Manual de iluminacion by Juan Ramon Flores Moran

Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria Islas Canarias Manuales de Diseño ICARO

AO R

Manual de la ILUMINACIÓN

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ICARO

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ICARO

Manuales de diseño

II C A R O

Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria • Islas Canarias

El Manual de la Iluminación es el primer volumen de los Manuales de diseño ICARO de Calidad Ambiental en la Edificación, elaborado entre los años 2003 y 2006 en el Departamento de Construcción Arquitectónica como un proyecto de investigación, promovido por el Servicio de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria, mediante convenio con la Universidad y con la Fundación Universitaria de Las Palmas de Gran Canaria, y cofinanciado con fondos FEDER del Programa Operativo Local. DIRECCIÓN,

RESPONSABLE CIENTÍFICO DEL PROYECTO

Y AUTOR DE LOS CONTENIDOS

Manuel Martín Monroy Profesor Titular de Universidad del Departamento de Construcción Arquitectónica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

DIRECCIÓN TÉCNICA Matías Ramos Trujillo Jefe del Servicio Municipal de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria Roberto Santana Rodríguez Servicio Municipal de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria REVISIÓN

D E TEXTOS , DISEÑO GRÁFICO Y MAQUETACIÓN

Isabel Corral Torres Laboratorio de Paisaje de Canarias

ISBN: 84-690-0893-5 (obra completa) ISBN: 84-690-0651-7 (volumen I)

Esta obra ha sido elaborada y financiada por entidades públicas sin ánimo de lucro con fines docentes y de investigación aplicada. Contiene fragmentos de obras ajenas ya divulgadas, a título de cita o para su análisis, comentario o juicio crítico (Art.32-RCL 1/1996), indicándose expresamente en cada caso la fuente y el autor de la obra utilizada.

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Manual de

ILUMINACIÓN

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Contenido

INTRODUCCIÓN

11 11 13 14

1. PRESENTACIÓN 2. OBJETIVOS 3. METODOLOGÍA DEL MANUAL 4. LIMITACIONES

I.0 - FUNDAMENTOS

17 17 18 19

1. LUZ Y COLOR 2. MAGNITUDES DE LA LUZ 3. LEYES DE LA LUZ 4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

I.1 - COMODIDAD

21 21 22 23 24 24 25 26 26 27 27 28 28 29 29

1. VISIÓN HUMANA 1.1. Agudeza y campo visual 1.2. Adaptación a la intensidad de la luz 1.3. Rango de niveles de iluminación 2. OBJETIVOS DE LA ILUMINACIÓN 2.1. Nivel de iluminación 2.2. Factor de iluminación natural (FIN) 2.3. Estabilidad temporal 2.4. Zonificación y transición 2.5. Esquema luminoso de un local 2.6. Deslumbramiento 2.7. Modelado y uniformidad 2.8. Color y fidelidad cromática 2.9. Control del nivel luminoso y de la visión 2.10. Gestión sostenible de recursos

I.2 - MICROCLIMA LUMINOSO

30 30 31 33 34

1. INTRODUCCIÓN 2. FUENTES DE LUZ NATURAL 3. CONFIGURACIÓN DEL ENTORNO 4. CLIMA LUMINOSO 5. CIELO DE PROYECTO

34 35 35 36 36 37 38 38

6. ESTIMACIÓN DE LA LUMINOSIDAD 6.1. Iluminancia horizontal exterior 6.2. Iluminancia del cielo de proyecto 7. R EFLECTANCIA DEL ENTORNO 8. ILUMINACIÓN EXTERIOR EN VENTANAS 8.1. Cielo despejado 8.2. Cielo cubierto 8.3. Entorno con obstrucciones

I.3 - PROYECTO LUMINOSO

40 40 43 44 45 46 47 47 48 48 49 50 54 54 55 56 56

1. INTRODUCCIÓN 2. CRITERIOS DE ILUMINACIÓN NATURAL 3. I NCIDENCIA DE LA LUZ NATURAL 4. PROYECTO LUMINOSO DEL ENTORNO 4.1. Secciones 4.2. Patios 4.3. Reflectancia del entorno 5. I LUMINACIÓN NATURAL DE LOCALES 5.1. Cantidad de luz 5.2. Uniformidad de la luz 6. TOPOLOGÍA DE PLANTAS 7. DISTRIBUCIÓN DE HUECOS DE LUZ 8. A LTERNATIVAS DE DISEÑO 8.1. Daylight Design Variations Book 8.2. Análisis detallado de un tipo de hueco 8.3. Comparación de dos tipos de huecos 8.4. Catálogo de ejemplos en el mundo real

I.4 - CONSTRUCCIÓN

57 58 58 60 61 62 63 64 66 68 68 69 73 75 77 81

1. INTRODUCCIÓN 2. ESTRATEGIAS DE CAPTACIÓN DE LUZ 2.1. Acristalamiento 2.2. Vidrios especiales 2.3. Calidad de la visión 2.4. Carpinterías 2.5. Geometría del vano 2.6. Superficies reflectantes y difusoras de la ventana 2.7. Superficies reflectantes y difusoras del local 3. SISTEMAS DE CONTROL Y REGULACIÓN 3.1. Criterios de protección solar de huecos 3.2. Protección solar de ventanas verticales 3.3. Protección solar de huecos de cubierta 3.4. Diseño constructivo de los parasoles 3.5. Sistemas de reflexión de luz natural 3.6. Ejemplo de aplicación

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I.5 - ACONDICIONAMIENTO

82 82 84 86 88 89 92 94 95

1. I NTRODUCCIÓN A LA EVALUACIÓN 2. M ETODOLOGÍA DE CONTROL 3. F ACTOR DE ILUMINACIÓN NATURAL (FIN%) 4. E STIMACIÓN DE LA ILUMINACIÓN NATURAL 5. M ÉTODOS DE CÁLCULO 6. M ÉTODO DE CÁLCULO PARA VENTANAS ALTAS 7. C ÁLCULO DEL FACTOR DE PROTECCIÓN 8. A LUMBRADO COMPLEMENTARIO 9. CTE-HE: AHORRO ELÉCTRICO

I.6 - ANEXO

96 96 96 97 97 98 98

1. R EFERENCIAS 1.1. Bibliografía 1.2. Fuentes de Internet 2. D OCUMENTOS EN CD A TEXTO COMPLETO 2.1. Normativa 2.2. Referencias 3. S OFTWARE

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INTRODUCCIÓN

PRESENTACIÓN

”La Arquitectura es el juego sabio, correcto y magnífico de los volúmenes bajo la luz”. Le Corbussier

Este manual docente es una guía de buenas prácticas que proporciona una aproximación al diseño integrado de la iluminación natural de locales en nuevos edificios. Se plantea como una referencia para las carreras de arquitectura o ingeniería, a través de un conjunto de pasos y reglas básicas, resaltando aspectos críticos y soluciones prácticas. Sin embargo, la luz natural es una materia prima muy frágil y variable. Además, es complicada de controlar y compleja de manipular y, en ocasiones, de difícil conducción hasta donde se necesita en la cantidad y calidad deseada. La redacción de un manual de iluminación natural en edificios, fácil de entender y de aplicar, plantea el problema de tener que resumir el conjunto de conocimientos específicos necesarios para dominar los mecanismos de la luz y conseguir que los edificios ofrezcan un ambiente luminoso y agradable para sus ocupantes. Al mismo tiempo, se ha querido proponer un método de diseño ambiental integral, donde la iluminación natural sea compatible con la comodidad térmica, acústica y del aire, que hemos denominado como estrategia ICARO. En el volumen Guía de Aplicación se han resumido las diferentes recomendaciones de diseño para cada aspecto de la calidad ambiental, con el fin de que puedan ser aplicadas en las sucesivas etapas del proyecto del edificio.

OBJETIVOS

El concepto de arquitectura como “espacio modelado por la luz” es una premisa para el diseño ambiental luminoso. La colección de manuales de diseño ICARO se inicia con el volumen de la Iluminación natural porque es el factor ambiental que más condiciona el diseño arquitectónico y constructivo de un edificio, por el hecho de depender exclusivamente de la luz exterior, siendo un recurso que hay que gestionar con sabiduría.

Iluminación. Introducción

Análisis de un espacio interior modelado por la luz.

