Parte 28 · Clase 273 de 830

ARQ-273 · Sombra, protección solar y estacionalidad

Parte 28 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.17.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-272, ARQ-076, ARQ-265. Sin calendario. Casos, series y parámetros ficticios, salvo antecedentes atribuidos. No son mediciones de un edificio ni pronósticos. Revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Cómo diseñar y evaluar una protección solar que responda a horas y estaciones concretas, sin confundir una sombra en sección con el comportamiento anual de toda una ventana?

Resultado y continuidad

Recibimos de ARQ-272 dirección solar y normales. SOL-ALERO-01 introduce una ventana de dos metros de alto, un alero horizontal de 0,80 m y una separación vertical de 0,20 m entre alero y borde superior del vidrio. Compararás posiciones solares, derivarás el ángulo de perfil y separarás radiación directa, difusa y ganancias interiores. El caso es independiente de las ventanas de ARQ-265 y no modifica sus dimensiones.

1. Proteger una actividad, no solo sombrear un dibujo

La protección debe relacionarse con el uso: lectura, permanencia, circulación o trabajo con pantallas pueden plantear necesidades diferentes. Conviene identificar qué horas importan, qué vistas se desean y quién podrá ajustar un dispositivo móvil. Una sombra fotografiada al mediodía no demuestra que la actividad de la tarde esté protegida.

El objeto también debe definirse. Puede buscarse sombra sobre el vidrio, una mesa, un recorrido exterior o la cara de una persona. Son superficies distintas. La sombra de un alero sobre la fachada no coincide necesariamente con la sombra proyectada dentro del recinto, porque intervienen profundidad y posición de los elementos interiores.

La evaluación combina planta, sección y tiempo. El dibujo de una única sección funciona cuando se declaran sus simplificaciones; pierde validez si se utiliza como descripción tridimensional completa sin revisar incidencia lateral. La geometría de proyección es el fundamento del cálculo de sombras [CLI-SHADING].

2. Altura solar y ángulo de perfil

Sea α la altura solar y ψ el ángulo horizontal entre el sol y la normal de la fachada. Para un sol situado delante del plano, cos ψ es positivo. Al proyectar el rayo sobre la sección perpendicular a la fachada, su inclinación aparente cambia.

La relación se obtiene dividiendo la componente vertical del vector solar por su componente horizontal normal al muro: tan β=tan α/cos ψ, donde β es el ángulo de perfil. Si el sol está de frente, ψ=0 y ambos ángulos coinciden. Cuando llega lateralmente, el perfil puede ser mucho mayor que la altura.

No se usa esa fórmula sin revisar el dominio. Si el sol está detrás de la fachada, no hay haz directo sobre su cara exterior en este modelo. Cuando es casi paralelo, el denominador se aproxima a cero y la sección de alero lateralmente ilimitado deja de representar bien una pieza finita. El comportamiento numérico indica una condición geométrica que necesita interpretación.

3. Profundidad de sombra y fracción protegida

Con vuelo D, la proyección vertical desde el plano del alero es D tan β. Como existe una separación g sobre la ventana, la profundidad sombreada dentro del vidrio es d_s=D tan β−g. Se recorta entre cero y la altura H del vano.

Por tanto, f_s=max(0,min(H,D tan α/cos ψ−g))/H. La expresión supone alero opaco, infinitamente extendido en sentido lateral, ventana plana y ausencia de otros obstáculos. No describe transparencias, espesor del borde, penumbra ni reflexiones.

La fracción es geométrica. Bajo radiación directa uniforme sobre el plano y propiedades constantes, puede utilizarse para separar áreas soleadas y sombreadas del haz. No es un coeficiente universal para toda radiación, ni una reducción idéntica de consumo eléctrico. Es necesario mantener esa frontera al comunicar el resultado.

4. Caso trabajado: el mismo alero en tres posiciones

En SOL-ALERO-01, con altura solar de 45° y sol de frente, la proyección vale 0,80 m. Restando la separación de 0,20 quedan 0,60 m de vidrio sombreado. La fracción es 0,60/2=0,30: treinta por ciento.

Con la misma altura de 45°, pero azimut relativo de 60°, cos ψ=0,50. La proyección en sección vale 1,60 m; dentro de la ventana quedan 1,40, equivalentes al setenta por ciento. La variación no proviene de cambiar el alero, sino de cambiar la dirección respecto de la fachada.

En una tercera posición, altura 30° y sol de frente, la proyección es 0,461880 m. La sombra dentro del vidrio es 0,261880 m, o 13,094 %. Estas tres cifras no forman una media anual. Son estados separados con igual geometría, destinados a identificar qué variable produce la diferencia.

Figura 273. La separación sobre el vidrio se resta antes de calcular la fracción sombreada. La pieza se idealiza sin extremos laterales.

