Iluminación natural

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Una claraboya que proporciona iluminación interna.

La iluminación natural es la práctica de colocar ventanas , tragaluces , otras aberturas y superficies reflectantes para que la luz del sol (directa o indirecta) pueda proporcionar una iluminación interna efectiva. Se presta especial atención a la iluminación natural al diseñar un edificio cuando el objetivo es maximizar el confort visual o reducir el uso de energía. El ahorro de energía se puede lograr mediante el uso reducido de iluminación artificial (eléctrica) o mediante el calentamiento solar pasivo . El uso de energía de iluminación artificial puede reducirse simplemente instalando menos luces eléctricas donde haya luz natural o atenuando /apagando automáticamente las luces eléctricas en respuesta a la presencia de luz natural, un proceso conocido comoaprovechamiento de la luz del día .

La cantidad de luz diurna recibida en un espacio interno se puede analizar midiendo la iluminancia en una cuadrícula o realizando un cálculo del factor de luz diurna . Los programas informáticos como Radiance permiten a un arquitecto o ingeniero calcular rápidamente los beneficios de un diseño en particular. La respuesta del ojo humano a la luz no es lineal , por lo que una distribución más uniforme de la misma cantidad de luz hace que una habitación parezca más luminosa.

La fuente de toda la luz del día es el Sol. La proporción de luz directa a difusa afecta la cantidad y calidad de la luz del día. [1] La "luz solar directa" llega a un sitio sin dispersarse dentro de la atmósfera terrestre . La luz del sol que se dispersa en la atmósfera es " luz diurna difusa ". La luz del sol reflejada en las paredes y el suelo también contribuye a la iluminación natural. Cada clima tiene una composición diferente de estas luces del día y una cobertura de nubes diferente , por lo que las estrategias de iluminación natural varían según la ubicación del sitio y el clima. En latitudes al norte del Trópico de Cáncer y al sur del Trópico de Capricornio, no hay luz solar directa en la pared del lado polar de un edificio entre el equinoccio de otoño y el equinoccio de primavera (es decir, desde el equinoccio de septiembre hasta el equinoccio de marzo en el hemisferio norte, y desde el equinoccio de marzo hasta el equinoccio de septiembre en el hemisferio sur ). En el hemisferio norte , la pared que mira hacia el norte es el "lado polar" y en el hemisferio sur, es la pared que mira hacia el sur. [2]

Tradicionalmente, las casas se diseñaron con ventanas mínimas en el lado polar, pero más ventanas y más grandes en el lado ecuatorial (pared orientada al sur en el hemisferio norte y pared orientada al norte en el hemisferio sur). [3] Las ventanas del lado ecuatorial reciben al menos algo de luz solar directa en cualquier día soleado del año (excepto en los trópicos en verano ), por lo que son efectivas para iluminar las áreas de la casa adyacentes a las ventanas. En latitudes más altas durante el pleno invierno , la incidencia de la luz es muy direccional y proyecta largas sombras. Esto puede mejorarse parcialmente a través de la difusión de la luz , conductos o tubos de luz., y a través de superficies internas algo reflectantes. En latitudes bastante bajas durante el verano, las ventanas que miran hacia el este y el oeste y, a veces, las que miran hacia el polo más cercano reciben más luz solar que las ventanas que miran hacia el ecuador. [2]

Tipos

La iluminación natural pasiva es un sistema de recolección de luz solar usando sistemas estáticos, sin movimiento y sin seguimiento (como ventanas, puertas corredizas de vidrio , la mayoría de los tragaluces , tubos de luz ) y reflejando la luz del día recolectada más adentro con elementos como estantes de luz . Los sistemas de iluminación natural pasivos son diferentes de los sistemas de iluminación natural activos en que los sistemas activos rastrean y/o siguen al sol y dependen de mecanismos mecánicos para hacerlo.

