Comunicación presentada al III Congreso Edificios Inteligentes:
Autor
- Albert López Crespo, Arquitecto, SOMFY
Resumen
El proyecto arquitectónico de un edifico está condicionado por su ubicación, y también con su relación con el entorno. Todos los edificios tienen una orientación respecto del Sol (Este, Sur, Oeste y Norte) y una relación arquitectónica-urbanística con el resto de edificios colindantes. Dependiendo de la hora del día y la ubicación de un edificio, las sombras se mueven, variando el nivel de radiación solar en cada hueco o ventana. Gracias a la solución Shadow Management o gestión de sombras en la fachada cada dispositivo de protección solar se controla individualmente o por zona, garantizando así un nivel óptimo de confort lumínico y térmico del usuario.
Introducción
Para el control solar automático del edificio es necesario orientar las lamas respecto de la posición del Sol (Sun Tracking) y después se puede optimizar aún más con la función gestión del sistema Shadow Management que permite el control automático de cada una de las protecciones solares individuales en base al movimiento de las sombras arrojadas sobre la fachada de un edificio. (Figura 1).
Beneficios
El sistema de gestión Shadow Management tiene un valor añadido en:
- Potenciar y optimizar la luz natural, reduciendo el consumo de luz artificial y aumentando la vida útil de las lámparas.
- Reducción del consumo de Climatización. (Aire Acondicionado y Calefacción).
- Mejorar el confort térmico- visual del usuario.
- Evitar los deslumbramientos y fatigas visuales por contrastes de intensidad lumínica.
- Reducción de la emisión de CO2 y respetuoso con el medioambiente.
- Integrar el sistema Shadow Management de la fachada dentro del sistema de control del edificio donde también estarán la iluminación y la climatización.
- Control individual por cada ventana o en zona.
- Aumentar la productividad en los espacios interiores como oficinas, escuelas, hospitales, etc.
¿Cómo funciona?
El sistema nos permite el control de las protecciones solares en función de las sombras proyectadas en las fachadas. El sistema Shadow Management se basa en la modelización del entorno y del propio edificio en 3D, para simular la posición del sol y sombra en cada una de las ventanas de las diferentes fachadas. (Figura 2). El sistema Shadow Management de Somfy se basa en la modelización 3D del edificio llevada a cabo de antemano teniendo en cuenta los siguientes factores:
- Ubicación geográfica del edificio.
- El número y la posición de cada una de las ventanas.
- La posición y altura de los edificios vecinos.
- El recorrido del sol relativo al edificio.
La gestión del control solar automático se puede optimizar si cada ventana fuera un elemento que tuviera la opción de subir y bajar la protección solar en función de la radicación solar. Para lograr dicha precisión habría que un colocar un sensor de sol detrás de cada abertura. Dicha opción es muy costosa en términos de equipos y cableado. Con el sistema Shadow Management no es necesario colocar un sensor detrás de cada ventana, sino que por la geolocalización del edificio y la modelización en 3D es capaz de realizar con gran precisión (error máximo de 5 cm) el control solar automático ventana por ventana.
Por lo tanto, sólo ventanas / zonas expuestas a la radiación solar tienen su protección solar bajada
La progresión de las sombras en la fachada se determina mediante el cálculo teniendo en cuenta la ubicación geográfica del edificio, su configuración y su entorno (presencia de árboles o edificios cercanos).
Estos detalles se compilan y se registran en una base de datos que se proporciona a continuación al proyecto de integración y se conecta a la instalación de Building Management System (BMS). Figura 3.
El dispositivo se basa en una simulación del edificio por la que el sistema BMS es controlado desde una única estación metereológica (Figura 5) que determina en cualquier momento del año cómo actuar a través motor-controlador para obtener la mejor posición posible de las protecciones solares entre las exigencias de confort visual (optimizar la luz natural) y el rendimiento energético, tanto en verano como en invierno. «Esta innovación está en perfecta sintonía con los Edificios De Consumo Casi Nulo.
Los resultados de este cálculo se integran en una base de datos mediante el software que controla la posición e intensidad del Sol, la orientación y en base a la presencia en el interior. El sistema es compatible con la gestión automática de protección solar automatizada de Animeo KNX o LON. El sistema también tiene en cuenta la velocidad del viento exterior para bloquear la protección solar si es fuera necesario por viento excesivo que sobrepase los 75 km/h.
