Optimización del diseño de protecciones solares perforadas para el aprovechamiento de la iluminación natural

Abstract

Este estudio analiza la influencia de diferentes configuraciones de protecciones solares perforadas (PSP) en las condiciones anuales de iluminación natural expresadas mediante la métrica dinámica basada en clima: Iluminación Natural Útil (UDI). El diseño de PSP requiere estudios paramétricos que son a menudo complejos y requieren demasiado tiempo de simulación computacional. Por tanto, se plantea una metodología para optimizar el diseño de las PSP mediante la aplicación del “Diseño de Experimentos con Arreglos Ortogonales (DOA)”. El objetivo es evaluar el efecto y la relevancia que las siguientes variables de diseño de las PSP tienen en la iluminación natural: porcentaje de perforación (PP), matriz (M), forma (F) y orientación (O). La metodología propuesta es aplicada al caso de estudio de Sevilla, España. Los resultados del DOA indican que los valores óptimos para cada variable son: PP 25–37.5 %, M 12x48, F hexagonal/circular, O: norte. Con estos valores se diseñan PSP que maximizan las iluminancias útiles en un 13.08 % y minimizan las iluminancias excesivas en un 33.78 %, respecto al modelo de referencia sin PSP. La aplicación del DOA permite reducir el número de simulaciones, y/o combinaciones de las variables, de 256 requeridas a 16. Finalmente, la PSP óptima es simulada para verificar los resultados del DOA, confirmándose su efectividad y, por tanto, la validez de la metodología propuesta.

This paper analyses the influence of different perforated solar screens (PSP) in annual daylight conditions expressed using the climate-based daylight metric: Useful Daylight Illuminance (UDI). The PSP design requires parametric studies that are often complex and time consuming due to a large number of simulations. Hence, a new methodology is proposed to optimize PSP design by applying Design of Experiments using Orthogonal Arrays (DOA). The aim is to assess the effect of the following PSP design variables in daylighting performance: perforation percentage (PP), matrix (M), shape (S) and orientation (O). A case study from the DOA perspective has been conducted, which involves an office space in Seville, Spain. DOA results reveal that optimized levels to design PSP are PP 25-–37.5 %, M 12x48, F Hexagonal/Circular, O: North. These levels increase the useful illuminances in 13.08 % and reduce the excessive illuminances in 33.78 %, in comparison with a reference model with no PSP. DOA method reduces the number of simulations from the 256 required to 16, so it could save time during the initial stages of building design. Finally, optimal PSP is simulated to verify the DOA results, confirming its efficacy ant the validity of the proposed methodology.