Ventanas

Una ventana convencional
Ventanas del triforio

Las ventanas son la forma más común de admitir la luz del día en un espacio. Su orientación vertical significa que admiten selectivamente la luz del sol y difunden la luz del día en diferentes momentos del día y del año. Por lo tanto, las ventanas en múltiples orientaciones generalmente deben combinarse para producir la combinación adecuada de luz para el edificio, según el clima y la latitud. Hay tres formas de mejorar la cantidad de luz disponible de una ventana: [4] (a) colocando la ventana cerca de una pared de color claro, (b) inclinando los lados de las aberturas de las ventanas para que la abertura interior sea más grande que la exterior. , o (c) usar un alféizar de ventana grande de color claro para proyectar luz en la habitación. Además de permitir la entrada de luz natural al edificio, las ventanas cumplen otra función en la práctica de iluminación natural, proporcionando vistas al exterior. [5]Para mejorar la calidad de la vista vista desde una ventana, se deben garantizar tres variables principales: contenido de la vista (lo que se puede ver en la vista), acceso a la vista (cómo se puede ver la vista de la ventana) y claridad de la vista (cómo se puede ver). claramente se puede ver la vista). [6] La claridad de la vista a menudo se ve influenciada por la cantidad de sombra proporcionada por las persianas o los dispositivos utilizados para proteger a los ocupantes de la luz diurna intensa (por ejemplo, el deslumbramiento ) o por razones de privacidad visual. Los criterios ambientales también se pueden usar para predecir con precisión las preferencias hacia diferentes vistas de ventana. [7] Estos criterios incluyen: Ubicación, tiempo, clima, gente y naturaleza. La investigación ha demostrado que, entre los cinco criterios, las vistas de ventanas que contienen naturaleza tienen la importancia ponderada de la altura.

Los diferentes tipos y grados de vidrio y los diferentes tratamientos de ventanas también pueden afectar la cantidad de transmisión de luz a través de las ventanas. El tipo de acristalamiento es un tema importante, expresado por su coeficiente VT (Transmitancia Visual), [8] también conocido como transmisión de luz visual (VLT). Como sugiere el nombre, este coeficiente mide la cantidad de luz visible que admite la ventana. Un VT bajo (por debajo de 0,4) puede reducir a la mitad o más la luz que entra en una habitación. Pero también tenga cuidado con los vidrios de VT alto: los números de VT altos (por ejemplo, por encima de 0,60) pueden ser una causa de deslumbramiento. Por otro lado, también debes tener en cuenta los efectos indeseables de los grandes ventanales.

Las ventanas se clasifican en paredes translúcidas (abajo).

Ventanas del triforio

Otro elemento importante en la creación de iluminación natural es el uso de ventanas de triforio . Estas son ventanas altas, colocadas verticalmente. Se pueden usar para aumentar la ganancia solar directa cuando se orientan hacia el ecuador. Cuando miran hacia el sol, las claraboyas y otras ventanas pueden admitir un resplandor inaceptable . En el caso de una casa solar pasiva , las claraboyas pueden proporcionar un camino de luz directo a las habitaciones del lado polar (norte en el hemisferio norte; sur en el hemisferio sur) que de otro modo no estarían iluminadas. Alternativamente, los claristorios se pueden usar para admitir luz diurna difusa (del norte en el hemisferio norte) que ilumina uniformemente un espacio como un salón de clases o una oficina.

A menudo, las ventanas del triforio también brillan sobre las superficies de las paredes interiores pintadas de blanco u otro color claro. Estas paredes se colocan de manera que reflejen la luz indirecta hacia las áreas interiores donde se necesita. Este método tiene la ventaja de reducir la direccionalidad de la luz para hacerla más suave y difusa, reduciendo las sombras.

Techo de diente de sierra

Otra alternativa de vidrio con techo en ángulo es un techo de dientes de sierra (que se encuentra en las fábricas más antiguas). Los techos de dientes de sierra tienen vidrio de techo vertical que mira hacia el lado opuesto del ecuador del edificio para capturar la luz difusa (no la fuerte ganancia solar directa del lado del ecuador). [9] La parte en ángulo de la estructura de soporte de vidrio es opaca y está bien aislada con un techo fresco y una barrera radiante . El concepto de iluminación del techo de diente de sierra reduce parcialmente el problema del tragaluz del "horno solar" de verano, pero aún permite que el aire interior cálido suba y toque el vidrio del techo exterior en el frío invierno, con una importante transferencia de calor no deseada. [10]

Tragaluces

Tragaluz moderno

Los tragaluces son ventanas que transmiten la luz (productos que llenan las aberturas en la envolvente de un edificio que también incluye ventanas, puertas, etc. [ ¿según quién? ] ) que forman la totalidad o una parte del techo de un espacio del edificio. Los tragaluces se utilizan ampliamente en el diseño de iluminación natural en edificios residenciales y comerciales, principalmente porque son la fuente de luz natural más eficaz por unidad de área.