Las habitaciones de los edificios necesitan de una iluminación adecuada para su utilización, que puede proceder de fuentes artificiales o naturales. El alumbrado artificial es un recurso siempre disponible, de fácil regulación y sobre el que es posible tener un gran control. Sin embargo, requiere de importantes inversiones en equipos y mantenimiento, convirtiéndolo por tanto en una alternativa idónea como apoyo o sustitución del alumbrado natural cuando no se pueda disponer de él. Sin duda, el alumbrado natural es la mejor manera de iluminar los espacios habitados por su excelente calidad de luz, por la cantidad de energía luminosa que se puede disponer, y por sus propiedades direccionales o “moldeadoras” del espacio interior. La luz exterior cuenta con la ventaja de ser un recurso natural gratuito y no contaminante, pero sujeto a grandes variaciones de disponibilidad, unas veces por exceso y otras muchas por defecto, como en periodos nocturnos por ejemplo, siendo imprescindible por tanto contar con el alumbrado artificial como fuente de iluminación alternativa. La limitación más importante del alumbrado natural es la dificultad de transportar la energía luminosa desde la fuente –el espacio exterior– hasta la superficie donde se necesita. La luz natural suele proceder de fuentes difusas –bóveda celeste, reflexión del suelo–, penetra al edificio por huecos limitados –ventanas, claraboyas–, y se transmite por radiación y reflexión por el espacio interior has-

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ta incidir con cierta inclinación sobre la superficie que se desea iluminar, perdiendo gran parte de su intensidad a lo largo del recorrido. El principal objetivo del diseño luminoso es garantizar una elevada iluminación interior, incluso con un nivel reducido de luminosidad exterior. Otro objetivo es la necesidad de controlar y regular el posible exceso de luz y calor, mediante sistemas de protección solar que eviten la incidencia directa del sol, o con mecanismos de oscurecimiento para cuando exista demasiada luminosidad exterior, o para dar a los usuarios la libertad de oscurecer sus habitaciones.

METODOLOGÍA DEL MANUAL

El método de diseño propuesto en este manual se fundamenta en que las decisiones de diseño deberían hacerse en el contexto del conjunto del edificio como una unidad funcional, y no como un agregado de diferentes partes. Esta aproximación al diseño integrado debería considerar las repercusiones de cada decisión de diseño en el conjunto del proyecto del edificio. Las ventajas de un método de diseño integrado son máximas cuando se aplica desde las primeras etapas del proyecto, cuando se dispone de un mayor margen de libertad de decisión, y sus beneficios se concretarán en la mejora de la calidad ambiental y en un ahorro de energía a lo largo de toda la vida del edificio. El método se desarrolla en las mismas fases o etapas del proyecto que se proponen para otros aspectos ambientales, permitiendo así un diseño sincrónico o integral de la calidad ambiental. El manual aporta soluciones compatibles con las decisiones de diseño del acondicionamiento térmico, de la renovación del aire y del control acústico. El proceso propuesto se inicia determinando las demandas de iluminación según el uso de los locales, para poder compararlas con la iluminación natural que se pueda disponer en cada punto del interior, que dependerá de las fuentes de luz natural del espacio exterior o clima luminoso, del diseño espacial de los huecos y de los espacios iluminados o proyecto arquitectónico, y de los elementos constructivos que modifican la penetración y distribución de la luz o diseño constructivo.

El diseño se debe complementar con la comprobación del acondicionamiento luminoso, mediante métodos de predicción y evaluación, como paso previo al proyecto de las instalaciones del alumbrado artificial complementario, que ayude o sustituya aquellas demandas de iluminación que no se puedan garantizar con el alumbrado natural.

Iluminación. Introducción

El esquema de desarrollo de la metodología es similar al de los otros manuales de calidad ambiental en la edificación, y se ha estructurado en las siguientes etapas: 0. Fundamentos. Conocer las propiedades básicas de la luz y su comportamiento físico. 1. Comodidad. Conocer el funcionamiento de la visión humana para poder estimar las necesidades visuales de los ocupantes en cada local. 2. Microclima. Predecir la dirección y la cantidad de luz natural que puede llegar hasta cada ventana. 3. Proyecto. Optimizar la penetración y distribución de la luz natural en un local, comparando para ello diferentes alternativas. 4. Construcción. Diseñar ventanas con una buena penetración de luz natural, que también se puedan oscurecer o proteger del sol. 5. Acondicionamiento. Verificar el nivel y la uniformidad de la iluminación natural para corregir el diseño o complementarlo con alumbrado artificial. 6. Anexos. Información adicional sobre fuentes documentales, normativa y referencias. Además, en el volumen que contiene el CD se incluyen documentos a texto completo y programas informáticos de ayuda al diseño y dimensionado.

LIMITACIONES

Es evidente que ningún manual puede responder a todas las preguntas de todos los usuarios; por ello, se considera conveniente señalar las siguientes limitaciones: • Este manual no puede dar respuesta a todas las cuestiones de iluminación natural, aunque proporcione los criterios de diseño más importantes para la mayoría de los edificios. • Este manual se orienta al proyecto de edificios y locales de dimensiones normales y construcción convencional, fundamentalmente iluminados por ventanas exteriores. • Este manual se orienta al proyecto de edificios de nueva construcción, aunque sus criterios pueden aplicarse a proyectos de rehabilitación con cierta precaución. • Este manual ha sido desarrollado para el clima y la latitud de las Islas Canarias, pero sus recomendaciones se pueden adaptar a otras regiones similares.

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• Se presume que el usuario tiene un conocimiento básico de la luz y de la iluminación natural; no obstante, en el manual se han incluido nociones mínimas de luminotecnia. • Las recomendaciones se proponen como reglas prácticas y consejos empíricos, por lo que el usuario será el responsable final de las decisiones de diseño. • Para obtener resultados más detallados o exactos será preciso recurrir a un técnico experto o a herramientas informáticas. El autor ha procurado aportar informaciones y criterios de diseño sobre la calidad ambiental en los edificios elaborados sobre bases científicas y datos experimentales. Esta obra no está planteada como sustitución de los servicios de los técnicos y organismos competentes en la edificación, por lo que el autor y el editor no aceptarán responsabilidades por el uso o los resultados de la aplicación de los datos o procedimientos incluidos en esta obra. Invitamos a los lectores a que nos comuniquen cualquier error, imprecisión u omisión que detecten, para su corrección en futuras ediciones.

I.0

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FUNDAMENTOS

LUZ Y CALOR

La luz es energía electromagnética visible por el ojo humano, con un rango de longitud de onda entre 0.38 y 0.78 µm (10-6 m). Las fuentes de luz suelen ser superficies a alta temperatura, como el Sol (T = 5500 ºK) o el filamento de las lámparas incandescentes (T = 3300 ºK), que emiten un espectro continuo con longitudes de onda entre 0.3 y 3 µm del que sólo es visible el rango luminoso, denominado espectro luminoso. El ojo humano es capaz de distinguir las diferentes longitudes de onda del espectro luminoso y las percibe como el color de la luz, correspondiendo los colores violetaazul a las longitudes más cortas (cerca de 0.4 µm) y los colores naranja-rojo a las longitudes más largas (cerca de 0.70 µm). El conjunto de los colores del arco iris se distribuye de forma continua en el espectro luminoso, y cuando la distribución de la energía en cada longitud de onda es similar a la luz del Sol se percibe el conjunto como luz blanca. Las luces monocromáticas son radiaciones con una única longitud de onda, mientras que las fuentes térmicas de luz emiten radiación en todas las longitudes de onda del rango visible, por lo que se dice que tienen un espectro continuo. Ciertas fuentes de luz de descarga emiten radiación en sólo algunas longitudes de onda del rango visible, denominándose por ello espectro discontinuo. La similitud del espectro de una fuente de luz discontinua con la luz solar de denomina índice de Rendimiento de color Rg, siendo Rg = 1 para la luz natural o de lámparas incandescentes y Rc = 0 para la luz monocromática, como las lámparas de sodio de baja presión, mientras que las lámparas fluorescentes tienen un Rg entre 0.7 y 0.9. La tonalidad de color del espectro continuo de una luz se puede determinar por su Temperatura de color Tc (ºK), correspondiendo a la luz de día una Tc = 5500ºK. Las lámparas incandescentes tienen una Tc = 3000ºK aproximadamente, con una tonalidad rojiza (colores cálidos), mientras que la luz de la bóveda celeste tiene una Tc del orden de 10000ºK, de tono azulado (colores fríos).

