De un lugar perdido El Sol en Arquitectura. El soleamiento Rubén Quejigo Gutiérrez El Sol, a parte de regir nuestras vidas y poder saber la hora solar con los relojes de Sol, tiene una influencia en otras disciplinas como la Arquitectura. Ya que es necesario saber cómo varía la altura y el azimut del Sol a lo largo del año; por dónde saldrá y se pondrá el Sol y así orientar una casa y colocar las ventanas de manera adecuada para un buen soleamiento u orientar correctamente unas placas solares; qué medidas han de tener los aleros o parasoles de una casa para que en invierno entre el Sol por una ventana y en verano la sombra; tener una iluminación natural bien diseñada que permita la entrada del máximo de luz difusa, procedente de la bóveda celeste, pero al mismo tiempo impedir el soleamiento directo en épocas de calor (en verano, por la tarde); o simplemente saber cómo será el soleamiento para el diseño y durabilidad de elementos constructivos, las previsiones de aislamiento térmico o el cálculo y dimensionado de las instalaciones de climatización. Todo ello, hoy en día (que tan de moda está la arquitectura bioclimatica), es esencial para - lo que podríamos llamar - una arquitectura sostenible (palabra muy pronunciada por los políticos). Decía Vitrubio que el arquitecto ha de saber astronomía para poder formar los cuadrantes solares: ...La naturaleza de parages hace que se escojan diversos aspectos para que las diversas partes de los edificios, á fin de hacerlos mas sanos y comodos. Por exemplo, las Piezas de dormir y las Bibliotecas se colocan al Oriente, las Viviendas de invierno al Poniente, los Gavinetes de Pinturas y otras curiosidades, que piden siempre una luz igual, al Septentrion. Los arquitectos suelen utilizar lo que se llama la Carta Solar Cilíndrica, basada en la proyección del recorrido solar en un cilindro que rodee al observador. Al ser cortado el cilindro por el norte se puede desplegar una proyección plana del recorrido solar, con lectura directa de la Altura y Azimut solar.
Teniendo conocimientos de Astronomía y, como siempre, ayudados de la Informática, podemos predecir cómo serán las variaciones de la altura y azimut del Sol a lo largo del año dependiendo de la latitud del lugar.
Azimut y Altura del Sol Berlín 52,2 ºN
90 80 70
Altura (º)
60 50 40 30 20 10 0 -130 -120 -110 -100 -90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Azimut y Altura S (º)del Sol Azimut
E 90
100 110 120 130 140
O
Ibiza 38,9º N
80 70
Altura (º)
60 50 40 30 20 10 0 -130 -120 -110 -100 -90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140
O
S (º)del Sol Azimut Azimut y Altura
E
Islas Canarias. Teide 28,2º N
90 80 70
Altura (º)
60 50 40 30 20 10 0 -130 -120 -110 -100 -90
E
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
S
10
20
Azimut (º)
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140
O
La trayectoria del Sol más alta dibujada en cada gráfico corresponde al solsticio de verano; la trayectoria más baja, al solsticio de invierno; y la trayectoria media a los equinoccios de primavera y otoño. Las líneas transversales corresponden a las horas solares
Como se puede observar en los gráficos: a) Las trayectorias son simétricas respecto el azimut 0º (Sur) b) Cuanto más al norte nos situemos, el Sol se situa con una altura más baja durante todo el año. c) Cuanto más al norte, la variación en el azimut del Sol (tanto en la salida como en la puesta: orto y ocaso) a lo largo del año es más acusada. d) En los equinoccios el Sol sale por el Este (Azimut -90º) y se pone por el Oeste (Azimut + 90º), sea cual sea la latitud del lugar. e) En Berlín, la corta trayectoria del Sol en el solsticio de invierno (lo que supone días de duración muy corta) se ve compensada con trayectorias largas del Sol en el solsticio de verano (días de duración muy larga) f) En Ibiza, Berlín o Canarias, en ningún momento del año el Sol se sitúa en el cénit (Altura 90º ) La principal ventaja de la carta cilíndrica es la posibilidad de representar el horizonte real en torno al observador, y estudiar directamente las obstrucciones solares, así como el diseño directo de ventanas y parasoles. Las cartas solares nos indican el recorrido solar sobre el horizonte teórico. El soleamiento efectivo de un lugar se reduce por la altura del horizonte real. La carta solar cilíndrica permite representar la panorámica del paisaje, utilizando dos sencillos instrumentos: la Brújula, para determinar la orientación respecto al Sur o azimut de cada punto singular de la silueta del entorno, y el Clinómetro, para determinar la inclinación de la visual, o altura real sobre el horizonte de cada punto singular.