Una alternativa a un tragaluz es una linterna de techo . Una linterna de techo es una cúpula de luz natural que se encuentra sobre un techo, a diferencia de una claraboya que se instala en la construcción de un techo. Las linternas de techo sirven tanto como una característica arquitectónica como un método para introducir luz natural en un espacio, y suelen ser estructuras de madera o metal con una serie de paneles de vidrio esmaltado.

Laylights

Tragaluces sobre laylights en la Galería de la Asociación de Arte de Lyme

Como elemento de la arquitectura , un laylight es un panel acristalado que generalmente se coloca al ras del techo con el propósito de admitir luz natural o artificial. [11] Los Laylights suelen utilizar vidrieras o lentes en su acristalamiento, pero también pueden utilizar materiales alternativos. [12] [13] Por ejemplo, la Galería de la Asociación de Arte de Lyme utiliza lámparas de muselina blanca translúcida debajo de sus tragaluces. [14] Un tragaluz se diferencia de un tragaluz acristalado (o cerrado) en que un tragaluz funciona como ventana de techo o abertura, mientras que un tragaluz está al ras del techo de un espacio interior.[15] [16] Cuando se combina con una linterna de techo o un tragaluz en un techo inclinado, una luz de apoyo funciona como un difusor de luz interior. [17] Antes de la llegada de la iluminación eléctrica, las luces fijas permitían la transmisión de luz entre pisos en edificios más grandes y no siempre se combinaban con tragaluces. [18]

Atrio

Un atrio es un gran espacio abierto ubicado dentro de un edificio. A menudo se utiliza para iluminar una circulación central o un área pública mediante la entrada de luz natural a través de un techo o pared de vidrio. Los atrios proporcionan algo de luz natural a las áreas de trabajo adyacentes, pero la cantidad suele ser pequeña y no penetra muy lejos. [19] La función principal de un atrio es proporcionar una experiencia visual y un grado de contacto con el exterior para las personas en las áreas de trabajo. La iluminación natural de pisos sucesivos de habitaciones contiguas a un atrio es interdependiente y requiere un enfoque equilibrado. [20] La luz del cielo puede penetrar fácilmente en los pisos superiores, pero no en los inferiores, que dependen principalmente de la luz reflejada en las superficies internas del atrio, como la luz reflejada en el suelo. [21]Los pisos superiores necesitan menos área de ventanas que los inferiores, y si las paredes del atrio son de color claro, las paredes superiores reflejarán la luz hacia los pisos inferiores. [9]

Paredes translúcidas

Pared de ladrillos de vidrio, al aire libre
Pared de ladrillos de vidrio, interior
Pared de botella

Las paredes hechas de ladrillo de vidrio son translúcidas a transparentes. Tradicionalmente, son huecos y se enlechan con una lechada fina de hormigón, pero algunas paredes de ladrillo de vidrio modernas son de vidrio sólido fundido [22] y se enlechan con un pegamento transparente. [23] [24] Si el pegamento coincide con el índice de refracción del vidrio, la pared puede ser bastante transparente.

Al aumentar la cantidad de hormigón, las paredes de las botellas incrustan botellas que atraviesan la pared y transmiten luz. También se han realizado muros de hormigón atravesados ​​por prismas de vidrio. Con la llegada de fibras ópticas más económicas y paredes de hormigón de fibra óptica , la luz del día (y las imágenes de sombras) pueden pasar directamente a través de una pared de hormigón sólido, haciéndola translúcida; la fibra óptica conducirá la luz alrededor de las curvas y sobre decenas de metros. [25] Por lo general, solo se transmite un pequeño porcentaje de la luz (el porcentaje de transmitancia es aproximadamente la mitad del porcentaje de la superficie que son fibras y, por lo general, solo se usa ~ 5% de fibras). [26] [27]

Tanto el vidrio como el concreto conducen el calor bastante bien, cuando están sólidos, por lo que ninguna de estas paredes aísla bien . Por lo tanto, se suelen utilizar en exteriores, como separador entre dos espacios calefaccionados (ver imágenes), o en climas muy templados .

Las paredes (y los techos) de los invernaderos están hechos para transmitir la mayor cantidad de luz y el menor calor posible. Utilizan una variedad de materiales y pueden ser transparentes o translúcidos.

