y conveniente combinar los parámetros de iluminación natural con los de
energía solar de manera de reducir al mínimo las pérdidas térmicas y aprovechar al máximo
la luz natural permitiéndonos un ahorro de energía en los edificios , tanto en iluminación como
en calefacción y refrigeración, sobre todo teniendo en cuenta la coincidencia de la mayor
demanda de electricidad con la mayor cantidad de luz natural disponible y justamente
corresponde al periodo de la tarifa mas elevada.
Para evitar el deslumbramiento, debido a la radiación directa, existen sistemas de protección
solar como persianas, lamas, cortinas, filtros, difusores, etc., así como elementos propios del
edificio como aleros, viseras, balcones, vidrios especiales, reflectantes o absorbentes etc.
102
_ Sistemas de iluminación natural
Según la IES los sistemas de iluminación natural se pueden clasificar en los siguientes tipos:
a_ Unilateral, b_ Bilateral, c_ lucernario vertical, d_ Linterna, e_ lucernario en dientes de
sierra, f_ Claraboyas, g_ Lucernario horizontal. Me centraré en los aspectos generales de las
ventanas y los lucernarios.
Figura 16: Clasificación de los elementos solares pasivos. Fuente: European passive solar handbook’,1986. _ Ventanas
El sistema de iluminación natural lateral mas común es la ventana. La potencia lumínica
transmitida a través de una ventana disminuye rápidamente con la profundidad o distancia al
103
vano. Al aumentar la superficie de ventana se aumenta su nivel de iluminación natural interior
pero al mismo tiempo se aumenta la superficie de perdida por lo tanto se aumenta la carga de
calefacción en invierno y la de refrigeración en verano.
El nivel de iluminación requerido para realizar una actividad de forma confortable depende la
las luminancias de los alrededores. “El ser humano tiene una capacidad de adaptación visual
a un amplio margen de niveles de iluminación, lo que no ocurre con las temperaturas.”17
Con respecto a las ventanas, las dificultades en su diseño estarán más determinadas por el
objetivo de conseguir una adecuada distribución de la iluminación más que por la
captación. Para esto, hay que tomar en cuenta, por ejemplo, la transmisión de la luz a través
de la ventana, donde un vidriado simple transmite aproximadamente 85% de la luz incidente,
mientras que en el vidrio doble este valor se reduce a un 70%. El efecto de la suciedad puede
también reducir en un 10% la transmisividad. El problema de distribución de la iluminación
natural al interior de una planta de crujía profunda puede ser reducido mediante el aumento
de la altura de la ventana,
Figura 17: -Mecanismos sombreadores externos: a) fijos, b) ajustables o móviles. Fuente: Commission of the European Communities, 1999. 17 Yáñez, 2008: 502
104
_ Lucernario
Los lucernario, ventanas horizontales que utilizan la iluminación cenital, son mas efectivos
que las ventanas puesto que la bóveda celeste alcanza niveles de luminancia mayores en el
cenit que en el horizonte. De otra forma “aprovechan el ángulo de mayor luminancia del
cielo, de manera que son capaces de captar tres veces más luz por unidad de superficie. Sin
embargo, generalmente presentan el problema de producir una gran ganancia térmica en
verano, incrementando el riesgo de sobrecalentamiento”. (Bustamante, 2009)
Proporcionan mayores niveles de iluminación con la misma superficie de apertura que una
ventana y pueden conseguir una iluminación más uniforme y mejor distribuida sobretodo en
espacios profundos. Además pueden servir para facilitar la ventilación natural. Si embargo
pueden suponer un sobrecalentamiento excesivo en verano, son mas vulnerables a la
entrada de agua de lluvia y pueden suponer un mayor coste de construcción e instalación. En
relación a su orientación se comportan similar a una ventana.
10.4_ Software: Heliodón 2
Heliodón 2 es un programa redactado para el diseño interactivo con la radiación solar y la luz
natural, utilizable tanto en los proyectos arquitectónicos que en aquellos de escala urbana.
