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OBSERVACIÓN DE LA TRAYECTORIA SOLAR
La formación académica de generaciones de
arquitectos los propició el desarrollo de los
métodos de diseño en la década de los 60 y 70
del siglo XX
En el diseño Industrial se exigían resultados a
partir de secuencias planificadas.La arquitectura
planificada, las fábricas de casas, la industria de
prefabricados,etc, exigían menos genialidad y
mayor planificación.
En la actualidad se cuestiona, en el campo del
diseño
y en particular en la arquitectura, la eficacia de la
aplicación de métodos rígidos y otra vez estamos
inmersos en el estilo o la genialidad, a la cual se
puede llamar frivolidad.
Cuando se realiza una actividad proyectual
utilizamos una serie de secuencias, conscientes
o inconscientes, que nos permiten establecer un
principio y un fin en el desarrollo de nuestro
proyecto.
Evaluar antes de construir es un requisito indispensable para
garantizar resultados, siempre y cuando tengamos parámetros de
referencia.
En la actualidad, la arquitectura debe buscar un óptimo confort del
usuario y del consumo energético. Para lo cual se requiere manejar un
sinnúmero de variables: temperatura, humedad, iluminación, ventilación,
orientación, insolación,
sensaciones, color, materiales, sistemas de
acondicionamiento,instalaciones, etc.
Debemos tratar de resolver el Problema con Diseño y no con Tecnología.
La orientación que se dé a los edificios supondrá qué tanto los rayos
solares inciden sobre cada una de sus fachadas y cuáles serán los
efectos de dicha incidencia. Si queremos resolver en forma adecuada las
distintas fachadas, ya sea abriéndolas o utilizando sistemas de
cerramiento o control, debemos conocer, entre otros, la posición del sol
respecto a la construcción analizada.
TRIDIMENSIONAL
GRÁFICA(2D)
DETEMINACIÓN DE LA TRAYECTORIA DEL SOL
RESPECTO A UN SITIO ESPECÍFICO
TÉCNICAS
Experimentación en laboratorio
mediante máquinas solares o
Heliodones
Utilización de sistemas
numéricos
APLICACIÓN MATEMÁTICA
ANTECEDENTES
En la Historia se creyó que el tiempo es Cíclico y
medida en relación a acontecimientos concretos. La
producción agrícola y el cambio de estaciones, los
inicios de periodos de lluvias, la salida y puesta del
Sol, están vinculados con el movimiento de los astros
del universo y en especial con el movimiento de la
Tierra respecto al Sol.
La necesidad de vivir en un lugar relativamente
protegido, cómodo y
seguro, requiere de información importante, por
ejemplo las características climatológicas del lugar.
Para establecer y predecir ciclos climatológicos están
los medidores del tiempo cíclico, ya sea en forma de
relojes solares, edificios solares o mega instrumentos
que permiten observar la aparente trayectoria de los
astros.
LOS OBSERVATORIOS
Los astrónomos, a lo largo de la historia
vigilan los cielos en busca de significado y
comprensión ,esta actividad tiene relación
con la arquitectura, y mas con aquélla
vinculada a la medición de los ciclos y que
generalmente se asocia con rituales
religiosos o mortuorios. Hay muchos
edificios o construcciones, en diferentes
partes del mundo y de distintos periodos de
la historia, diseñados de manera exclusiva
para la observación de la bóveda celeste:
La arquitectura de estos enormes
instrumentos (yantra) es de volúmenes
lisos, sencillos, imponentes, en los cuales
las líneas curvas se mezclan
armoniosamente con las rectas
el Samrat Yantra
(coloso de 45 m de longitud, 30 m de
ancho y 27 m de alto) que proyecta su
sombra
sobre una escala graduada para
observar los ángulos de proyección
El Gran Reloj Solar con el
Nadivalaya Yantra, o
bien doce máquinas para
el estudio de signos del
zodiacosu ubicación coincide con
un número importante de
alineaciones entre la
arquitectura y los
principales astros celestes
Este Megainstrumento estaba
relacionado con la elaboración del
calendario utilizado
Montealbán, Paalmul y
Mayapán (Mesoamérica)
Observatorio de
Jaipur(construido en
la India en 1734
d.C)
Su importancia se deriva de: las características
de su
equipamiento y sus condiciones de
Conservación
corresponde al mundo
Prehiapánico de América
Este edificio consta de dos
plataformas sobrepuestas y
en ellas un edificio circular a
manera de torre, que tiene
en su parte central una
escalera de caracol por la
que se llega a una pequeña
cámara de observación
En las paredes de este
espacio hay una serie de
orificios o ventanillas que
permiten la observación de
los astros y su movimiento
Utilizando este sistema encontramos algunos
alineamientos de las posiciones críticas de los
principales astros celestes:
la puesta del sol en el
solsticio de invierno
la puesta del sol en el
solsticio de veranolos ortos lunares de invierno y
verano
en realidad es un instrumento
astronómico de gran tamaño que consistía
en un par de miras similares a las de un
rifle
La mira anterior
es el par de piedras que
forman la entrada.