Distribución remota

Es posible proporcionar algo de luz natural en espacios que tienen poca posibilidad de ventanas o tragaluces a través de dispositivos de distribución remota como espejos, prismas o tubos de luz . Esto se llama iluminación anidólica , de la óptica anidólica (que no forma imágenes) . La respuesta no lineal del ojo humano a la luz significa que la difusión de la luz a un área más amplia de una habitación hace que la habitación parezca más brillante y hace que una mayor parte esté iluminada de manera útil.

Los sistemas remotos de distribución de luz diurna tienen pérdidas, y cuanto más tienen que transmitir la luz del día y más enrevesado es el camino, mayor es la ineficiencia. [28] La eficiencia de muchos sistemas de distribución remota también puede variar drásticamente de cielos despejados a nublados. No obstante, donde no existe otra posibilidad de dotar de luz natural a un espacio, se pueden apreciar los sistemas de distribución remota. [19]

Reflectores de luz y baldas

Estantes ligeros
un reflector de luz

Una vez que se usó ampliamente en edificios de oficinas, el reflector de luz ajustable manualmente rara vez se usa hoy en día y ha sido reemplazado por una combinación de otros métodos en conjunto con la iluminación artificial. El reflector había encontrado favor donde las opciones de luz artificial proporcionaban una iluminación deficiente en comparación con la iluminación eléctrica moderna.

Los estantes de luz son una forma efectiva de mejorar la iluminación de las ventanas en el lado de una estructura que mira hacia el ecuador, este efecto se obtiene colocando un estante de luz de metal reflectante o blanco fuera de la ventana. [19] Por lo general, la ventana estará protegida del sol directo de la temporada de verano por un alero saliente. El estante de luz se proyecta más allá de la sombra creada por el alero y refleja la luz del sol hacia arriba para iluminar el techo. Esta luz reflejada puede contener poco contenido de calor y la iluminación reflectante del techo generalmente reducirá las sombras profundas, reduciendo la necesidad de iluminación general. [29]

En el frío invierno, se crea un estante de luz natural cuando hay nieve en el suelo que lo hace reflectante. El sol invernal bajo (consulte la ruta del sol ) se refleja en la nieve y aumenta la ganancia solar a través del vidrio que mira hacia el ecuador en uno o dos tercios, lo que ilumina intensamente el techo de estas habitaciones. Es posible que se requiera control de deslumbramiento (cortinas).

Prismas

Luz diurna que redirige la película que dobla la luz hacia arriba

El uso más antiguo de los prismas para la iluminación natural bien puede ser el de los prismas de cubierta , instalados en las cubiertas de los barcos para transmitir luz debajo. Más tarde, se usaron luces de pavimento o luces de bóveda para iluminar las áreas del sótano debajo de las aceras. [30]

Más tarde se hicieron populares los prismas que usaban la reflexión interna total para arrojar luz hacia los lados, iluminando las partes más profundas de una habitación. Los primeros mosaicos de prisma de vidrio fundido, gruesos y de enfriamiento lento, a menudo se conocían como "mosaicos de lujo" en honor a un importante fabricante. [30] Se usaban y se usan en las partes superiores de las ventanas, y algunos creen que contribuyeron a la tendencia de los interiores victorianos oscuros y subdivididos a los de planta abierta y colores claros. [ cita requerida ]

La película de ventana de redirección de luz diurna (DRF) es una versión de plástico delgado de los viejos mosaicos de prisma de vidrio. Se puede utilizar como sustituto de las persianas opacas. [31]

Tubos de luz

  • Izquierda: Diagrama de un tubo de luz .
  • Derecha: Los dispositivos de iluminación natural tubulares captan la luz solar y la transmiten a través de un tubo altamente reflectante hacia un espacio interior al nivel del techo.

Otro tipo de dispositivo utilizado es el tubo de luz, también llamado dispositivo de iluminación natural tubular (TDD), que se coloca en un techo y admite luz en un área enfocada del interior. Estos se parecen un poco a las lámparas empotradas en el techo. No permiten tanta transferencia de calor como los tragaluces porque tienen menos superficie.

Los TDD utilizan tecnología moderna para transmitir luz visible a través de paredes y techos opacos. El tubo en sí es un componente pasivo que consta de un revestimiento interior reflectante simple o un haz de fibra óptica conductora de luz. Con frecuencia está rematado con un "colector de luz" de cúpula transparente montado en el techo y terminado con un conjunto difusor que admite la luz del día en los espacios interiores y distribuye la energía de la luz disponible de manera uniforme (o bien, de manera eficiente si el uso del espacio iluminado es razonablemente fijo). , y el usuario deseaba uno o más "puntos brillantes").