Descripción técnica
Esta función se basa en el modelado 3D del edificio y su entorno permitiendo así la simulación de cada ventana y su radiación solar. La solución propuesta implica describir las necesidades por el uso del edificio:
- El movimiento de las protecciones solares tiene un intervalo de movimiento mínimo de 5 minutos para evitar el movimiento constante en caso de días medio nublados (Ver Figura 4).
- Para determinar el correcto posicionamiento de protecciones solares es necesario confirmar de las condiciones meteorológicas mediante la estación metereológica y la estrategia de protección solar deseado para el edificio.
El archivo de configuración creado informa así el sistema de automatización del edificio si la ventana o hueco son objeto de la radiación del sol. La función se “comporta” como si el edificio estaba equipado con un sensor de sol en cada una ventana. Y cuando el último rayo de sol deja una ventana las protecciones solares regresan automáticamente a su posición de recogida optimizando la luz natural.
La solución de administración de sombra se instala en un dispositivo Shadow conectado al BMS (Building Management System). La gestión de esta función depende de la ubicación física predefinida de cada ventana / zona y que constituye parte de la información extraída de la base de datos. Esta lista de ubicaciones de ventanas / zonas es proporcionada por Somfy en base a los planos de construcción suministrados. El paquete de trabajo de integración utiliza esta lista en una base de datos que permite la interfaz con la red física para la instalación.
Documentos a suministrar para la puesta en marcha de esta solución
En la fase de planificación:
- Plano de suelo / ubicación (PDF)
- Dibujo en 3D del edificio (SKP / RVT / DXF)
Durante la implementación:
- Modelo digital 3D (RVT / SKP)
- Plan de ejecución (DWG / DXF)
Características
Las fachadas dinámicas con la inclusión del sistema Shadow Management tienen 4 características:
- Inmediata. Reacción instantánea de la fachada adaptándose cada 5 minutos a los cambios climáticos exteriores y las necesidades interiores del usuario. No es una fachada estacional que se comporta bien en verano o invierno… en cada momento aporta la mejor opción de confort y ahorro energético.
- Flexible. La fachada puede cambiar en el futuro el uso del edificio y con sólo cambios de programación sin necesidad de obras en la fachada. La flexibilidad de Shadow Management favorece que se pueden adaptar a los procesos de alquiler por plantas y usos diferentes.
- Invisible. Respeta la imagen arquitectónica y estética de la fachada ya que sólo actúa cuando es necesario cambios para mejorar el confort y el ahorro energético. Si no hace falta la protección solar está oculta. Mejora el mantenimiento de las protecciones solares.
- Integrada. Shadow Management se puede integrar con la climatización y la iluminación en un mismo equipo o sistema de gestión-control del edificio para reducir el consumo de energía. La climatización y la iluminación suponen aproximadamente entre el 70-75% del consumo de un edificio.
BBVA, Madrid, España
Banco líder en España: Banco Bilbao Vizcaya Argentaria S.A.
Situado en la periferia norte de Madrid. La nueva sede de BBVA es una pequeña ciudad con puentes, corredores, calles y restaurantes. El edificio tiene una superficie de 100.000 m2, para las 6.000 personas que trabajan. El edificio obtuvo la certificación LEED. Figura 5.
Por lo general un edificio de oficinas siempre necesita frío. Como los ordenadores, impresoras, iluminación, fotocopiadoras y las personas del edificio generan mucho calor. Y deberíamos evitar la entrada más calor del exterior por efecto de la radiación solar directa. El control solar automático puede reaccionar en tiempo real a los cambios climatológicos externos y de uso-distribución internos convierte a las fachadas que incorporan protecciones solares dinámicas en un aspecto fundamental para alcanzar el balance neto cero.
En el proyecto desarrollado por Somfy, se instalaron un sistema de gestión Animeo LonMark. Una solución que maneja 4.000 toldos verticales motorizados enrollables exteriores. La propia torre elíptica del BBVA – La Vela – sombrea las oficinas de las fachadas interiores. Además, un sistema de regulación permite la gestión de los controles de iluminación y solares de acuerdo con los niveles de luz natural. Esta combinación de soluciones mejora la eficiencia energética del edificio y ofrece a los empleados un ambiente de trabajo más cómodo.