Como ya se ha comentado antes, permite estudiar los trayectos solares desde cualquier lugar
del globo y analizar la incidencia de la radiación solar directa relativamente a uno o más
objetos, teniendo en cuenta el enmascaramiento producido por los obstáculos existentes. Los
datos de radiación relativos a los diferentes puntos geográficos ya están integrados en el
software: es suficiente que el usuario ingrese manualmente los valores de latitud y de altitud
de la localidad considerada. En el caso de Barcelona, la altura sobre el nivel del mar es
irrelevante respecto a la radiación solar, por lo tanto se pone igual a 0.
El programa trabaja con valores de radiación máximos, es decir que se refieren a un cielo
siempre despejado, aunque en realidad, exista un cierto porcentaje de días con cielo cubierto
que varia según las características climáticas de la zona geográfica en cuestión. Es una
visión muy optimista que ofrece pero indicaciones suficientes para la comparación. Se toma
en cuenta, en cambio, el ángulo de incidencia del flujo solar respecto a las superficies
iluminadas, considerando que los planos paralelos a los rayos no reciben en absoluto la
radiación (ángulo de incidencia = 0) mientras que los planos ortogonales reciben radiación
máxima (ángulo de incidencia = 90 grados)
105
La primera etapa del cálculo de la iluminación solar consiste en conocer la posición del sol en
todo momento dentro de los ejes locales del observador. Desde un punto de la tierra, el
movimiento del sol se basa esencialmente en dos rotaciones, la primera con une largo
período, un año, y un radio considerable, una unidad astronómica, o sea unos 150 millones
de kilómetros, la segunda con un período corto, un día, que se realiza alrededor del eje norte-
sur de la esfera terrestre. Estos dos ejes son respectivamente perpendiculares al plano de la
eclíptica y al plano del ecuador terrestre. A continuación, definiremos ambos movimientos.
_ Movimiento de la tierra alrededor del sol La tierra gira alrededor del sol en 365.25 días. Su trayectoria se realiza en el plano de la
eclíptica, el cual se halla inclinado de 23.5 grados con respecto al plano ecuatorial terrestre.
En astronomía, tales hipótesis no bastan para obtener datos de posición precisos, pues es
necesario recordar que la trayectoria es elíptica, lo cual conduce a considerar la ecuación del
tiempo y a resolver la ecuación de Kepler. Sin embargo, para la concepción del proyecto de
arquitectura, la aproximación circular no afecta las elecciones que tomar.
La posición del sol es luego dada por su posición angular sobre una trayectoria supuesta
circular. Esta posición puede relacionarse con los días al establecer la equivalencia entre el
año y un círculo de 360 grados. Queda luego definida por la siguiente fórmula, donde d es el
número del día en el año.
El origen de los ángulos es adaptado de modo que el ángulo valga 0° en el paso por el punto
vernal, es decir: en el equinoccio de primavera (21 de marzo).
El sol se demora mucho más tiempo en las regiones de los solsticios que en las de los
equinoccios, lo cual se observa también en la proyección estereográfica de los trayectos
solares, aunque las distancias entre trayectos no se vean en verdadera magnitud.
_ Posición del sol en los ejes locales La tierra gira sobre sí misma en 24 horas, y la posición del sol depende de esta rotación
representada por la hora. Consideremos pues tres vectores apuntando desde el centro de la
esfera terrestre hacia tres puntos de su superficie, respectivamente hacia el polo norte N,
hacia el sol S y hacia el cenit del punto estudiado P donde se encuentra el observador. El
ángulo entre N y S es por definición el complemento de la declinación del sol: 90° – δ, Ec.(5).
Recordemos que este ángulo varía a lo largo del año entre -23.50° y +23.5°, posiciones en
los solsticios de invierno y de verano. El desfase horario corresponde al ángulo entre el
106
meridiano de la hora y el de mediodía: 15°/h (t-t0), t midiéndose en horas. El ángulo entre N y
P define la co latitud 90° - φ. Calculamos para empezar el ángulo entre la vertical local P y la
dirección del sol S, sea por lo tanto: ψ, llamado también ángulo cenital. Se obtiene
simplemente utilizando la fórmula clásica de los triángulos esféricos [1].
_ Diagrama Isócrono Para evaluar la duración diaria, anual o estacional del asoleo en un punto o superficie, se
idea esta nueva proyección, que llamamos isócrona, porque tanto las horas (eje horizontal)
como los meses (eje vertical) son equidistantes en ella, lo cual permite integrar el asoleo en
períodos determinados por el usuario.
Figura 17: Isócronas centradas en un solsticio. Fuente: -“Una proyección sintética para el diseño arquitectónico con la luz del sol” , Benoit Beckers, Luc Masset & Pierre Beckers
En el eje horizontal encontramos los ángulos expresados en horas y en el vertical los días del
año. Las curvas indican las alturas angulares del sol. Al recorrer este gráfico horizontalmente,
vemos desfilar un día. Verticalmente, vemos desfilar un año a una hora fija. Si impusiéramos
a este gráfico una escala adecuada, cada uno de sus puntos representaría une hora.
El diagrama isócrono permite visualizar en el tiempo la parte de la bóveda celeste sobre la
cual se desplaza el sol. A partir de las ecuaciones de la mecánica celeste, representamos en
cualquier punto de la tierra la posición del sol en un momento preciso: día y hora. Los
intervalos de tiempo se ven en verdadera magnitud, o, dicho de otro modo, cada píxel del
gráfico representa el mismo intervalo de tiempo, a diferencia de lo que ocurre en la clásica
representación estereográfica.
107
_ Influencia de la atmosfera
Figura 18: Transmisión de la radiación solar en el ecuador. Fuente: -“Una proyección sintética para el diseño arquitectónico con la luz del sol” , Benoit Beckers, Luc Masset & Pierre Beckers Para un punto situado en el ecuador, vemos en el diagrama isócrono de la figura que el
factor de transmisión es superior a 60% desde las 9 h 30 hasta las 14 h 30,
aproximadamente. Esta transmisión del 60% corresponde a una altura solar superior o igual a
45° De acuerdo con el diagrama de la figura, las curvas isovalores de la potencia recibida se
escalonan más suavemente en torno al máximo que las de la altura angular del sol.
Multiplicando este factor por la potencia exo-atmosférica Sp0 = 1380 Wm-2 e integrando en el
tiempo, obtenemos el flujo de energía que alcanza el punto considerado. Se expresa
habitualmente en kWh/m2. En este cálculo, no se toma en cuenta la dirección del flujo. Esto
significa que, si queremos captar la energía, necesitaremos un receptor adecuado, por
ejemplo un panel solar que se oriente constantemente de modo a mantenerse perpendicular
al flujo. Esta energía es, por lo tanto, el valor máximo que podremos obtener en un punto.
La integración temporal puede efectuarse para períodos definidos a la vez sobre un intervalo
horario y sobre un intervalo de días. Si integramos sobre el año completo, la suma de los
períodos diurnos es siempre igual a la suma de los períodos nocturnos y equivale a medio
año, o sea 4383 horas.
El asoleo es muy distinto según la latitud. Así, en la línea que corresponde al ecuador, vemos
que la energía es bastante constante, siendo su variación máxima de un 5% entre los
solsticios y los equinoccios. Esta variación aumenta significativamente con la latitud, la
108
variación entre el invierno y el verano es superior a un factor 10. Observamos también que la
radiación disminuye con la latitud, muy fuertemente en invierno, y, en torno a los equinoccios,
de manera similar al promedio anual. En el polo, la radiación es nula entre el equinoccio de
otoño y el de primavera (noche polar).
En verano, en cambio, el hecho de que la incidencia del rayo solar disminuye con la latitud
queda más que compensado por el aumento de la duración de los días y, como consecuencia
curiosa, es en el polo donde encontramos el mayor asoleo diario en torno al solsticio de
verano.