El dispositivo de iluminación natural tubular fue inventado por Solatube International en 1986 y lanzado al mercado por primera vez en Australia en 1991. [ dudoso ]

Iluminación natural activa

La iluminación natural activa es un sistema de captación de luz solar mediante un dispositivo mecánico para aumentar la eficiencia de la captación de luz para un propósito de iluminación determinado. Los sistemas de iluminación natural activos son diferentes de los sistemas de iluminación natural pasivos en que los sistemas pasivos son estacionarios y no siguen ni rastrean activamente al sol. [32] Hay dos tipos de sistemas de control de iluminación natural activa: seguimiento solar de bucle cerrado y sistemas de seguimiento solar de bucle abierto .

  • Los sistemas de circuito cerrado rastrean el sol al depender de un conjunto de lentes o sensores con un campo de visión limitado, dirigidos al sol, y están completamente iluminados por la luz solar en todo momento. A medida que el sol se mueve, comienza a oscurecer uno o más sensores, que el sistema detecta y activa motores o actuadores para mover el dispositivo nuevamente a una posición en la que todos los sensores vuelven a estar igualmente iluminados. [33]
  • Los sistemas de circuito abierto rastrean el sol sin seguirlo físicamente a través de sensores (aunque se pueden usar sensores para la calibración). Estos sistemas suelen emplear lógica electrónica que controla los motores o actuadores de los dispositivos para seguir al sol en función de una fórmula matemática. Esta fórmula suele ser un gráfico de ruta solar preprogramado, que detalla dónde estará el sol en una latitud determinada y en una fecha y hora determinadas para cada día.

Vidrio inteligente

Vidrio inteligente es el nombre que se le da a una clase de materiales y dispositivos que se pueden cambiar entre un estado transparente y un estado opaco, translúcido, reflectante o retrorreflectante. [34] La conmutación se realiza aplicando un voltaje al material o realizando alguna operación mecánica simple. Ventanas, tragaluces, etc., que están hechos de vidrio inteligente, se pueden utilizar para ajustar la iluminación interior, compensando los cambios de brillo de la luz exterior y de la luminosidad requerida en el interior. [35]

Iluminación solar

El espejo reflectante de un helióstato

Heliostatos

El uso de helióstatos , espejos que se mueven automáticamente para reflejar la luz del sol en una dirección constante a medida que el sol se mueve por el cielo, está ganando popularidad como método de iluminación de bajo consumo. Se puede utilizar un heliostato para hacer brillar la luz del sol directamente a través de una ventana o tragaluz, o en cualquier disposición de elementos ópticos, como tubos de luz, que distribuyen la luz donde se necesita. La imagen muestra un espejo que gira sobre una montura altazimutal impulsada por un motor y controlada por computadora .

Farolas solares

Alumbrado público solar Fuentes de luz elevadas que son alimentadas por paneles fotovoltaicos generalmente montados en la estructura de iluminación. La matriz solar de dicho sistema fotovoltaico fuera de la red carga una batería recargable , que alimenta una lámpara fluorescente o LED durante la noche. El alumbrado público solar es un sistema de energía independiente y tiene la ventaja de ahorrar en los costos de excavación de zanjas, paisajismo y mantenimiento, así como en las facturas de electricidad, a pesar de su mayor costo inicial en comparación con el alumbrado público convencional. Están diseñados con baterías suficientemente grandes para garantizar el funcionamiento durante al menos una semana e incluso en la peor situación, se espera que se atenúen solo un poco.

Iluminación solar híbrida

El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) ha desarrollado una nueva alternativa a los tragaluces llamada iluminación solar híbrida. Este diseño utiliza un colector de luz montado en el techo, fibra óptica de gran diámetro y lámparas fluorescentes eficientes modificadas que tienen varillas transparentes conectadas a los cables de fibra óptica. Esencialmente, no se necesita electricidad para la iluminación interior natural durante el día.

Las pruebas de campo realizadas en 2006 y 2007 de la nueva tecnología HSL fueron prometedoras, pero la producción de equipos de bajo volumen sigue siendo costosa. HSL debería volverse más rentable en un futuro próximo. Una versión que pueda soportar tormentas de viento podría comenzar a reemplazar los sistemas de iluminación fluorescente comerciales convencionales con implementaciones mejoradas en 2008 y más allá. El proyecto de ley de energía de EE. UU. de 2007 proporciona fondos para I+D de HSL, y varios edificios comerciales grandes están listos para financiar un mayor desarrollo e implementación de aplicaciones de HSL.