Además de la Fachada Dinámica con el sistema Shadow Management también se ha coordinado con el sistema de iluminación Light Balancing Building (LBB). Sistema de gestión conjunto prioriza la luz natural e integra el control solar automático de la fachada con el control de la iluminación artificial. El reto es que los edificios estén iluminados el máximo tiempo posible con luz natural, teniendo apagadas las luminarias y evitando la entrada de la radiación solar. Además, conseguimos mejorar el ánimo, ambiente y la productividad de los usuarios en la oficina.
Light Balancing Building es un sistema con protocolo abierto para poderse controlar con KNX o LON. El sistema es gestionado a nivel de edificio que admite un número ilimitado de formatos de instalaciones para un ajuste óptimo del rendimiento térmico y visual del edificio. Este es un ejemplo de gestión entre marcas como Somfy y Philips que comparten la instalación de cableado y gestión del edificio para optimizar los equipos y reducir los costes. Empresas con soluciones innovadoras coordinadas podemos facilitar al integrador su trabajo debido a que cuantas más soluciones innovadoras estén previamente integradas más fácil será la gestión global del edificio. El Light Balancing Building: como un ejemplo de combinación de soluciones innovadoras de iluminación y control solar automático.
Conclusiones
El sistema Shadow Management es capaz de controlar individualmente cada una de las protecciones solares instaladas en cada ventana en función de las sombras proyectadas en las fachadas del edificio. El sistema de gestión de sombras, Shadow Management, se basa en la modelización del entorno y del propio edificio en 3D, para simular la influencia del sol y sombra en cada una de las ventanas de las diferentes fachadas. La información recopilada, se traspasa a una base de datos que nos permite integrarla al sistema de gestión del Edificio BMS (Building management System).
Garantiza que las sombras arrojadas o proyectadas por los edificios o el mismo edificio no impidan la entrada de luz natural en nuestro edificio. El sistema permite el Control Solar del hueco respecto la sombra que proyecta los edificios próximos (incluso el propio) mediante el movimiento personalizado de la protección solar (lama o toldo) de cada hueco de la fachada. Dependiendo de la hora del día, época del año y de su localización, Un edifico puede verse afectado por las sombras que se le proyectan, ya sean por las edificaciones o estructuras colindantes, el propio edificio e incluso, elementos naturales, montañas.
Los sistemas de control solar automático comparado con los sistemas manuales pueden conseguir mucho más ahorro en electricidad y climatización. Los sistemas manuales raramente son accionados por las personas, menos de dos veces por semana según un estudio de la ESTIA STUDY 2014. Los sistemas manuales pierden potencial de ahorro y confort, algo que un sistema automático puede gestionar, automatizar y controlar de forma sencilla e intuitiva.
El control solar automático puede ser una parte vital de un edificio sostenible debido a que es una solución innovadora para dar respuesta a las necesidades en el diseño de los nuevos edificios. Sinergias e integración del control solar automático con otros sistemas como la gestión de la iluminación y climatización para conseguir un coste óptimo en las soluciones de ahorro energético con propuesta conjunta para el edificio.
La vista hacia el exterior y la luz natural en un edificio son importantes y positivos factores de satisfacción, como son la productividad, mejorar la visión y concentración, reducir el absentismo laboral, aumentar la productividad de un 4,5 a 15%. Reducir el absentismo y errores en 1%
Por ello se considera que, en el marco de un horizonte de futuro 2020-50, la arquitectura, el diseño de la edificación y su integración con los sistemas de control solar automático en fachada juegan un papel determinante en la consecución de edificios de oficinas de Consumo Casi Nulo.
Referencias
- Fuente: ESTIA STUDY Switzertland, 2014. Smart Lighting, IES, France 2016. Simulation of Integrated systems. Sustentech. Brazil, 2015.
- Fuente: ES-SO Study. “High performance dynamic shading solutions for energy efficiency and comfort in buildigns, by sonnergy Ldt. UK 2015.
- Fuente: World Green Building Council report. Health Wellbein & Production in Office 2014.
- Fuente: IEA Technology Road Map Energy Efficient Building Envelopes, December 2013.
- www.somfyarquitectura.es.
- https://www.youtube.com/watch?v=NXgBceQHnnQ.