5. Cuándo comienza y cuándo se completa la sombra

Para incidencia frontal, la sombra alcanza el vidrio cuando D tan α>g. En el caso, el umbral geométrico es α>arctan(0,20/0,80)=14,036°. Por debajo, el alero puede proyectar sombra sobre el muro superior sin tocar la ventana.

La sombra cubre toda la altura cuando D tan α≥H+g. El ángulo frontal correspondiente es arctan(2,20/0,80)=70,017°. Entre ambos límites, la fracción aumenta de manera continua bajo estas hipótesis.

Esos ángulos no son criterios normativos ni fechas de calendario. Para transformarlos en períodos se necesita posición solar por fecha y hora y un entorno definido. Incluso entonces, una nubosidad variable cambia la energía recibida aunque conserve la geometría de sombra. El proyecto necesita ambos niveles de información.

6. El extremo lateral que una sección oculta

En un alero de ancho finito, un rayo lateral puede pasar por un costado. La sección anterior supone que siempre encuentra material sobre su trayectoria y, por ello, puede sobreestimar la sombra cerca de bordes. Un vuelo correcto en sección no garantiza cobertura de todo el vano.

Para revisar, dibuja en planta la proyección lateral y superpón su límite con el ancho del vidrio. Luego relaciona esa planta con la sección. Si se añaden aletas, cambian vistas, encuentros, limpieza y otras horas de exposición. No se trata de corregir una cifra con un factor arbitrario, sino de ampliar el modelo geométrico.

Una malla de puntos sobre el vidrio puede comprobar qué rayos alcanzan el sol, pero necesita una discretización apropiada. Muchos puntos no compensan una orientación equivocada o un obstáculo omitido. Conserva una comprobación manual de algunos estados para poder interpretar lo que devuelve el software.

7. Haz directo no es toda la radiación

La radiación difusa llega desde distintas regiones del cielo y puede ser parcialmente obstruida por el alero. También puede existir radiación reflejada desde otras superficies. La documentación de radiancia del cielo diferencia esos mecanismos y su tratamiento de sombras [ENE-SKY].

No apliques automáticamente el treinta por ciento de sombra directa a un total que incluye todas esas contribuciones. Para un ejemplo auxiliar, si el haz sobre el vidrio es 500 W/m² y la contribución restante se adopta en 100 W/m² sin cambio, sombrear el treinta por ciento del haz deja 500×0,70+100=450 W/m². Aplicar 0,70 a 600 daría 420, otra hipótesis.

El ejemplo no asegura que el alero real deje inalterada la radiación difusa. Expresa precisamente la condición adoptada. Para pasar a ganancias interiores habría que incluir área, propiedades del conjunto y estado de los dispositivos. ARQ-284 retomará esa separación.

8. Estacionalidad y control

Una protección fija puede excluir ciertas direcciones y admitir otras sin accionamiento, pero su utilidad depende de actividades y condiciones estacionales. Una protección móvil puede ajustar el estado, a costa de requerir control, mantenimiento y una estrategia comprensible. No existe una comparación suficiente basada solo en vuelo o superficie de material.

Estudia quién decide el cambio de estado y qué sucede ante viento, ausencia de personal o fallo del mecanismo. Un modelo que mantiene siempre la posición más favorable presupone una operación que debe investigarse. El control también puede entrar en conflicto con ventilación, privacidad o vistas.

La matriz de comparación debe conservar geometría, período, criterio y estado del dispositivo. Puede mostrar sombra de invierno y verano sin declarar que el consumo disminuye en ambos. Una reducción de ganancias puede ser deseada en un período y aumentar necesidades de calefacción en otro.

9. Integración arquitectónica y evidencia

El alero pertenece a una fachada construida: necesita apoyo, encuentros de agua, tolerancias y acceso de limpieza. La geometría solar no dimensiona esos elementos. De forma recíproca, cambiar un soporte o una cota puede alterar la sombra que se había verificado.

Entrega un esquema de decisiones con una alternativa fija y otra operable, indicando qué cálculo se conserva y qué cambia. El documento debe permitir reconstruir el treinta por ciento del caso sin utilizar una imagen como prueba única. Las variantes tendrán nombre y no modificarán silenciosamente SOL-ALERO-01.

Práctica independiente

Estudia una ventana de 1,80 m de alto con alero de 0,60 m y separación superior de 0,15 m. Calcula la fracción sombreada para altura solar 45° y azimut relativo cero; repite con azimut relativo 60°. Obtén los ángulos frontales de inicio y cobertura total.

En un caso energético separado, hay 400 W/m² de haz y 120 W/m² de otras contribuciones que se mantienen constantes por hipótesis. Calcula lo que queda al sombrear el veinticinco por ciento del haz y explica por qué no debe aplicarse esa fracción al total sin revisar la hipótesis.