Por la noche, ORNL HSL utiliza balastos de control electrónico de iluminación fluorescente de intensidad variable. A medida que la luz del sol disminuye gradualmente al atardecer, la lámpara fluorescente se enciende gradualmente para brindar un nivel casi constante de iluminación interior desde la luz del día hasta que oscurece en el exterior.

HSL pronto puede convertirse en una opción para la iluminación interior comercial. Puede transmitir aproximadamente la mitad de la luz solar directa que recibe. [36]

Solárium

En un edificio de ganancia solar aislado bien diseñado con solárium, terraza acristalada, invernadero, etc., suele haber una cantidad significativa de vidrio en el lado del ecuador. También se puede agregar una gran área de vidrio entre el solárium y las habitaciones interiores. El vidrio de seguridad para puertas de patio de bajo costo y alto volumen de producción es una forma económica de lograr este objetivo.

Las puertas que se usan para ingresar a una habitación deben estar opuestas al vidrio interior de la sala solar, de modo que un usuario pueda ver el exterior inmediatamente al ingresar a la mayoría de las habitaciones. Los pasillos deben minimizarse con espacios abiertos en su lugar. Si se necesita un pasillo para la privacidad o el aislamiento de la habitación, se puede colocar vidrio de seguridad económico para puertas de patio a ambos lados del pasillo. Se pueden usar cortinas sobre el vidrio interior para controlar la iluminación. Las cortinas se pueden automatizar opcionalmente con controles de motores eléctricos basados ​​en sensores que conocen la ocupación de la habitación, la luz del día, la temperatura interior y la hora del día. Los edificios solares pasivos sin sistema de aire acondicionado central necesitan mecanismos de control para las variaciones de temperatura y luz diurna, diarias y estacionales. Si la temperatura es correcta y una habitación está desocupada, las cortinas se pueden cerrar automáticamente para reducir la transferencia de calor en cualquier dirección.

Para ayudar a distribuir la luz del sol en los lados de las habitaciones que están más alejadas del ecuador, se pueden usar espejos económicos del techo al piso.

Los códigos de construcción requieren un segundo medio de salida, en caso de incendio. La mayoría de los diseñadores usan una puerta en un lado de los dormitorios y una ventana exterior, pero las ventanas del lado oeste brindan un rendimiento térmico de verano muy bajo. En lugar de una ventana orientada al oeste, los diseñadores utilizan una puerta exterior de bajo consumo de energía sólida llena de espuma R-13. Puede tener una puerta contra tormentas de vidrio en el exterior para que la luz pueda pasar cuando se abre la puerta interior. Las puertas y ventanas de vidrio este/oeste deben estar completamente sombreadas de arriba a abajo o se puede usar un revestimiento espectralmente selectivo para reducir la ganancia solar.

Diseño

Los arquitectos y diseñadores de interiores suelen utilizar la iluminación natural como elemento de diseño. Una buena iluminación natural requiere atención tanto a los aspectos cualitativos como cuantitativos del diseño. [19]

Cualitativo

Utilizar la luz natural es uno de los aspectos del diseño en arquitectura; En 1929, el arquitecto francés Le Corbusier dijo que "La historia del material arquitectónico... ha sido la lucha interminable por la luz... en otras palabras, la historia de las ventanas". Como enfatizó en su arquitectura (como Notre Dame du Haut ), la iluminación natural ha sido un elemento importante del diseño arquitectónico (consulte la Capilla del MIT y la Iglesia de la Luz para ver ejemplos). No solo los aspectos estéticos, el impacto de la iluminación natural en la salud humana y el rendimiento laboral también se consideran iluminación natural cualitativa. [37]Los estudios actuales muestran que las condiciones de iluminación en los lugares de trabajo contribuyen a una variedad de factores relacionados con la satisfacción laboral, la productividad y el bienestar y puntuaciones de aceptación visual significativamente más altas con luz natural que con iluminación eléctrica. [38] Los estudios también han demostrado que la luz tiene un efecto directo en la salud humana debido a la forma en que influye en los ritmos circadianos . [39]