MAGNITUDES DE LA LUZ

Se han comentado algunas magnitudes cualitativas de la luz, como la longitud de onda (λ µm), el rendimiento de color (Rg) o la temperatura de color (Tc ºK). La medición de la cantidad de luz se fundamenta en la Intensidad (I), siendo la candela (Cd) una de las unidades fundamentales del Sistema Internacional. Existen otras magnitudes

Espectros de la luz (adaptado de K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild y www.osram.com).

I.0 - Iluminación. Fundamentos

derivadas como el Flujo, la Luminancia, la Iluminancia o el Rendimiento luminoso, que se definen a continuación: • La intensidad luminosa (I) es la energía luminosa emitida en una dirección. Su unidad es la candela (cd), que es un una unidad fundamental del S.I., y es aproximadamente la intensidad emitida por una vela. • El flujo luminoso (Φ) es la cantidad de energía luminosa emitida por una fuente. Su unidad es el lumen (lm), que es la energía emitida por un foco con intensidad de 1 candela (cd) en un ángulo sólido de 1 estereorradián (1 m2 a 1 m de distancia). • La iluminancia (E) o nivel de iluminación es la cantidad de luz que recibe una superficie, su unidad es el lux (lx), que es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie (lux = lumen/m2). En luminotecnia es muy útil la ley E = I Cosϕ / d2 . • La luminancia (L) o brillo es la intensidad (I) o flujo de luz (Φ) emitido por unidad de superficie. Sus unidades son el Stilb (cd/cm2) y el Lambert (lm/cm2). • El rendimiento luminoso (R) es el flujo emitido por unidad de potencia de las fuentes luminosas (lm/W). Por ejemplo, una lámpara incandescente tiene R = 14 lm/W.

LEYES DE LA LUZ

Las leyes que relacionan las diferentes magnitudes luminosas se van a describir mediante ejemplos que sirvan para aclarar los conceptos, al tiempo que se resuelve un caso real. Flujo luminoso Φ de una fuente. Es igual a la potencia por el rendimiento luminoso. Si se dispone de una lámpara incandescente de potencia P = 100 W y rendimiento luminoso R = 14 lm/W, el flujo luminoso Φ será: Φ = P x R = 100 x 14 = 1400 lm (lúmenes) Intensidad luminosa I. Si la lámpara emite con igual intensidad en todas direcciones distribuirá su flujo en el ángulo sólido ω de una esfera: 4π sr (estereorradián); por tanto la intensidad será igual al flujo emitido en el ángulo sólido ω de 1 sr: I = Φ / ω = 1400 / 4π = 111.4 cd (candelas) Iluminancia E de una superficie. Se estima por la ley del cuadrado de la distancia, o ley de Lambert. Si hay una superficie a una distancia d = 2 metros y la luz llega con

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I.0

un ángulo de incidencia ϕ = 30º, la luminancia o nivel de iluminación será: E = I cosϕ / d2 = 111.4 cos30º / 22 = 24.1 lx (luxes) Luminancia L de una superficie: El brillo o cantidad de luz que emite una superficie se aplica de forma diferente según sea el caso. Si se trata de una fuente luminosa se suele aplicar el concepto de luminancia Lf = I / S, medida en Nit (cd/m2) o en Stilb medida en (cd/cm2). En el caso de una lámpara que emita con una intensidad I de 111.4 cd en todas direcciones, desde una esfera de 5 cm de diámetro, equivalente a una superficie visible de 19.6 cm 2, la luminancia Lf sería: Lf = I / S = 111.4 cd / 19.6 cm2 = 5.68 stilb (cd/cm2) = 56800 nit (cd/m 2) Si se trata del flujo reflejado de una superficie iluminada se suele aplicar el concepto de luminancia Lr = Φ / S, medida en (lm/m2) o lambert (lm/cm 2). En caso de que la superficie sea un papel blanco que reciba una iluminancia de 24.1 lux y tenga un coeficiente de reflexión r = 0.8, la luminancia, L sería: Lr = E x r = 24.1 x 0.8 = 19.3 lm/m2 = 0.00193 lambert (lm/cm 2)

Ejemplo de cálculo de leyes luminosas.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Las superficies iluminadas se pueden comportar de manera diferente ante la luz, distinguiéndose las superficies opacas en que la luz se absorbe o refleja, y los materiales traslúcidos en que además otra parte se transmite. Los coeficientes del flujo de luz incidente se denominan absortancia α , reflectancia r y transmitancia τ respectivamente. 19

α+r+τ=1

I.0 - Iluminación. Fundamentos

Además, la luz reflejada se puede reemitir en la misma dirección en las superficies especulares, o dispersarse en todas direcciones en las superficies difusas. En el caso de materiales traslúcidos, la luz se puede transmitir en la misma dirección en las superficies transparentes, o dispersarse en todas direcciones en los materiales opalinos. En la práctica, muchos objetos dispersan la luz de forma combinada, como las superficies satinadas o los materiales esmerilados.

Propiedades luminosas superficiales (adaptado de K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).

I.1

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COMODIDAD

VISIÓN HUMANA

El ojo humano es un órgano complejo que convierte la luz procedente del campo visual en un estímulo nervioso que será interpretado por el cerebro como una sensación que denominamos visión. A continuación se comentan algunos procesos fisiológicos de la visión humana, de gran importancia para el diseño luminotécnico de los espacios habitados. 1.1. AGUDEZA Y CAMPO VISUAL El ojo tiene un campo visual bastante amplio, pero con distinta agudeza visual. Por un lado tiene una mayor capacidad de resolución en el foco de la visión, mientras que por otro dicha capacidad disminuye hacia la periferia. Se pueden distinguir los siguientes campos visuales: • Campo focal Tiene un diámetro de tan sólo 1º y en su eje se alcanza la máxima agudeza visual. Por ejemplo, para leer el ojo se orienta continuamente para apreciar los detalles del entorno. • Campo de trabajo Tiene un diámetro de unos 30º. En este campo el ojo percibe una visión del entorno con una agudeza visual buena y aprecia bien la profundidad mediante la visión estereoscópica. • Campo estereoscópico Su diámetro de unos 60º. El ojo percibe aquí una visión del entorno con una agudeza visual media y se mantine la apreciación de la profundidad mediante la visión estereoscópica. • Campo periférico Abarca hasta una desviación lateral e inferior de 90º. En este campo cada ojo percibe una visión de baja resolución del entorno, pero su alta sensibilidad al movimiento ayuda a la orientación y a la prevención de riesgos. El campo visual está limitado a unos 60º por encima de la dirección focal, lo cual permite la autoprotección del ojo de fuentes intensas de luz procedentes del cielo, como el sol, o del techo, como las luminarias artificiales.

Esquema del ojo humano (Nave, C.R./ http://hyperphysics).

La agudeza visual es la capacidad de percibir detalles de la visión, y su resolución es máxima en el campo focal. Depende de factores externos, como el nivel luminoso de la superficie observada, pero también de la edad y de la ausencia de defectos visuales, como la miopía, la hipermetropía o el astigmatismo.

Áreas del campo visual humano (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).

I.1 - Iluminación. Comodidad

1.2. A DAPTACIÓN A LA INTENSIDAD DE LA LUZ El ojo es sensible a la intensidad de la luz que procede de las superficies del entorno. Dicha intensidad se denomina “luminancia” o brillo, y puede proceder de fuentes de luz dentro del campo visual, como luminarias o pantallas de TV, o llegar como luz reflejada en superficies iluminadas del entorno. El brillo que procede de las superficies iluminadas depende del nivel de iluminación que reciben (iluminancia) y de su coeficiente de reflexión, distinguiendo entre la reflexión difusa (superficie mate) y la especular (superficie espejada). El ojo humano puede adaptarse para la visión en ambientes con diferentes niveles de iluminación, desde más de 100.000 lux en días soleados, hasta menos de 0.1 lux en una noche con luna. En la vida cotidiana, son frecuentes variaciones bruscas con factores entre 1/10 y 1/100. El exceso de luz puede llegar a ser doloroso, si bien el ojo tiene mecanismos de adaptación rápida a niveles de iluminación altos. Por el contrario, la falta de luz no es molesta y la adaptación suele ser mucho más lenta. En una misma escena pueden coincidir superficies con diferencias de nivel de iluminación mayores de 100/1, como la vista de un paisaje desde cualquier ventana de una habitación. El ojo adapta su sensibilidad a la luz para poder tolerar las superficies más brillantes, pero si el contraste es demasiado alto se puede producir deslumbramiento. Sabemos que el ojo, mediante la dilatación de la pupila, tiene una capacidad de acomodación casi instantánea para adaptarse a las variaciones del nivel de iluminación entre el triple y un tercio del nivel de un momento dado, lo que le permite multiplicar la cantidad de luz que lo penetra, como se puede apreciar en el siguiente cuadro:

Ambiente típico Diámetro de la pupila (mm) Porcentaje del flujo de luz (%)

Exterior de día

Interior de día

Interior de noche

Exterior de noche

1.5

2.5

4.5

100

Otra propiedad del ojo es la capacidad de aumentar la sensibilidad de la retina, lo cual le permite adaptarse a niveles de iluminación nocturna, como en el exterior en una noche oscura. Tiene como inconveniente la lentitud de la adaptación, hasta más de 30 minutos para la máxima sensibilidad, aunque el proceso inverso se puede realizar en segundos. Cuando el ojo está adaptado a la visión nocturna, si recibe un destello de luz intensa se puede producir una ceguera momentánea que se describe como deslumbramiento nocturno.