Autoevaluación y enlace

Puedes reconstruir la fracción desde el vector y explicar al menos una situación donde la sección resulte insuficiente. ARQ-274 cambia de mecanismo: una abertura que admite luz también puede intercambiar aire, pero su caudal requiere presiones, área efectiva y continuidad, no una fracción de sombra.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Cómo diseñar y evaluar una protección solar que responda a horas y estaciones concretas, sin confundir una sombra en sección con el comportamiento anual de toda una ventana?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 3 de la Parte 28. Se estudia después de ARQ-272 · Trayectoria solar y orientación porque usa esa base para responder «¿Cómo diseñar y evaluar una protección solar que responda a horas y estaciones concretas, sin confundir una sombra en sección con el comportamiento anual de toda una ventana?». Se ubica antes de ARQ-274 · Ventilación natural y diferencias de presión porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-272, ARQ-076, ARQ-265
• Capacidad que introduce: Recibimos de ARQ-272 dirección solar y normales. SOL-ALERO-01 introduce una ventana de dos metros de alto, un alero horizontal de 0,80 m y una separación vertical de 0,20 m entre alero y borde superior del vidrio. Compararás posiciones solares, derivarás el ángulo de perfil y separarás radiación directa, difusa y ganancias interiores.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-274, ARQ-284, ARQ-291

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-272, ARQ-076, ARQ-265"] --> B["ARQ-273 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · CLI-SHADING EnergyPlus 24.2: Shading Module + ENE-SKY EnergyPlus 24.2: Sky Radiance Model"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-274, ARQ-284, ARQ-291"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de sombra, protección solar y estacionalidad.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: Recibimos de ARQ-272 dirección solar y normales. SOL-ALERO-01 introduce una ventana de dos metros de alto, un alero horizontal de 0,80 m y una separación vertical de 0,20 m entre alero y borde superior del vidrio. Compararás posiciones solares, derivarás el ángulo de perfil y separarás radiación directa, difusa y ganancias interiores.
3. Justificar una decisión de sombra, protección solar y estacionalidad mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Estudia una ventana de 1,80 m de alto con alero de 0,60 m y separación superior de 0,15 m. Calcula la fracción sombreada para altura solar 45° y azimut relativo cero; repite con azimut relativo 60°. Obtén los ángulos frontales de inicio y cobertura total.

Evidencia mínima: Recibimos de ARQ-272 dirección solar y normales. SOL-ALERO-01 introduce una ventana de dos metros de alto, un alero horizontal de 0,80 m y una separación vertical de 0,20 m entre alero y borde superior del vidrio. Compararás posiciones solares, derivarás el ángulo de perfil y separarás radiación directa, difusa y ganancias interiores.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-273/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Cómo diseñar y evaluar una protección solar que responda a horas y estaciones concretas, sin confundir una sombra en sección con el comportamiento anual de toda una ventana?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Estudia una ventana de 1,80 m de alto con alero de 0,60 m y separación superior de 0,15 m. Calcula la fracción sombreada para altura solar 45° y azimut relativo cero; repite con azimut relativo 60°. Obtén los ángulos frontales de inicio y cobertura total.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-274.
• Puedes reconstruir la fracción desde el vector y explicar al menos una situación donde la sección resulte insuficiente. ARQ-274 cambia de mecanismo: una abertura que admite luz también puede intercambiar aire, pero su caudal requiere presiones, área efectiva y continuidad, no una fracción de sombra.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-274 · Ventilación natural y diferencias de presión; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los modelos, datos, figuras, prácticas y soluciones son elaboraciones originales. Consulta de fuentes nuevas: 22 de septiembre de 2026. Las referencias heredadas conservan su alcance. No se afirma aplicación íntegra de normas ni ejecución de simuladores externos.

[CLI-SHADING] EnergyPlus 24.2: Shading Module

EnergyPlus / U.S. Department of Energy. https://bigladdersoftware.com/epx/docs/24-2/engineering-reference/shading-module.html

Consulta: Posición solar, sistema de coordenadas y proyección de sombras. Apoyo: Definir normales, ángulos y geometría antes de calcular incidencia y sombra. Límite: Las ecuaciones ENU y el alero docente se derivan con convenciones propias explícitas; no reproducen todo el algoritmo.

[ENE-SKY] EnergyPlus 24.2: Sky Radiance Model

EnergyPlus / U.S. Department of Energy. https://bigladdersoftware.com/epx/docs/24-2/engineering-reference/sky-radiance-model.html

Consulta: Radiación difusa sobre superficies y tratamiento distinto de obstrucciones. Apoyo: Evitar aplicar una fracción de sombra de haz directo a toda la radiación. Límite: No se implementó el modelo Perez ni se reprodujeron sus tablas de coeficientes.