La mira posterior
par de piedras que
formaba el trilito
se encuentra dentro de un círculo de 30
piedras, con un diámetro de más de
90m. A ochenta metros del centro
existe un marcador, la piedra Talón, que
en combinación con el trilito central
marca el eje dominante del conjunto
considerada por muchos una
estructura ritual,vinculada al mundo
pagano, druídico,
OBSERVATORIOS
Stonehenge(Wiltshire,
Inglaterra, 2600-1800 a.C)
grupo de trilitos colocados en
forma de herradura
Chichén Itzá
Caracol u observatorio
astronómico
ARQUITECTURA PARA EL SEGUIMIENTO DE LA TRAYECTORIA SOLAR
Los griegos establecieron la medición del tiempo mediante
relojes solares, el más común es el gnomón, instrumento de
astronomía compuesto de un estilo vertical y un círculo
horizontal con el que se determinaba el acimut y altura del sol;
también se le da la acepción de indicador de horas en los
relojes solares.
Gnómica es la ciencia que trata de la construcción de relojes
solares que permiten definir la hora,el día y la estación del año,
esto en función del ángulo y longitud de la sombra proyectada.
Con estos conceptos se desarrollan los métodos gráficos
para la representación de la relación entre orientación, ángulos
de incidencia y sombras proyectadas.
Las siguientes tradiciones provocan propuestas
contemporáneas de edificios o megainstrumentos
para la observación de la trayectoria solar
TEMPLO DE ABUSIR (EGIPTO – 2500
A.C)
Se usa la solución con base en un elemento vertical que
permite establecer la posición del sol a partir de la
sombra proyectada. Construcción resuelta a base de un
gran obelisco de planta cuadrada colocado sobre un
basamento piramidal, todo ello envuelto por un conjunto
amurallado. Predominan dos ejes de composición: uno,
longitudinal predominante, con una orientación este-oeste y
el otro, transversal,
en el sen ti do norte-sur.
UAXACTÚN, EN GUATEMALA (C.600 D.C.)
Se utiliza un elemento horizontal al que se le
relaciona con el orto solar. Consiste en un conjunto
de edificios sobre una misma plataforma; en el lado
occidental se encuentra una pirámide que mira hacia
el este y frente a ella se erigen tres templos sobre una
terraza, con sus fachadas en fila de norte a sur y
arregladas convenientemente para establecer las
visuales que se obtienen desde ciertos puntos del eje
central de la escalinata oriental de la pirámide, en el
lado occidental de la plaza.
Observando el Sol iendo hacia el norte, desde los
puntos de este eje, se veía salir exactamente:
detrás del punto central del templo de en
medio:el 21 de marzo( en el equinoccio de
primavera)
detrás del ángulo frontal norte del templo del
norte el 21 de junio( solsticio de verano)
detrás del punto central del templo de en
medio en su camino de regreso hacia el sur, el
21 de septiembre( equinoccio de otoño)
detrás del ángulo frontal sur del templo del
sur el 21 de diciembre( solsticio de invierno).
Esta reunión de edificios era un instrumento
práctico para determinar el día más largo y el día
más corto del año y las dos
posiciones intermedias en que el día y la noche son
de igual
duración, y fue posible desarrollar un sistema de
medición
para el calendario maya basado en el concepto del
tiempo cíclico.
Permitía establecer el Tzolkin o año sagrado (260
días), el año civil
(maya o haab de 365 días) que se componía de 19
meses, 18 de 20 días y uno de 5 días, lo que da un
total de 365 posiciones.
EDIFICIO DE OFICINAS DE DISNEY EN
ORLANDO, (FLORIDA, EUA, 1999) DEL
ARQUITECTO ARARA ISOZAKI.
El componente más destacado es el patio, centro
conceptual de la construcción.
El arquitecto se centra en el diseño de un gigantesco
instrumento de medición de la trayectoria solar:
Una inmensa aguja, colocada en voladizo sobre la
apertura superior del cono lleva en el extremo opuesto
una bola, cuya sombra se mueve lentamente entre
curvas de azulejos en los muros del patio.
Las líneas y los puntos indican el mes, el día y la hora.
El patio central es un lugar para observar, reflexionar y
meditar acerca de la ruptura de los vínculos entre
arquitecrura, naturaleza y tiempo.
MODELOS Y SISTEMAS PARA LA EVALUACIÓN Y VERIFICACIÓN
La necesidad de medir, cuantificar, planificar
correctamente, encontrar nuevas soluciones, nuevos
materiales, construir más barato, más rápido
incrementó la preocupación por la experimentación e
investigación en el campo de la construcción
Una de las áreas donde hay mayor impacto es en la
Arquitectura Bioclimática (confort térmico dentro de
las edificaciones).
Hay 2 ámbitos en el área de la investigación
arquitectónica que son causados por la Evaluación y
Verificación antes de construir:
• Laboratorios de
experimentación
• Modelos y sistemas de
simulación.
Ambos tienen la finalidad de convertirse en
herramientas de diseño y en sistemas de control
cualitativo y cuantitativo durante el proceso
proyectual de las edificaciones.
en función de sus características se clasifican
en tres grandes rubros:
• modelos gráficos
• modelos físicos
• modelos numéricos.
Los modelos físicos y los modelos numéricos
tratan de reproducir la trayectoria solar y sus
efectos sobre las edificaciones.
MODELOS FÍSICOS DE SIMULACIÓN
DE LA TRAYECTORIA SOLAR
La gran ventaja en este tipo de modelos es la simulación en cualquier
orientación y latitud en un ámbito controlado y puede ser repetido n
veces.
Requieren de la utilización de una o varias fuentes luminosas
representando el sol. Además, la relación entre
el modelo a escala del edificio y la fuente luminosa debe reproducir tres
condiciones: latitud, declinación del sol y hora del día.
Desde los años treinta del siglo xx, se ha construido este tipo de
máquinas o instrumentos en universidades y centros
de investigación como:
• máquina solar
• máquina de trayectoria solar
• helioscopio
• Heliodón
• Solescopio
• Termoheliodón
• solármetro,
HELIODÓN
La primera construcción de un simulador físico de trayectoria solar (
heliodón) corresponde al año de 1931, construido por Dufton y
Beckett del Centro de Investigaciones de la Construcción del Reino
Unido.
Consiste en una plataforma inclinable en función de la latitud
deseada, y que está colocada en una base giratoria que indica el
tiempo horario. La fuente luminosa se encuentra en un riel vertical y
puede ser deslizada en función de la
estación del año.
Soluciones en la forma de manejar la fuente luminosa como en la
solución mecánica o electrónica de sus
movimientos:
• de fuente luminosa móvil y plataforma fija,
• de fuente luminosa fija y plataforma móvil
• Mezcla de ambas.
EL TERMOHELIODÓN de la Universidad de Princetón
Su función es Evaluar en términos climatológicos los
efectos de la temperatura e insolación en los edificios, e
investigar la aplicación de los principios básicos de
balance térmico al diseño de edificios y construcciones
En su interior las maquetas o modelos físicos pueden ser
evaluados en su comportamiento térmico.
Tiene una fuente luminosa en forma de un reflector
parabólico que rota alrededor de una maqueta (modelo)
colocada horizontalmente y es también, igual que el sol,
una fuente de calor.
EL SOLATRÓN de la Universidad
de Cornell
Está resuelto con base en una
plataforma horizontal rotatoria,
donde se coloca la maqueta, y la
fuente luminosa se pone a lo
largo de un arco fijo.
Heliodones de pequeña Dimensión:
Del Instituto Politécnico de Troy ,New York:
simula los rayos solares en latitud de O a 70
grados para cualquier día del año.
Heliodones con alta Presición:
El diseñado por el Prof. C. Benton, del Centro de Ciencias
de la Construcción en Berkeley, Universidad de California .