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I.1

Cuando se requiera una percepción exacta de los colores, como en el trabajo de artes gráficas, además de necesitar un nivel elevado de iluminación, será importante que la fuente de luz tenga una buena calidad cromática, tanto en temperatura de color (tonalidad roja-azul) como en fidelidad cromática, siendo óptima la luz natural. También hay que considerar que cuando el ojo está adaptado a la visión nocturna tiene una menor capacidad de percepción de los colores, y que la máxima sensibilidad a la luz se desplaza hacia los azules. Un elevado nivel de iluminación es adecuado para reducir la fatiga visual en actividades que requieran una gran concentración, cuando se precise una gran rapidez de percepción (deportes, maquinaria), o cuando se tenga que reducir el riesgo por errores o accidentes. También la agudeza visual o capacidad de distinguir los pequeños detalles aumenta con la intensidad de la luz, por lo cual se precisan mayores niveles de iluminación cuando se realicen tareas visuales de gran detalle o finura. 1.3. R ANGO DE NIVELES DE ILUMINACIÓN Para facilitar su aplicación, se incluye una tabla de luminancia o niveles de iluminación (lux), con saltos aproximados de múltiplos de 3 y referencia a iluminaciones típicas de diferentes ambientes y actividades que se pueden desarrollar con comodidad.

Lux

Ambiente

Actividad cómoda

100000 30000 10000 3000 1000 300 100 30 10 3 1 0.1 0.01

Mediodía pleno sol Día semicubierto Día cubierto Zonas de transición Interior luminoso Interior medio Interior bajo Calle iluminación alta Calle media Calle baja Calle mínima Luz de luna Luz de estrellas

Umbral máximo, empieza el dolor por exceso de luz Circulación exterior diurna, paseo Actividad excepcional (quirófanos) Actividad muy detallada, iluminación puntual Actividad detallada (cocina, aseo), iluminación zonal Estancia, actividad media, iluminación general diurna Reposo, actividad baja, iluminación general nocturna Circulación interior, calle de noche con mucho tráfico Calle con trafico medio, densidad urbana media Calle con tráfico bajo, densidad urbana baja Aparcamientos o muelles, sólo orientación Necesita periodo de adaptación para orientarse Umbral mínimo, oscuridad prácticamente absoluta

Considerando que la visión del espectador suele vagar por las diferentes superficies de un entorno, en un local con un nivel de iluminación medio convendrá que exista una diferencia reducida de nivel de iluminación entre las zonas en primer plano con nivel alto y las zonas de fondo con nivel bajo, siendo conveniente que dichas transiciones tengan una relación menor de 3 a 1.

Sensibilidad cromática según la adaptación de ojo (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).

También hay que tener en cuenta que durante la noche, en locales con iluminación artificial, puesto que el ojo suele estar adaptado a un nivel de iluminación inferior, será

I.1 - Iluminación. Comodidad

posible reducir los niveles de iluminación hasta 1/3 en periodos nocturnos (adaptación de la retina a condiciones de baja luminosidad). A modo de ejemplo, se consideran adecuados los siguiente esquemas de iluminación en interiores.

Lux

Actividad interior diurna

Actividad interior nocturna

1000 300 100 30

Primer plano, actividad detallada Plano medio, actividad media Plano general, actividad baja (Falta de luz)

(Exceso de luz) Primer plano, actividad detallada Plano medio, actividad media Plano general, actividad baja

OBJETIVOS DE LA ILUMINACIÓN

La iluminación de los espacios interiores de un edificio requiere un cuidadoso estudio para garantizar la seguridad de uso y facilitar la comodidad visual de los ocupantes cuando realicen sus tareas habituales. Un correcto diseño luminoso permitirá resaltar la arquitectura interior del propio edificio, valorizando las superficies y objetos contenidos y creando una atmósfera que motive a los ocupantes. Por tanto, cada zona del edificio requerirá de un estudio detallado en razón de la función, características espaciales y ambiente psicológico que se pretenda. Además, hay que tener en consideración los aspectos luminotécnicos fundamentales requeridos para garantizar una visión confortable, los medios técnicos disponibles, y otros aspectos tales como la economía y la durabilidad. A continuación se expone un programa genérico de prestaciones de iluminación para un proyecto, aconsejadas como base para el posterior diseño de los sistemas de iluminación específicos para cada zona del edificio. 2.1. NIVEL DE ILUMINACIÓN Cada sector del edificio, y cada zona de dichos sectores, dispondrá de un nivel de iluminación suficiente para la tarea visual que allí se desarrolle, garantizando que no existen riesgos para las personas. Como ya se ha comentado, un requisito general será exigir mayores niveles de iluminación para aumentar la agudeza visual en tareas de gran detalle o finura, para evitar la fatiga visual en actividades que requieran una gran concentración, cuando se precise una gran rapidez de percepción (deportes, uso de maquinaria) o una percepción

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I.1

exacta de colores, así como cuando se tenga que reducir el riesgo por errores o accidentes. En el siguiente cuadro de niveles de iluminación recomendados se ha considerado que la visión humana se adapta con bastante eficacia a los cambios de nivel de iluminación, siendo tolerables variaciones en relación 1:3, las variaciones con relación 1:2 son también perfectamente admisibles, y transiciones con relación 1:1.5 pueden ser casi imperceptibles.

Relación de nivel

Recomendación (lux)

1/1.5

Tarea visual

1/2

3000 1000 1000 750 500 500 300 220 220 150 100 100 75 50 50 30 22 22 15 10 10

2.2. FACTOR

1/3 1000 300 100

Quirófanos (localizado) Tareas muy finas Tareas finas Dibujo Lectura Estancia Almacenaje Circulaciones

Zonas de paso

Alumbrado público

DE ILUMINACIÓN NATURAL

(FIN)

En el caso de locales con iluminación natural es interesante estimar el Factor de iluminación natural (FIN), como relación entre el nivel de iluminación de cada punto interior del local (Ei) con el nivel de iluminación difusa horizontal al exterior del espacio (Ee): FIN = Ei/Ee x 100 (%). Dicho valor es una constante característica de los huecos, geometría y reflectancia de las superficies del local. Se estima que en Canarias (Lat = 28ºN), el nivel de iluminación horizontal exterior con cielo totalmente cubierto es del orden de 9.000 lux y que será mayor de 11.000 lux el 90% del periodo entre las 9:00 y las 17:00 horas, pudiendo superar los 100.000 lux a mediodía con un cielo despejado.

Con carácter general se recomienda alcanzar valores de factor de iluminación natural del orden de FIN = 3% para usos generales, con lo que dispondríamos entre 300 lux con cielo cubierto y 3.000 lux con cielo despejado. Para usos secundarios no conviene descender de FIN > 1%, mientras que tampoco suele ser conveniente superar el FIN > 9%, por el exceso de iluminación y por las grandes ganancias o pérdidas de calor debido a una excesiva superficie de los huecos.

I.1 - Iluminación. Comodidad

Exigencia visual

Sensación visual

FIN %

Muy alta Alta Normal Baja Muy baja

Muy luminoso Luminoso Normal Oscuro Muy oscuro

>10 % 6% 3% 1% <0.3 %

Valores de FIN recomendados según la exigencia visual.