Superponiendo los recorridos solares con la silueta del horizonte real se pueden analizar las horas efectivas de soleamiento para cada estación del año. Otra aplicación de la carta cilíndrica es la posibilidad de dibujar la porción de cielo visible desde una superficie cualquiera o la posible incidencia del Sol a través de una ventana, llegando a saber durante qué horas el Sol incide directamente en la ventana en cualquier momento del año.
Otra aplicación, como ya se comentó anteriormente, es el diseño de parasoles para que en invierno el Sol incida directamente, por ejemplo, en una ventana y recoger así la radiación solar, y en verano se evite esa incidencia directa, permitiendo que la casa permanezca más fresca. Ello es posible porque la altura del Sol cambia a lo largo del año, y controlando esa altura podemos afinar de tal manera que podríamos diseñar un parasol para que el Sol deje de incidir directamente en una ventana un día concreto del año (por ejemplo el equinoccio de primavera). Para ello es necesario saber la latitud del lugar y la orientación de la ventana (Azimut), y así calcular las alturas del Sol a lo largo del año. Sabiendo qué altura tendrá el Sol un día en particular cuando su azimut coincida con el azimut de la ventana, y a qué distancia se encuentra la parte superior de la ventana del parasol, el problema se convierte en un simple ejercicio de trigonometría para saber qué longitud ha de tener el parasol. Veamos un ejemplo: Supongamos que nos encontramos en Ibiza (concretamente en el IES Sa Colomina), cuya latitud es 38º 54' 40'' N y disponemos una ventana orientada con un azimut de 17º (es decir la ventana no mira directamente al Sur y forma un ángulo desde el Sur hacia el Oeste de 17º) como es el caso de las ventanas que dan hacia la entrada del instituto e imaginemos que delante de la ventana no tenemos ningún obstáculo que impida ver el horizonte. Con estos datos podemos calcular: – –
A qué hora solar (recordar que se han de hacer las correcciones pertinentes para saber la hora oficial) estará el Sol alineado con la ventana a lo largo del año. (Gráfica 1) La altura que tendrá el Sol cuando esté alineado con la ventana a lo largo del año. (Gráfica 2)
10.0 FECHA 05/gen. 11/gen. 17/gen. 23/gen. 29/gen. 04/febr. 10/febr. 16/febr. 22/febr. 28/febr. 06/març 12/març 18/març 24/març 30/març 05/abr. 11/abr. 17/abr. 23/abr. 29/abr. 05/maig 11/maig 17/maig 23/maig 29/maig 04/juny 10/juny 16/juny 22/juny 28/juny 04/jul. 10/jul. 16/jul. 22/jul. 28/jul. 03/ag. 09/ag. 15/ag. 21/ag. 27/ag. 02/set. 08/set. 14/set. 20/set. 26/set. 02/oct. 08/oct. 14/oct. 20/oct. 26/oct. 01/nov. 07/nov. 13/nov. 19/nov. 25/nov. 01/des. 07/des. 13/des. 19/des. 25/des.
11.0
FECHA 03/gen. 07/gen. 11/gen. 15/gen. 19/gen. 23/gen. 27/gen. 31/gen. 04/febr. 08/febr. 12/febr. 16/febr. 20/febr. 24/febr. 28/febr. 04/març 08/març 12/març 16/març 20/març 24/març 28/març 01/abr. 05/abr. 09/abr. 13/abr. 17/abr. 21/abr. 25/abr. 29/abr. 03/maig 07/maig 11/maig 15/maig 19/maig 23/maig 27/maig 31/maig 04/j uny 08/j uny 12/j uny 16/j uny 20/j uny 24/j uny 28/j uny 02/j ul. 06/j ul. 10/j ul. 14/j ul. 18/j ul. 22/j ul. 26/j ul. 30/j ul. 03/ag. 07/ag. 11/ag. 15/ag. 19/ag. 23/ag. 27/ag. 31/ag. 04/set. 08/set. 12/set. 16/set. 20/set. 24/set. 28/set. 02/oct. 06/oct. 10/oct. 14/oct. 18/oct. 22/oct. 26/oct. 30/oct. 03/nov . 07/nov . 11/nov . 15/nov . 19/nov . 23/nov . 27/nov . 01/des. 05/des. 09/des. 13/des. 17/des. 21/des. 25/des. 29/des.
Grados
Hora
Hora Sol alineado con azimut ventana
14.0
13.5
13.0
12.5
12.0
11.5
Fecha
(Gráfica 1)
Altura Sol según azimut dado
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
(Gráfica 2)
Ahora, supongamos que la distancia entre la parte superior de de la ventana y el parasol es de 1,5 m. Con este nuevo dato podemos calcular qué longitud ha de tener el parasol para que un día en concreto dejen de incidir los rayos de Sol cuando éste se encuentra alineado con la ventana. Así, en nuestro caso, obtendríamos la siguiente gráfica: (Gráfica 3)
Longitud parasol 3.5
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
FECHA 04/gen. 09/gen. 14/gen. 19/gen. 24/gen. 29/gen. 03/febr. 08/febr. 13/febr. 18/febr. 23/febr. 28/febr. 05/març 10/març 15/març 20/març 25/març 30/març 04/abr. 09/abr. 14/abr. 19/abr. 24/abr. 29/abr. 04/maig 09/maig 14/maig 19/maig 24/maig 29/maig 03/juny 08/juny 13/juny 18/j uny 23/j uny 28/juny 03/jul. 08/jul. 13/j ul. 18/jul. 23/jul. 28/jul. 02/ag. 07/ag. 12/ag. 17/ag. 22/ag. 27/ag. 01/set. 06/set. 11/set. 16/set. 21/set. 26/set. 01/oct. 06/oct. 11/oct. 16/oct. 21/oct. 26/oct. 31/oct. 05/nov. 10/nov. 15/nov. 20/nov. 25/nov. 30/nov. 05/des. 10/des. 15/des. 20/des. 25/des. 30/des.
Longitud (m)
3.0
Fecha (Gráfica 3) Por lo que, si queremos que a partir del 21 de marzo (equinoccio de primavera) dejen de incidir los rayos solares directamente en la ventana, la longitud del parasol ha de ser de 1,26 m. Con esta longitud del parasol lograremos que el Sol no incida directamente en la ventana desde el 21 de marzo hasta el 21 de septiembre (equinoccio de otoño). Y si lo que queremos es que nunca incida el Sol directamente en la ventana, la longitud del parasol ha de ser de 3,12 m. Por otra parte, si ya hemos construido el parasol de la ventana y queremos saber qué días incidirá el Sol directamente en la ventana cuando se encuentre alineado con ella, realizando un pequeño camino inverso en las ecuaciones astronómicas, lo podemos obtener. Así, en el ejemplo anterior, con la misma latitud, el mismo azimut, la misma distancia entre la parte superior de la ventana y el parasol y sabiendo, ahora, que nuestro parasol tiene una longitud de 1 m llegamos a la conclusión de que entre el 7 de abril y el 3 de septiembre, el Sol no incidirá directamente en la ventana. (Ver gráfica 4) Como se puede observar, un poco de conocimiento astronómico, puede y debe ser útil en el campo de la arquitectura, ahora bien, que los conocimientos se apliquen a la hora de la práctica es harina de otro costal.
0 31/des. 05/gen. 10/gen. 15/gen. 20/gen. 25/gen. 30/gen. 04/febr. 09/febr. 14/febr. 19/febr. 24/febr. 01/març 06/març 11/març 16/març 21/març 26/març 31/març 05/abr. 10/abr. 15/abr. 20/abr. 25/abr. 30/abr. 05/maig 10/maig 15/maig 20/maig 25/maig 30/maig 04/j uny 09/juny 14/juny 19/j uny 24/juny 29/juny 04/j ul. 09/jul. 14/jul. 19/j ul. 24/jul. 29/j ul. 03/ag. 08/ag. 13/ag. 18/ag. 23/ag. 28/ag. 02/set. 07/set. 12/set. 17/set. 22/set. 27/set. 02/oct. 07/oct. 12/oct. 17/oct. 22/oct. 27/oct. 01/nov. 06/nov. 11/nov. 16/nov. 21/nov. 26/nov. 01/des. 06/des. 11/des. 16/des. 21/des. 26/des.
0 = No Sol ; 1 = Sol
Días de soleamiento
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
Fecha
(Gráfica 4)
Bibliografía:
–
"Compendio de los diez libros de arquitectura de Vitrubio" de la versión en francés de Claudio Perrault, traducido al castellano por Joseph Castañeda (Madrid, 1761). Edición facsímil publicada por el Colegio de Aparejadores de Murcia (1981)