Cuantitativo

Un espacio bien iluminado necesita niveles de iluminación adecuados y una luz bien distribuida. En la industria de la construcción actual, la iluminación natural se considera una medida de rendimiento de los edificios en los programas de certificación de edificios ecológicos como LEED . La Illuminating Engineering Society (IES) y la Society of Light and Lighting (SLL) brindan recomendaciones de iluminancia para cada tipo de espacio. La cantidad de luz natural que contribuye al nivel de iluminación recomendado determina el rendimiento de luz natural de un edificio. Hay dos métricas que IES ha aprobado para evaluar el rendimiento de la iluminación natural: Autonomía espacial de luz diurna (sDA) y Exposición anual a la luz solar (ASE). sDA es una métrica que describe la suficiencia anual de los niveles de luz diurna ambiental en ambientes interiores. [40]Consulte las secciones de autonomía de luz diurna y documentación LEED para obtener más detalles.

Método de evaluación

Mediciones de campo

En edificios existentes, se pueden realizar mediciones de campo para evaluar el rendimiento de la iluminación natural. Las mediciones de iluminancia en una cuadrícula son un nivel básico para derivar una iluminancia promedio de un espacio. El espaciado de los puntos de medición varía según los propósitos del proyecto. La altura de estos puntos depende de dónde se realice la tarea principal. En la mayoría de los espacios de oficina, se medirá el nivel del escritorio (0,762 m sobre el suelo). Según las mediciones, se calculará la iluminancia promedio, la relación de uniformidad máxima a mínima y la relación de uniformidad promedio a mínima y se compararán con el nivel de iluminación recomendado. [41] Se puede realizar una encuesta de diagnóstico específica para la iluminación para analizar la satisfacción de los ocupantes del edificio. [41]

Simulaciones computacionales

Las simulaciones computacionales pueden predecir la condición de iluminación natural de un espacio mucho más rápido y más detallado que los cálculos manuales o las pruebas de modelos a escala. Las simulaciones tienen en cuenta los efectos del clima con datos meteorológicos por hora de un año meteorológico típico . Hay modelos informáticos disponibles que pueden predecir variaciones en la luz reflejada internamente. La radiosidad y el trazado de rayos son métodos que pueden manejar geometrías complejas, permitir distribuciones complejas del cielo y potencialmente producir imágenes fotorrealistas. Los métodos de radiosidad asumen que todas las superficies se difunden perfectamente para reducir los tiempos de cálculo. Las técnicas de trazado de rayos tienen precisión y capacidad de reproducción de imágenes. [9]

Métricas y análisis de iluminación natural

La autonomía de la luz del día es el porcentaje de tiempo en que los niveles de la luz del día están por encima de una iluminancia objetivo específica dentro de un espacio físico o edificio. [42] El cálculo se basa en datos anuales y niveles de iluminación predeterminados. El objetivo del cálculo es determinar cuánto tiempo una persona puede trabajar en un espacio sin necesidad de iluminación eléctrica, al mismo tiempo que proporciona un confort visual y físico óptimo. [42]

La autonomía de la luz del día es beneficiosa a la hora de determinar cómo entra la luz del día e ilumina un espacio. El inconveniente, sin embargo, es que no existe un límite superior en los niveles de luminancia . Por lo tanto, un espacio con una alta ganancia de calor interno que los ocupantes consideren incómodo, aún tendría un buen desempeño en el análisis. Lograr la autonomía de la luz del día requiere un enfoque de diseño integrado que guíe la forma del edificio, la ubicación, las consideraciones climáticas, los componentes del edificio, los controles de iluminación y los criterios de diseño de iluminación.

continuo

La autonomía de la luz del día continua es similar a la autonomía de la luz del día, pero se atribuye un crédito parcial a los pasos de tiempo cuando la iluminancia de la luz del día se encuentra por debajo del nivel mínimo de iluminancia. [43] Por ejemplo, si la iluminancia objetivo es de 400 lux y el valor calculado es de 200 lux, la autonomía de luz diurna otorgaría cero créditos, mientras que la autonomía de luz diurna continua otorgaría 0,5 créditos (200/400 = 0,5). El beneficio de la autonomía de la luz diurna continua es que no proporciona un umbral estricto de iluminancia aceptable. En cambio, aborda el área de transición, lo que permite preferencias realistas dentro de cualquier espacio dado. Por ejemplo, los ocupantes de oficinas suelen preferir trabajar a la luz del día por debajo del umbral de iluminancia, ya que este nivel evita el deslumbramiento potencial y el contraste excesivo.[43]