Ei mínimo con Ee = 10.000 lux

Ei máximo con Ee = 100.000 lux

> 1.000 lux 600 lux 300 lux 100 lux <30 lux

> 10.000 lux 6.000 lux 3.000 lux 1.000 lux <1.000 lux

2.3. ESTABILIDAD TEMPORAL En el caso de iluminación natural, el nivel luminoso exterior variará lentamente según la hora solar, si bien se pueden dar grandes fluctuaciones con cielos nubosos por el tránsito brusco entre nubes y claros. Se recomienda limitar la fluctuación del nivel luminoso a un factor de 1/3 respecto al nivel medio (por ejemplo 100 ← 300 → 1.000 lux) en periodos cortos (algunos segundos). Para mantener estable la luz natural conviene que predomine la luz difusa captada de la bóveda celeste y evitar la luz solar directa, especialmente si se dispone de iluminación cenital (claraboyas), diseñando protecciones solares adecuadas.

Fluctuación de la iluminación interior en cielos parcialmente cubiertos.

En grandes espacios con elevada ocupación puede ser interesante disponer de sistemas de regulación fotoeléctrica que limiten la fluctuación del nivel luminoso, ya sea limitando este exceso mediante persianas mecanizadas o compensando las zonas oscuras con alumbrado artificial de apoyo. 2.4. Z ONIFICACIÓN Y TRANSICIÓN En el diseño interior de los edificios conviene planificar de antemano los requisitos de iluminación de las diferentes zonas en comunicación, en función de la iluminación requerida por cada uso y de los posibles tránsitos entre ellas. Se pueden considerar algunas de las siguientes zonas características, ordenadas según el nivel requerido de iluminación.

Iluminación

Trabajo

Estancia

Circulación

Nivel Nivel Nivel Nivel

Tareas detalladas Reunión y relación Almacenamiento Circulación

Tareas activas Ocio o relación social Descanso Circulación

Entorno del edificio Vestíbulo exterior Distribuidor principal Circulación interior

alto medio moderado bajo

Para permitir una adecuada transición visual entre zonas del edificio con distintos niveles luminosos conviene limitar la relación de iluminancia entre locales contiguos a un factor de 1/3. Un buen ejemplo sería disponer de

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I.1

100 lux en circulaciones, 200 lux en locales de estancia y 400 lux en locales de trabajo. Una transición breve por un espacio con poca luz sería admisible de no existir riesgos, mientras que una estancia breve en un local excesivamente iluminado reducirá la sensibilidad del ojo, que tardaría minutos en recuperar. Conviene prestar una atención especial al recorrido de acceso a los edificios, ya que la iluminación natural puede variar con un factor entre 30 y 100 en pocos metros. 2.5. ESQUEMA LUMINOSO DE UN

Transición de la iluminación entre locales según la actividad.

LOCAL

Los contrastes entre zonas de un mismo local se graduarán de manera que la relación del nivel de iluminación entre ”primer plano” y ”plano general”, y entre ”plano general” y ”fondo”, sea inferior a 1/3, sin necesidad de que los niveles sean totalmente uniformes para permitir una ambientación luminosa y un ahorro energético con alumbrado artificial. Un buen esquema sería de 400 lux en el área de trabajo, 200 lux en el resto de la mesa de trabajo y 100 lux en el fondo del local. Con carácter general se fijan los siguientes esquemas de niveles de iluminación, considerando que en interiores con luz artificial será posible reducirlos a 1/3. Actividad interior (Exceso de luz) Primer plano, actividad detallada Plano medio, actividad media Plano general, actividad baja (Falta de luz)

Día

Noche

3000 lux 1000 lux 300 lux 100 lux 30 lux

1000 lux 300 lux 100 lux 30 lux 10 lux

Zonificación de la iluminación entre zonas de un local.

2.6. DESLUMBRAMIENTO Cualquier flujo de luz intensa que incida directamente en los ojos de los ocupantes puede producir deslumbramiento. Con el fin de limitarlo convendrá situar las fuentes luminosas fuera del campo visual, ocultarlas mediante pantallas o reducir su brillo con difusores. Las fuentes de luz situadas a más de 60º sobre el horizonte no suelen ser visibles, produciendo molestias moderadas por debajo de 45º y elevadas por debajo de 30º. También son muy molestos los reflejos brillantes que proceden de debajo del horizonte.

En el caso de que la iluminación natural penetre horizontalmente desde ventanas, conviene evitar que las posiciones de los ocupantes estén enfrentadas por producir deslumbramiento directo, y de espaldas debido a las sombras arrojadas y los reflejos en pantallas de ordenadores

Control del deslumbramiento según el ángulo de incidencia.

I.1 - Iluminación. Comodidad

o televisores. Por tanto, deberá procurarse una posición lateral siendo preferible que la luz proceda del lado izquierdo para la escritura de diestros. En general, conviene que las fuentes luminosas visibles y otras áreas brillantes dentro del campo de visión no tengan una relación de brillo superior a 20/1 respecto al entorno, siendo aconsejable su reducción a 10/1. 2.7. M ODELADO Y UNIFORMIDAD Para resaltar la visión espacial de las personas y los objetos tridimensionales conviene que la luz proceda de varias fuentes o de una fuente extensa. Ello evitará las sombras duras y permitirá tener una visión aceptable en las zonas en sombra. Los paramentos y techos de locales de colores claros contribuyen a redistribuir la luz y compensan las áreas a contraluz. En general, la relación del nivel de iluminación entre “luz” y “sombra” conviene que sea inferior a 5/1.

Para acentuar la iluminación de las superficies planas de exposición (cuadros) se procurará una iluminación lo más uniforme posible (diferencia centro-borde inferior a 3/1) y un control elevado de los reflejos. En los espacios públicos de circulación es interesante una alta iluminancia vertical sobre los pavimentos, controlando no obstante los reflejos molestos. Los paramentos con relieves superficiales se pueden iluminar con luz rasante para resaltar su textura. 2.8. C OLOR Y

FIDELIDAD CROMÁTICA

Cuando se pretendan realizar tareas que requieran una alta precisión cromática, además de necesitar altos niveles de iluminación, convendrá utilizar fuentes de luz con temperaturas de color similar a la luz de día (5.500 ºK). Sin embargo, si se utilizan niveles de iluminación relativamente bajos son recomendables fuentes de luz más cálidas, con temperaturas de color sobre los 3.000-4.000 ºK.

Espectro cromático de luz natural (arriba) y de luz incandescente (abajo).

Para garantizar una excelente reproducción cromática se exigirá un índice de reproducción cromática Rg superior al 90%, siendo óptima la luz natural.

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I.1

A efectos de reducir al máximo los posibles daños sobre las superficies fotosensibles se tomará en consideración la intensidad de las radiaciones de onda corta, limitándose la intensidad de la iluminación y la duración de la exposición, suprimiendo la radiación ultravioleta. 2.9. C ONTROL

DEL NIVEL LUMINOSO Y DE LA VISIÓN

El nivel de iluminación natural de los locales suele depender directamente del nivel exterior, que puede oscilar entre 10.000 a 100.000 lux según la hora y la nubosidad. Pero un local también puede recibir demasiada luz si no existe una protección contra la radiación solar directa. Por otro lado, ciertas actividades requieren una regulación precisa del nivel de iluminación, como por ejemplo para ver la televisión o descansar, llegando incluso a necesitar el oscurecimiento total para dormir o ver cine. Una función similar a la iluminación es la visión a través de los huecos, tanto desde el punto de vista de ver el exterior (paisaje) como de ser visto (intimidad), y tiene gran importancia para la comodidad psicológica. Convendrá por ello proteger visualmente aquellas actividades que requieran una elevada intimidad. 2.10. G ESTIÓN SOSTENIBLE

DE RECURSOS

Una cuestión fundamental del proyecto de iluminación será disponer los locales principales con los huecos hacia el exterior, con el fin de aprovechar al máximo la iluminación natural según la geometría del edificio, su entorno, el régimen horario de uso, y la compatibilidad de la actividad que se pretenda desarrollar. Evidentemente, se deberá disponer de una instalación de alumbrado artificial para uso nocturno, tanto para la iluminación de locales sin huecos al exterior, o como complemento a la iluminación natural diurna. Las prestaciones de las instalaciones luminotécnicas se definirán en función de las posibilidades técnicas y económicas requeridas para su instalación, conservación y mantenimiento. También será conveniente la previsión de los riesgos de accidentes u otros daños que puedan ser ocasionados por una mala iluminación natural en determinadas zonas del edificio, o por la falta de alumbrado de seguridad o emergencia cuando existan riesgos de averías o fallos en el suministro eléctrico, de vital importancia en locales públicos o de gran ocupación. Por último, será deseable una correcta integración entre el alumbrado natural y el artificial, previendo la posibilidad de que predomine la iluminación natural durante el día, utilizando el alumbrado artificial exclusivamente como iluminación de apoyo para aquellas zonas o situaciones que realmente lo necesiten.

MICROCLIMA LUMINOSO

INTRODUCCIÓN

La iluminación natural del interior de un local depende directamente de la cantidad y dirección de luz que llega al exterior de cada hueco de ventana. Frente a cada ventana puede haber sectores de cielo visible y de superficies reflectantes, que a su vez pueden ser fuentes de luz natural con una dirección e intensidad distinta. Podemos definir como entorno luminoso a la configuración geométrica del exterior de cada ventana, considerando su orientación e inclinación y las propiedades reflectantes de las superficies visibles. En la práctica se puede considerar el entorno como un escenario sin cambios temporales. El clima luminoso de un lugar se define como el conjunto de valores estadísticos de la luminosidad del cielo a diferentes horas del día, considerando el recorrido solar según la latitud y la estación del año, teniendo en cuenta también la influencia de la nubosidad. El clima luminoso se puede resumir para facilitar el diseño en determinadas condiciones típicas mediante modelos simplificados de cielo de proyecto.

Entorno visible desde una ventana vertical.

Sin embargo, para un diseño más detallado y exacto es necesario realizar una estimación de la luminosidad del cielo para poder predecir luego el nivel de iluminación exterior en ventanas. Estos cálculos se suelen realizar con la ayuda de programas informáticos, ya que el recorrido diario del sol proyectará luces y sombras sobre cada ventana y su entorno exterior, produciendo cambios constantes en el escenario visible.

FUENTES DE LUZ NATURAL

Si consideramos que desde una ventana se tiene una visión hemisférica (de semiesfera) del entorno, en dicho espacio se pueden distinguir varios tipos de fuentes de luz natural denominados: componente solar directa (CSD) y difusa (CSdf), y componente reflejada del terreno (CRT) y de obstáculos (CRO).

Componentes de la luz natural del entorno.

• Luz solar directa (CSD). El recorrido del sol frente a una ventana puede iluminarla con un rayo solar directo, unidireccional y de gran intensidad, que varía continuamente de posición y que puede anularse periódicamente por la nubosidad. Es la fuente de luz natural más potente, pero también la más incómoda por sus grandes fluctuaciones y por el riesgo de provocar deslumbramiento al crear una mancha extrema-

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I.2

damente luminosa en el interior del local. Por tanto, se recomienda prescindir de ella. • Luz solar difusa (CSdf). Es la luz procedente de la bóveda celeste, excluida la luz solar directa, producida por la dispersión luminosa de la atmósfera (cielo azul) y la reflexión y difusión de las nubes. Tiene una menor intensidad pero es muy estable en el tiempo y puede proceder de un gran sector del hemisferio visible. Es la fuente de luz natural preferible, y suele ser el criterio fundamental para el proyecto arquitectónico. • Luz reflejada de obstáculos (CRO). Los obstáculos del entorno visible desde la ventana, que sobresalen del horizonte, ocultan la luz solar difusa procedente del cielo, pero al mismo tiempo reflejan parte de la luz que reciben según su coeficiente de reflexión. Su intensidad puede variar durante el día según los obstáculos verticales estén soleados o en sombra, y fluctuar según la nubosidad. Es el segundo factor más importante para el diseño arquitectónico por anular parte de la componente solar difusa y porque la inclinación de dicha luz sobre la horizontal puede hacer que penetre profundamente.

Luminosidad difusa procedente de la bóveda celeste (Marsch, A / www.squ1.com).

• Luz reflejada del terreno (CRT). Es la luz procedente de las superficies del entorno por debajo del horizonte, ocupando la mitad del hemisferio visible desde una ventana vertical. Puede tener intensidad elevada según su coeficiente de reflexión medio (albedo) y la radiación que reciba de la componente celeste, como suma de la luz solar directa y difusa, por lo cual también puede estar sujeta a grandes fluctuaciones temporales por la nubosidad.

CONFIGURACIÓN DEL ENTORNO

El entorno visible desde una ventana está configurado por la hemisfera enfrente del plano del hueco, que en el caso de ventanas horizontales o claraboyas sería la semiesfera de la bóveda celeste. En ventanas verticales se vería el terreno bajo el horizonte ocupando la mitad de la hemisfera y los obstáculos visuales invadiendo parte de la mitad superior, ocultando así un sector de la componente solar difusa y pudiendo obstruir parte de la trayectoria solar a determinadas horas, suprimiendo con ello la componente solar directa.

Existen varios métodos gráficos para representar dicha hemisfera; algunos de ellos pueden ser fotografías con lentes ojo de pez o diagramas polares, si bien en este estudio se propone la representación cilíndrica por su facilidad para transportar los ángulos de la silueta de los obstáculos visuales.

Ángulos de inclinación θ y orientación φ del plano de una ventana respecto al entorno.

I.2 - Iluminación. Microclima luminoso

En el capítulo de clima/soleamiento del manual del calor se describe en detalle la representación de obstáculos solares en la carta solar cilíndrica, que también se puede utilizar para representar el hemisferio visible desde el plano de una ventana, definido según la orientación φ del plano respecto al sur y la inclinación θ sobre el plano horizontal. Los obstáculos del entorno se pueden representar por las coordenadas polares de cada vértice de su silueta, mediante su dirección o azimut Z respecto al sur y la altura Ah del punto sobre el horizonte teórico. Esquema de la inclinación de la ventana y la altura de obstáculos en la carta cilíndrica.

Carta cilíndrica del entorno con los obstáculos visuales y los sectores visibles desde una ventana horizontal y vertical. Carta cilíndrica del entorno con el sector visible desde una ventana inclinada 50º.

En el siguiente ejemplo se aprecia el sector hemisférico visible desde una claraboya horizontal (θ = 0º), y desde una ventana vertical (θ = 90º) orientada entre el sur y el suroeste (φ = +30º). En el ejemplo también se ha representado una silueta del horizonte real de los obstáculos visuales, con una altura Ah sobre el horizonte teórico para cada dirección Z.

En el caso de una ventana con una inclinación θ = 50º y orientada hacia φ = +30º el sector de cielo visible tendría la silueta del gráfico, en el que se ha señalado el foco o dirección hacia donde apunta la normal al plano.

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I.2

Mediante estas construcciones se puede hacer ya una primera evaluación de la disponibilidad de luz natural procedente de los diferentes sectores de componente solar difusa (CSdf) y reflejada del terreno (CRT) o de los obstáculos (CRO). Es importante señalar la importancia relativa que tienen los sectores más próximos al foco correspondiente a la dirección normal del hueco, por la ley del coseno, distancia angular que se podría estimar mediante trigonometría esférica.

CLIMA LUMINOSO

Para definir el clima luminoso de un lugar conviene determinar por separado la radiación solar directa que pueda incidir sobre los huecos, para el proyecto de los elementos de protección solar, y la radiación difusa procedente de la bóveda celeste, que es la que suele interesar para una iluminación interior segura y uniforme. La radiación solar directa sobre una ventana se puede predecir mediante el estudio del recorrido solar diario en las diferentes estaciones del año. Para ello conviene utilizar la carta solar de la latitud del lugar, como en el siguiente gráfico correspondiente a la carta solar de Las Palmas de Gran Canaria (Lat = 28 ºN), calculada mediante el programa Solea-2.

En este ejemplo se ha introducido como dato del programa un plano X con inclinación = 90º y orientación = +30º, para que represente el sector de cielo visible desde una ventana vertical. El gráfico del recorrido solar se puede combinar con el estudio del entorno visible desde una ventana, ya desarrollado en el apartado anterior. En el siguiente gráfico se han hecho coincidir las proporciones de anchura y altura del gráfico del entorno, utilizando un sencillo programa de edición gráfica, para superponer los recorridos solares sobre el hemisferio visible desde la ventana. 33

Componentes CDdf, CRO y CRT visibles desde una ventana vertical.

Superposición de los recorridos solares sobre el hemisferio visible desde una ventana vertical (gráfico inferior).

I.2 - Iluminación. Microclima luminoso

Imágenes de diferentes estados luminosos del cielo (Marsh.A / www.squ1.com).

CIELO DE PROYECTO

Ya se ha comentado que la estimación de la luminosidad del hemisferio celeste es una labor bastante complicada, al ser específica de la situación geográfica y del clima de cada lugar, variando según la posición del sol en cada estación y a cada hora, y que además dependerá muchísimo de la nubosidad del momento. Cuando se pretende averiguar la luminosidad del cielo frente a una ventana también habrá que considerar la inclinación y orientación de dicho plano. Como conclusión, lo más práctico será utilizar un modelo simplificado del cielo, o cielo de proyecto, que reproduzca sus cualidades más importantes, e intentar cuantificar la magnitud de la iluminación mediante valores estadísticos. La observación del cielo, ya sea visual o mediante registros fotográficos, muestra que la distribución de la luminosidad no es uniforme, variando según la posición del sol, de la humedad o transparencia de la atmósfera, y de la nubosidad. La “Commission International de l’Eclairage” (CIE) ha desarrollado una serie de modelos matemáticos de distribuciones ideales de la luminosidad del cielo, siendo las más comunes las del cielo uniforme, cielo cubierto y cielo despejado. Estos modelos se aplican a los programas de simulación para calcular el nivel de iluminación natural en edificios. El modelo de cielo más utilizado es el de cielo cubierto, porque en dichas condiciones se suele estimar la luminosidad mínima del cielo para garantizar un cierto nivel de iluminación natural en el interior de los edificios durante una elevada proporción de tiempo al año. El modelo de cielo cubierto se caracteriza porque la luminosidad en el cenit es el triple que en el horizonte. En el modelo de cielo despejado predomina la componente solar directa, con más del 80% de la luminosidad total del cielo, mientras que la componente solar difusa se concentra entorno al sol y en un sector opuesto del hemisferio celeste.

6 Esquemas de modelos CIE de cielo uniforme, cielo cubierto y cielo despejado (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).

ESTIMACIÓN DE LA LUMINOSIDAD

La luminosidad del cielo se suele estimar según el nivel de iluminación o iluminancia Ehe (lux) que produce sobre una superficie horizontal exterior sin obstrucciones, equivalente a un flujo de lúmenes por metro cuadrado (E = Φ/S). Estos valores son adecuados para ser aplicados al Factor de Iluminación Natural (FIN %) de cada punto de un local, que relaciona la iluminancia interior como un porcentaje de la iluminancia horizontal exterior.

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6.1. I LUMINANCIA HORIZONTAL EXTERIOR La iluminancia horizontal exterior (Ehe lux) varía a lo largo del día, con valores máximos a mediodía cuando el sol tiene su altura máxima, y depende por tanto de la latitud del lugar y de la estación del año. En Canarias (Lat = 28ºN) se puede estimar que se alcanzan los siguientes niveles máximos de iluminación horizontal exterior.

Estado del cielo (horas de sol efectivas/teóricas) Solsticio de invierno (21 diciembre) Solsticio de verano (21 junio)

Despejado (0.9) 75.000 lux 110.000 lux

Cubierto (0.1) 30.000 lux 45.000 lux

A primeras y últimas horas del día no existe prácticamente componente solar directa sobre la horizontal, mientras que en las horas centrales la distribución entre componente solar difusa y directa depende de la nubosidad, entre un 15 % de luz difusa en cielos claros hasta prácticamente el 100% en cielos totalmente cubiertos. En días nubosos, en los que se alternan claros y nubes, se produce una gran fluctuación de la luz natural y de su distribución entre componente directa y difusa. Existe una relación entre la radiación solar y la luz solar, o rendimiento luminoso, que depende de si la radiación es directa (100 lm/W) o de si la luz procede de la bóveda celeste (R = 130 lm/W), siendo común utilizar el valor medio de R = 115 lm/W como rendimiento luminoso de la radiación solar. Esto permite deducir la luminancia exterior a partir de datos de radiación solar, como los siguientes registros realizados en un día despejado y otro semicubierto de agosto en la ciudad de Las Palmas. Es interesante señalar que la curva inferior de las gráficas corresponde a la componente difusa del cielo y la superior a la radiación total, destacando el gran incremento producido por la componente directa durante un día despejado. En el gráfico de un día cubierto con algunos claros conviene señalar el incremento medio de intensidad de la componente difusa y la gran fluctuación de la componente directa, que cuando brilla el sol permiten alcanzar intensidades totales de más de 1.000 W/m2, equivalente a más de 115.000 lux. 6.2. ILUMINANCIA

Iluminancia máxima horizontal exterior (Ehe lux) al mediodía en Canarias.

DEL CIELO DE PROYECTO

Los valores del cielo de proyecto se deducen de estudios estadísticos para determinar el nivel de iluminación horizontal exterior que se supera el 85% del tiempo entre las 8 de la mañana y las 5 de la tarde a lo largo de un año. Dicho valor representa el nivel de iluminación que conviene considerar en el cálculo de la iluminación natural para

Medidas de radiación solar durante un día despejado y otro casi cubierto de agosto en Las Palmas.

I.2 - Iluminación. Microclima luminoso

tener la seguridad de que el edificio alcanza los niveles de iluminación deseados al menos el 85% del tiempo de utilización. El valor del cielo de proyecto es del orden de 8.900 lux para Canarias (28ºN), según la Formula de Tregenza. Para otras latitudes se puede estimar con facilidad mediante la calculadora desarrollada por Marsh. Calculadora de cielo de proyecto desarrollada por Marsh (www.squ1.com).

REFLECTANCIA DEL ENTORNO

La luz natural que procede de entornos urbanos depende en gran parte de la reflectancia o albedo del terreno y de los obstáculos visuales afrentados a las ventanas. En la carta visual se puede registrar el brillo de las superficies reflectantes, ya sea con mediciones visuales o mediante imágenes fotográficas digitales, midiendo directamente el brillo con programas de tratamiento de imágenes. Como referencia se pueden considerar los siguientes valores orientativos del albedo de superficies naturales y artificiales:

Superficies naturales

Albedo (%)

Nieve reciente Arena brillante y fina Arena clara o gruesa Suelo desértico Suelo agrícola seco Suelo agrícola cultivado Bosque frondoso Suelo volcánico (picón) Agua profunda

80-90 35-40 30-35 25-30 20-25 15-20 10-15 5-10 5-10

Superficies artificiales Cal, yeso, Aluminio pulido Pintura blanca Pintura colores claros Mármol, Ccero inoxidable Pintura colores medios y grises Hormigón claro, Acero galvanizado Ladrillo rojo, Hormigón medio Pinturas oscuras Asfalto

Albedo (%) 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 5-15

ILUMINACIÓN EXTERIOR EN VENTANAS

Para deducir los niveles de iluminación en el exterior de las ventanas se pueden utilizar modelos de simulación del soleamiento, considerando el rendimiento medio de la radiación solar de R = 115 lm/W, o su equivalencia de 115 (lm/m2=lux) / (W/m2). El programa Solea-2 es una herramienta adecuada para predecir los niveles de iluminación exterior existentes durante un día sobre ventanas situadas en fachadas con cualquier orientación, inclinación, latitud y época del año, considerando la altura media de las obstrucciones visuales y la reflectancia media del entorno. Los valores por defecto del programa son válidos para aplicaciones generales, con la excepción del estado de nubosidad del cielo, puesto que de entrada estima la ra-

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I.2

diación para cielos despejados con un coeficiente de Horas sol = 0.9 (horas de sol efectivas/teóricas al día), adecuado para predecir el nivel de iluminación máximo. Para predecir el nivel de iluminación mínimo, equivalente al cielo de proyecto, conviene aplicar el valor de Horas sol = 0.1 correspondiente a un cielo totalmente cubierto, mientras que introduciendo el valor de nubosidad medio del mes se obtiene el nivel de iluminación típico de la época considerada. 8.1. C IELO DESPEJADO Como ejemplo se muestra la ventana de edición de datos del programa Solea-2 para un día despejado (horas sol = 0.9) con fecha 21 de enero en Las Palmas (latitud 28ºN), sin obstrucciones visuales (Horizonte = 0) y coeficiente de reflexión típica de un entorno urbano (Albedo=0.2). Los resultados numéricos obtenidos son la intensidad solar máxima (W/m 2) para ventanas verticales con diferentes orientaciones y claraboya horizontal, así como la hora de intensidad máxima. Esta intensidad se puede convertir en niveles de iluminación multiplicando su valor por 115 lux/(W/m 2). El programa también puede mostrar una tabla con las intensidades incidentes sobre las diferentes orientaciones a cada hora del día, pero es más interesante analizar el gráfico diario de intensidades, que muestra las curvas superiores de la radiación total de cada orientación, y en el que la curva base corresponde a la componente de radiación difusa, que tiene un valor prácticamente igual para todas las fachadas verticales. En este caso se puede predecir que una ventana vertical orientada al este (E) recibirá a las 9:00 hora solar una energía de I = 560 W/m2, equivalente a Ee = 115 x 560 = 64.400 lux, que corresponde a una componente solar difusa de 95 W/m2, equivalente a CSdf = 10.900 lux, y el resto, 53.500 lux, a la componente solar directa CSD.

I.2 - Iluminación. Microclima luminoso

8.2. CIELO CUBIERTO Más interesante que el nivel de iluminación en días despejados será la predicción para días cubiertos (horas sol = 0.1), equivalente al cielo de proyecto. También será importante estudiar la orientación o inclinación de un plano X cualquiera (fachada con orientación 30º e inclinación 90º), como en el siguiente ejemplo.

En este último gráfico se puede predecir que una ventana en un plano X, vertical con orientación +30º, según las condiciones de proyecto consideradas para un día cubierto típico de invierno, recibirá una energía solar máxima de I = 204 W/m2 a las 13:00 horas, equivalente a Ee = 115 x 204 = 23.460 lux. Entre las 9:00 y las 16:00 hora solar la intensidad superará los 100 W/m2 equivalente a 11.500 lux, que corresponde al periodo entre las 10:00 y las 17:00 hora oficial, siendo valores adecuados para tomarlos como datos de cielo de proyecto para dicha ventana. En caso de querer predecir la iluminancia horizontal exterior (Ehe lux) a lo largo del día, la curva H muestra los valores máximos de I = 280 W/m2 al mediodía solar, equivalente a Ehe = 115 x 280 = 32.200 lux. Entre las 8:00 y las 16:00 hora solar la intensidad superará los 100 W/m2 (11.500 lux), correspondiente al periodo entre las 9:00 y las 17:00 hora oficial, y son también valores adecuados como datos de cielo de proyecto para aplicarlos mediante el método del Factor de Iluminación Natural (FIN). 8.3. E NTORNO CON OBSTRUCCIONES En el entorno urbano suelen existir importantes obstrucciones visuales que suprimen la componente solar directa (CSD) durante varias o todas las horas del día, limitan gran parte de la componente solar difusa (CSdf), y no suelen incrementar las componentes reflejadas porque gran parte del entorno estará a la sombra.

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En el siguiente ejemplo se ha introducido en el programa Solea-2 el dato de un Horizonte = 35º, correspondiente a una obstrucción visual media de 35º sobre el horizonte en torno a la ventana, equivalente a la 3ª planta bajo cubierta en una calle de 12 metros de ancho. En este ejemplo se han obtenido los siguientes resultados para el día 21 de enero con cielo cubierto.

En el caso de una ventana en un plano X, vertical con orientación +30º, la energía solar máxima recibida será de I = 161 W/m2 a las 13:00 horas, equivalente al 78% de la iluminación si no existen obstrucciones. Lo más desfavorable será que hasta las 10:00 hora solar la intensidad no superará los 70 W/m2 equivalente a 8.000 lux, y que a las 14:00 horas habrá un importante descenso de la luminosidad por el ocultamiento del sol tras las obstrucciones visuales. En la carta solar cilíndrica se aprecia el sector de cielo visible sobre el horizonte real de 35º, que sólo permite ver el recorrido solar durante 4 horas, quedando oculta la bóveda celeste más enfrentada a la ventana y que más contribuye con la componente solar difusa (CSdf).

Para un mayor conocimiento en el manejo del programa Solea-2 se recomienda consultar el capítulo “C.4.5. Calor. Construcción. Soleamiento de huecos” del Manual del Calor, que explica con detalle su funcionamiento.

PROYECTO LUMINOSO

INTRODUCCIÓN

El objetivo del proyecto de iluminación natural es conseguir un adecuado nivel de iluminación sobre las superficies de trabajo de un local, evitando las posibles causas de incomodidad visual como el deslumbramiento o la falta de uniformidad luminosa. Los factores que influyen en el nivel de iluminación de cada punto del local dependen de parámetros externos, denominados como clima luminoso en el exterior del local; de las propiedades constructivas de las ventanas (transparencia) y de las superficies del local (reflexión), que se definirán mediante el diseño constructivo; y, por último, de la geometría de las ventanas y del local, que se definirán en el proyecto de iluminación natural. 1. La “materia prima” para la iluminación natural será el flujo de luz procedente del exterior, que en gran parte vendrá definido por las propiedades del clima luminoso del lugar en cada momento, pero que se verá modificado por la configuración de entorno, donde el proyectista puede tener cierta capacidad de decisión. Estas variables se estudiarán en el apartado dedicado al proyecto de luminosidad del entorno, mediante el control de las obstrucciones visuales y el coeficiente de reflexión del terreno y los obstáculos visibles. 2. Los “medios” utilizados para conducir la luz hacia el interior del local serán los huecos de iluminación, que llamaremos genéricamente ventanas aunque tengan diferentes inclinaciones o configuraciones, y las propiedades reflectores de las superficies interiores. También habrá que considerar todos los mecanismos de protección solar y regulación de la luminosidad u oscurecimiento, incluidos los dispositivos para reflejar o dirigir el flujo luminoso, que se estudiarán en el apartado dedicado al diseño constructivo. 3. Los “receptores” de la luz serán las distintas superficies del local, según su posición respecto a la ventana y a la geometría del local, aspectos que se verán en los siguientes apartados del proyecto de iluminación interior.

CRITERIOS DE ILUMINACIÓN NATURAL

El requisito fundamental del proyecto de iluminación es que todas las habitaciones sean exteriores, con el fin de tener acceso a una fuente de iluminación natural. Lo habitual es que los locales dispongan de fachadas en comunicación directa con espacios públicos exteriores, o con espacios libres interiores de la parcela, entre los que se

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pueden considerar una amplia variedad de tipologías de patios. Una opción interesante es la apertura de huecos en cubierta para permitir la iluminación cenital. Otro criterio importante es que desde los diferentes puntos de la habitación se pueda ver un sector del cielo a través de las ventanas, en función de la luz recta y de la altura de los obstáculos visuales. Para comprobar esta condición será necesario considerar que el nivel de iluminación resultante sobre cada superficie del local dependerá, además de la del flujo de luz que llegue a la ventana, del tamaño y posición de la misma y de la distancia o posición relativa de la superficie respecto al hueco. Existen normativas de habitabilidad que regulan las condiciones mínimas de salubridad en edificios, entre las que se encuentra el derecho a una iluminación adecuada. En la comunidad canaria está vigente el decreto 1991-D-47BOC Condiciones de habitabilidad de las viviendas, del cual se destaca lo siguiente:

3. CONDICIONES DE ILUMINACIÓN • Toda pieza dispondrá de hueco al exterior, de manera que tenga como mínimo una superficie de iluminación de 1/10 de la superficie útil de la pieza que ilumine. • En baños, aseos, vestíbulo, pasillo-distribuidor y despensa-trastero no será de aplicación la anterior condición. • Todo hueco abierto al exterior o patio cumplirá con una luz recta mínima de 3 m. • Todo hueco dispuesto para cumplir las condiciones de iluminación y ventilación de una pieza, se situará a una distancia como máximo de 8 metros del punto más distante de la pieza. 9.3. Patios • A efectos de determinar las dimensiones de los patios, éstas vienen condicionadas por su altura H, medida desde el nivel del piso hasta la línea de coronación superior de la fábrica. Las dimensiones mínimas serán mayores o igual a 3 m y mayor o igual a 1/6 de H. • Las luces rectas en huecos a patio tendrán una dimensión mínima de 1.40 m. • En patios de hasta cuatro plantas se permite la cubrición por medio de lucernarios, siempre y cuando éstos tengan una superficie de iluminación en planta como mínimo de dos tercios de la superficie total del patio, y se disponga a su vez de una superficie de ventilación de un tercio de la superficie total del patio.

Los ayuntamientos también son competentes en la mejora de las normas mínimas de habitabilidad, mediante ordenanzas municipales o normas urbanísticas, como las indicadas en el Plan de Ordenación Urbana de Las Palmas de Gran Canaria:

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

• Las dimensiones específicas de los patios de luces se establecen en las condiciones particulares de cada uso. En cualquier caso, las dimensiones mínimas en piezas de estancia y trabajo de locales y oficinas será 1/5 de H (siendo H la altura del patio medido hasta el borde superior del pretil que lo cierra), con un lado mínimo de tres (3) m.

Hay que considerar que estas condiciones suponen unos mínimos absolutos, y que el proyectista deberá valorar el nivel de bienestar luminoso que demanden los ocupantes, que no siempre estará garantizado por la simple aplicación de estas reglas empíricas. