lunes, 2 de diciembre de 2013

PATRON DE SOMBRAS CE3X – PORCHES O VOLADIZOS


En este artículo veremos como se pueden modelizar en CE3X las sombras que produce sobre un fachada un porche o un voladizo.
Explicaremos como se podría modelizar tanto por el procedimiento general (ángulos) como por el procedimiento simplificado (obstáculos rectangulares). Entendemos que este último método puede resultar más sencillo, puesto que no requiere calcular previamente los ángulos. 



Es importante tener en cuenta que en ambos procedimientos, aunque nosotros queremos obtener el patrón de sombras de la figura 1, en realidad obtendremos un patrón complementario al deseado que sería el perteneciente a la figura 2. Por lo que siempre tendremos que modificar el patrón obtenido en primera instancia (sea cual sea el procedimiento). 
figura 1
figura 2
Esto pasa porque un porche o voladizo produce un efecto de sombra complementario al que produciría un edificio cercano.
Mientras que un edificio cercano produciría sombra cuando el sol estuviese más bajo (figura 4), un porche o voladizo produce sombra cuando el sol está mas alto (figura 3). Por ello los polígonos que se obtienen tiene una posición diferente dentro del gráfico de trayectoria solar.  

figura 3
figura 4
Tipología del edificio a estudiar
El edificio que vamos a estudiar tiene la siguiente tipología:

  
- Estudiaremos las sombras sobre la fachada de planta baja que tiene ventanas. Esta fachada tiene orientación Sur.
- El porche vuela 5 metros en todo el contorno.
- La longitud de la fachada Sur en planta baja es de 20 metros.
- La altura de la planta baja es de 3 metros, con lo que la altura del punto de referencia será la mitad (1,5 metros).

PROCEDIMIENTO GENERAL (ÁNGULOS)
En este método debemos determinar cuales son los puntos que tomaremos para realizar el patrón. En este caso sería 5 puntos, los cuatro vértices del tramo de voladizo que produce sombra sobre el Sur y el punto de mínima distancia respecto de la referencia. Conforme a lo indicado en la imagen:

La elevación de cada punto podemos calcularla como:
arcotangente (altura del punto respecto de la referencia/proyección en planta de la distancia entre el punto y la referencia)

Por ejemplo: para el punto 1 sería: arctang ((3/2) / (10+5))

Los ángulos para cada punto serán:
- Punto 1: azimut = - 90º (Este) elevación = arctang (1,5/15) = 5,7º
- Punto 2: azimut = - 71,6º elevación = arctang (1,5/15,81) = 5,4º
- Punto 3: azimut = - 0º (Sur) elevación = arctang (1,5/5) = 16,7º
- Punto 4: azimut = 71,6º elevación = arctang (1,5/15,81) = 5,4º
- Punto 5: azimut = 90º (Oeste) elevación = arctang (1,5/15) = 5,7º

Por lo tanto, el programa introduciremos 4 polígonos:
- Polígono 1. Puntos 1 y 2.
- Polígono 2. Puntos 2 y 3.
- Polígono 3. Puntos 3 y 4.
- Polígono 4. Puntos 4 y 5.
Y el patrón que obtendremos es el de la siguiente figura:

Tal y como hemos comentado, este no es todavía el patrón que buscamos, si no su complementario.
Para obtener el patrón buscado, deberemos editar cada uno de los cuatro polígonos y cambiar los angulos de elevación que tengan valor 0º por otro valor que esté por encima del punto más alto de la trayectoria solar, por ejemplo 80º. De esta forma:



Pulsamos el botón Modificar y obtenemos: 


Una vez cambiemos estos valores en los 4 polígonos obtendremos el patrón buscado:

PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADO (OBSTÁCULOS RECTANGULARES)

Para estudiar el patrón de sombras por este procedimiento y dado que finalmente (como hemos visto en el método anterior) hemos de generar el patrón complementario, podemos asimilar el caso que estudiamos, con este otro caso:


El procedimiento simplificado se describe con mayor profundidad en este artículo.
Por lo tanto, tendremos que definir 3 planos obstáculo. 

- Plano 1:

- Plano 2:



- Plano 3:
 

A continuación, y al igual que hemos hecho en el procedimiento anterior, cambiamos los ángulos de elevación que tiene valor 0º por el valor 80º:
Y obtendremos el patrón de sombra que que estábamos buscando:


CONCLUSIONES:

- Podemos modelizar la sombra producida por un porche o voladizo tanto por el procedimiento general (ángulos) como por el procedimiento simplificado (obstáculos rectangulares).

- En ambos procedimientos, obtendremos un patrón complementario al deseado , por lo que siempre tendremos que modificar el patrón obtenido en primera instancia (sea cual sea el procedimiento).

26 comentarios :

  1. Muchas gracias por tu artículo, muy esclarecedor.
    Tengo una duda: cuando aplicamos este patrón de sombras al caso de un balcón o terraza típicos donde las paredes laterales salen a distancia 0 de la fachada y hay un voladizo (el techo de la terraza) ¿estaríamos hablando del ejemplo del caso complementario que has realizado no? Es decir que no habría que cambiar los ángulo de 0 grados por 80 grados, correcto? Eso sería para el caso un obstáculo enfrente como un edificio no?
    Otra duda, lo de 80 grados o 0 grados a qué se debe, quiero decir, serían distintos los grados a introducir en Málaga ó Córdoba por ejemplo que serían mis casos? de hecho, ¿sería 80 y 0?