Iluminancia útil

La iluminancia diurna útil se enfoca en la luz solar directa que cae en un espacio. El cálculo útil de la iluminancia diurna se basa en tres factores: el porcentaje de tiempo que un punto está por debajo, entre o por encima de un valor de iluminancia. El rango de estos factores suele ser de 100 a 2000 lux. La iluminación útil de la luz del día es similar a la autonomía de la luz del día, pero tiene el beneficio adicional de abordar el deslumbramiento y la incomodidad térmica. [44] El umbral superior se utiliza para determinar cuándo se produce deslumbramiento o incomodidad térmica y es posible que sea necesario resolverlo.

Distribución de iluminancia

Además de determinar cuánta iluminancia se recibe en una superficie horizontal, se ha desarrollado un método que analiza las distribuciones anuales de iluminancia para la luz del día. [45] Cada distribución de iluminancia anual se compara entre sí mediante el análisis de componentes principales . Esto compara la relación entre cada patrón. Se agrupan los patrones de luz diurna que son más similares entre sí debido a las características arquitectónicas y la época del año en que se produce la iluminancia. Los grupos se utilizan para formar los patrones más representativos de ese edificio determinado. Este método se puede utilizar para interpretar fácilmente cómo se distribuye la luz del día en el espacio durante todo el año en cualquier edificio.

Documentación LEED

El LEEDLos estándares de iluminación natural de 2009 estaban destinados a conectar a los ocupantes del edificio con el exterior mediante el uso de técnicas y tecnologías óptimas de iluminación natural. De acuerdo con estos estándares, el valor máximo de 1 punto se puede lograr a través de cuatro enfoques diferentes. El primer enfoque es una simulación por computadora para demostrar, en condiciones de cielo despejado, los niveles de iluminación diurna de 108 a 5400 lux el 21 de septiembre entre las 9:00 a. m. y las 3:00 p. m. Otro enfoque prescriptivo es un método que utiliza dos tipos de iluminación y tres tipos de iluminación superior para determinar si se logra un mínimo de 75% de iluminación natural en los espacios ocupados. Un tercer enfoque utiliza mediciones de luz interior que muestran que se han logrado entre 108 y 5400 lux en el espacio.[46]

La documentación LEED 2009 se basa en el cálculo del factor de luz diurna . El cálculo del factor de luz diurna se basa en cielos cubiertos uniformes. Es más aplicable en el norte de Europa y partes de América del Norte . [47] El factor de luz natural es "la relación de la iluminancia en un punto de un plano, generalmente el plano de trabajo horizontal, producida por el flujo luminoso recibido directa o indirectamente en ese punto desde un cielo cuya distribución de luminancia se conoce, a la iluminancia en un plano horizontal producido por un hemisferio libre de obstáculos de este mismo cielo". [47]

Los estándares de iluminación natural LEED v4 son los más actualizados a partir de 2014. Los nuevos estándares son similares a los estándares anteriores, pero también pretenden "reforzar los ritmos circadianos y reducir el uso de iluminación eléctrica mediante la introducción de luz natural en el espacio". [48] Dos opciones existen para lograr el valor máximo de estos dos puntos más recientes. Una opción es usar una simulación por computadora para demostrar que una autonomía de luz solar espacial de 300 lux durante al menos el 50% del tiempo, y una exposición solar anual de 1,000 lux durante 250 horas ocupadas por año, existe en el espacio.Otra opción es mostrar que los niveles de iluminancia están entre 300 lux y 3.000 lux entre las 9:00 am y las 3:00 pm en un día claro en el equinoccio para el 75% o el 90% de la superficie en el espacio [48]El objetivo general de las métricas de iluminación natural LEED v4 es analizar tanto la cantidad como la calidad de la luz, así como equilibrar el uso de vidriado para garantizar más luz y menos carga de enfriamiento.

Véase también

Referencias

  1. ^ Reinhart, Christoph (2014). Manual de iluminación natural 1 . Cristoph Reinhart. ISBN 9780692203637.
  2. ^ ab Spellman , Frank; Beiber, Revonna (2011). La ciencia de la energía renovable . Prensa CRC; 1 edición ISBN 978-1439825020.
  3. ^ [1] Archivado el 17 de enero de 2009 en Wayback Machine .
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