Fue diseñado para la PG&E (Pacific Energy Center) de San
Francisco.
Se compone de una fuente luminosa fija, un reflector ubicado
en el plafón a una distancia de 9.6 metros, y una plataforma
móvil en la que se coloca el modelo. Los ajustes de latitud,
fecha y horario se realizan con tres perillas colocadas en la
parte de abajo del tablero que mueven tres articulaciones en
forma independiente. Se incorporó un sistema de
microfilmación computarizada para lograr efectos de realidad
virtual y así poder observar comportamientos reales en tiempos
muy cortos.
De la Facultad de Arquitectura en la Universidad de Cardiff en País de Gales,
Gran Bretaña(1998).
Un domo intenta simular la bóveda celeste y es utilizado como cielo artificial
y heliodón
El objetivo es recrear los efectos de luz del día y de los rayos del sol con
precisión, en distintas condiciones; con cielos claros y nublados, en
cualquier momento del día, para cualquier estación del año y en cualquier
parte del mundo.
Es un domo hemisférico de 8 metros de diámetro al cual se le
colocaron 640 luminarias de bajo consumo; son lámparas compactas
fluorescentes que están individualmente controladas. Este cielo artificial
permite evaluar modelos a escala de grandes dimensiones
1 :20 - 1 :4. La radiación directa del sol es simulada por una lámpara de alta
intensidad acoplada a una plataforma giratoria, en la que el modelo es
colocado. La rotación de la plataforma muestra la incidencia solar y las
sombras a lo largo de un día. La combinación del cielo y el sol artificial
permite medidas fotométricas cuantitativas de los niveles de iluminación,
uniformidad o brillantez de todo un día, en minutos.
Del laboratorio de Investigaciones en Arquitectura
Bioclimática de la Universidad Autónoma
Metropolitana
permite observar el comportamiento de la
arquitectura ante condiciones reales de
asoleamiento y conocer los problemas de sus
elementos de fachada en la etapa proyectual
Es de fuente luminosa móvil y maqueta fija.
constituido por tres brazos en forma de arco de
círculo; cada uno controla o simula las tres
variables significativas del movimiento
solar. Uno de los arcos fija la latitud del lugar, otro
simula la posición de los días y meses, y el último
las horas del día.
MODELOS NUMÉRICOS
DE SIMULACIÓN DE LA
TRAYECTORIA SOLAR
En el ámbito comercial aparecen programas
computacionales relacionados con la
simulación de la trayectoria solar y la
iluminación natural: Sol, Sun Dial,
MacHeliodón, Light Scape, 3d Max, Mac
Architrion, Desingn Workshop, MiniCad,
Autocad, PC Solar, Archicad , diseñados para
resolver e informar sobre incidencia solar,
proyección de sombras y algunos aspectos de
iluminación natural.
Se basan en 3
variables:
• Latitud
• declinación del sol
• hora del día.
PROGRAMAS:
recuperan para el usuario, de
manera muy sencilla, la
tradicional y complicada
geometría solar.
1). SOL diseñado y realizado en México
finales de los años ochenta en el Laboratorio de Diseño
Bioclimático de la Universidad Autónoma Metropolitana.
realiza el cálculo matemático de los ángulos solares
maneja dos pantallas básicas:
• Ecuación del Tiempo, que se utiliza para capturar los datos
del atraso o adelanto del sol respecto de la trayectoria
aparente
• Ángulos Solares donde se introducen los datos de las
variables de fecha y sitio Seleccionados
Se generalizan los programas que muestran 3 conceptos:
proyección de sombras
ángulo de incidencia
posición del sol
2).SUNDIAL
• Muestra los 3 conceptos
• útiles si se usa con fines
didácticos ya que muestran con
claridad la relación que existe
entre latitud, horario y
declinación
3). MACHELIODÓN
• Apoya el diseño de edificaciones
• maneja tres pantallas básicas: la primera sirve para dimensionar dispositivos de
control solar y establecer la relación entre altura
del plano vertical y longitud del plano horizontal
(volado) en función de los ángulos de incidencia.
La segunda se utiliza para determinar las
posibles obstrucciones de los rayos solares, y
consiste en el dimensionamiento de la longitud
de sombras a partir de un elemento vertical
(gnomón).
La tercera representa la trayectoria solar, con
coordenadas celestes acimut y altura solar