    Muchísimas gracias de antemano

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    1. Buenos días:
      Si lo que te refieres el a un balcón en voladizo, sería exactamente igual al caso del artículo.
      Si es un balcon retranqueado, es similar, pero solamente cambiarias la elevación del elemento horizontal, pero no de las paredes laterales.
      Respecto de la elevación de 80º, sería válida para todas las poblaciones de la península e incluso Baleares. En Canarias deberíamos introducir 90º.
      Sau2

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  2. Buen artículo. Muchas gracias.
    Una pregunta. Si se introduce el voladizo como elemento de protección solar en los huecos ¿hay que volver a hacer la sombra con estos métodos? ¿no sería como duplicar el mismoi efecto?
    gracias

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    1. Buenos días:
      La diferencia es que cuando introduces el voladizo como elemento de protección solar, el programa considera que dicho voladizo tiene el mismo ancho que el hueco.
      Si es así, si el ancho del voladizo en igual o muy parecido al del hueco, valdría introducirlo como elemento de protección solar.
      Si es mucho mas ancho, deberíamos introducirlo como patrón de sombra.
      En todo caso, no sería necesario introducir ambas, o una o la otra dependiendo del caso.
      Sau2

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  3. Muy buen artículo José, bien explicado y desde luego muy útil para los que estamos en estos temas.
    Ahora quisiera hacer una pregunta: Cuando tenemos un punto en una fachada, tal como la del ejemplo, los recorridos solares que se ven desde ese punto van desde el ángulo -90º al +90º, partiendo desde la orientación de la fachada, en este caso 0º. Por otra parte los recorridos solares comienzan (en el día más largo) desde -120º hasta +120º.
    La pregunta es la siguiente: ¿habría que ocultar esos tramos (entre el -120º/-90º y +90º/120º) que están al comienzo y al final del día?; ¿el programa ya lo tiene en cuenta? o son despreciables. Aunque si la orientación de la fachada fuese SE, por ejemplo, no sería tan despreciable, creo.
    Si fuera así habría que introducir un volumen "teórico" que acote el campo solar de esa fachada??. Te lo pregunto porque yo suelo incluir ese bloqueo y no se si me sirve de algo.
    Muchas gracias

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    1. Buenos días, Jose Raul:
      El programa sabe cuales son las horas de insolación en cada fachada.
      Es decir, por ejemplo en una fachada Sur, el programa sabe que la insolación se produce desde azimut -90º a 90º, no es necesario que tu generes sombras "artificiales" desde -120º/-90º y +90º/120º.
      Si la fachada es SE, el programa sabe que la insolación se produce desde azimut -120º a 45º.
      Sau2

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    2. Hola José, muchas gracias por esta respuesta. Es una duda que tenía desde hace tiempo. Una pregunta: has probado simular un voladizo de un hueco mediante patrón y luego hacerlo mediante dispositivo de protección? A mí me da resultados muy distintos. Estoy usando como referencia la altura de mitad de hueco y el voladizo tiene un ancho igual al hueco cuando utilizo patrón de sombras. Saludos!

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    3. Buenas tardes:
      La verdad es que nunca he probado la situación que comentas.
      Realizaré una prueba y te comentaré los resultados que me dan a mi.
      Un saludo

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  4. Gracias Jose Luis.
    Me parece una gran idea lo del complementario.
    De todos modos la aportación de Jose Raul me parece también acertada y si la pones siempre no tienes que preocuparte de la orientación de la fachada.
    Yo me había hecho un excel, pero lo del complementario con método simplificado del programa es genial.

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  5. Buenos días, Jaume:
    Como he comentado con José Raul, se puede hacer pero no tendría ningún efecto sobre el programa.
    Sería como crear patrones de sombras sobre fachadas Norte, se pueden hacer pero su efecto es nulo.
    Sau2

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  6. Buenos días José,
    Te felicito por tu excelente artículo.
    Saludos

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    1. Muchas gracias a ti Antoni, por seguir el blog.
      Sau2

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  7. Gracias, ha sido de gran ayuda.

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    1. Buenos días:
      Me alegra que los artículos os resulten de utilidad.
      Y agradezco que los compenteis y compartais.
      Sau2

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  8. Buenos días Jose, soy un alumno de la Escuela de Ingeniería Industrial de Vigo, te conozco debido a que este pasado verano asistí a un curso de Cype que disteis allí. Ahora estoy haciendo un proyecto de certificación energética de un edificio y buscando por internet llegué a tu post en tu blog. Me ha parecido muy interesante y me ha aclarado muchas cosas. En mi caso tengo una pequeña duda sobre un patrón de sombras que tengo debido a una cubierta inclinada, te adjunto una foto para que le eches un ojo si puedes. Mi pregunta es, ¿es válido el procedimiento que explicas sobre patrones en voladizos para este caso en concreto? http://www.ecimat.org/index.php?option=com_phocagallery&view=detail&catid=1:percorrido-fotografico&id=10:un-mdulo&tmpl=component&Itemid=19&lang=es#
    Muchas gracias de antemano, un saludo.

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    1. Buenos dias Hector:
      El problema en ese caso es que el hipotetico muro que produce una sombra complementaria a la que buscas no tiene altura constante, por lo tanto habría que ver que valor se toma para introducir en el parámetro "elevación".
      Se podría realizar una pequeña simplificación introduciendo el valor de altura media de dicho elemento como "elevación".
      Entiendo que dicha simplificación es perfectamente asumible, teniendo en cuenta además que, por la ubicación geofráfica que tiene el edificio que mencionas, la sombra no tendrá un efecto demasiado grande sobre la demanda del edificio.
      Un saludo.

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    2. Exacto, también pensé el tomar una altura media, además como tu dices al ser el método simplificado poco o nada variará en la calificación dicha suposición. Entiendo pues que puedo utilizar el método explicas sin problema alguno.
      Muchas gracias por tu tiempo y tus explicaciones me has ayudado mucho.
      Un saludo.

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    3. De nada, Hector.
      Efectivamente, es un metodo simplificado, no podemos perder esta perspectiva.
      Un saludo

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  9. Muchas gracias por este artículo, Jose Luís:
    Llevo un tiempo viendo en internet como algunos calculan las sombras de los vuelos y no lo entendía, porque unen los extremos inferiores. A más longitud de vuelo (anchura), menor beta en las esquinas extremas y más bajo sale el diagrama de sombras (desde los 90º a los 15º de inclinación). Es decir, con esos cálculos, el son no daría nunca en la fachada. Tu explicación me ha corroborado que estaba en lo cierto, así que muchas gracias. la parte inferior del diagrama no puede ser una línea recta. Como bien explicas, en invierno, con el sol más bajo, le daría a la pared o ventana y en verano, con el sol más elevado, daría sombra, tal y como se refleja en el patrón de sombras.
    Muchas gracias una vez más.

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    1. Buenos dias, Francisco:
      Encantado de que te haya sido de utilidad.
      Gracias por leeer y comentar el artículo.
      Un saludo

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  10. Hola, gracias por la ayuda.
    Tengo una duda: ¿Porqué hacéis los polígonos 2-3 y 3-4, en lugar de uno 2-4? ¿No sería lo lógico?
    Tengo un caso muy similar y no me fío de lo que hago por ahora. No entiendo muy bien el resultado, el patrón que me sale. ¿Puede la sombra salirse de la campana de insolación?, porque a mí me ocurre y no sé que hago mal.
    Gracias por todo.
    Ramón

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    1. Buenos dias:
      -Se toman dos poligonos y no uno, porque siempre se debe tomar el punto de minima distancia (se obtiene con la perpendicular desde nuestra referencia al planop que contiene el obstáculo, siempre y cuando dicho punto este situado en el obstáculo y no fuera).
      - Si la sombra queda fuera de la "campana" significa que el obstáculo está situado en una orientación que no produce sombra al edificio (N, NE,NO).
      Un saludo

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    2. Gracias por tu rápida respuesta.
      entiendo que es como en los obstáculos rectangulares, la D1 y la D2. Aunque realmente no entiendo el porqué, pero así lo haré.

      Otra cosa, más difícil de explicar:
      En esa fachada tengo realmente cuatro composiciones de muro diferentes y por eso los tengo como cuatro fachadas (forrado con piedra, ladrillo cv, con jardinera, ladrillo cv), con la misma orientación. ¿Tendría que hacer cuatro patrones de sombra cambiando las elevaciones?, o podría hacer uno único. Hay un vuelo a mitad de fachada de 50 cm y uno en la parte más alta de 240 cm. Si hiciera solo uno ¿se duplicaría las sombras o no se calcularía bien?
      Espero haberme explicado y gracias de nuevo.
      (no se como aparecer con mi nombre, lo siento)
      Ramón

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    3. Buenas tardes, Ramón:
      Yo entiendo que depende del caso.
      Si es la certificación de una sola vivienda, entiendo que vale con un solo patron para toda la fachada, ya que poco pueden influir la diferencia de elevaciones (otra cosa sería un edificio completo).
      Respecto del vuelo (y si es una sola vivienda) yo tomaría el caso mas desfavorable, que sería el vuelo de 240cm.
      Un saludo.
      Jose

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  11. hola; muchas gracias por el tutorial; está muy bien explicado; pero tengo una duda: si la orientación de la fachada es norte, cómo lo hago?, porque el programa sólo da las opciones de sur, este y oeste para indicar la orientación. Muchas gracias.

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    1. Buenas tardes:
      Si la fachada es norte, no recibe radiación solar directa, por lo que no existirá ningún obstáculo que le pueda producir sombra.
      Es decir, es como si estuviese siempre en sombra, y el programa ya lo considera así.
      Un saludo, y gracias por tus comentarios.
      JLCM

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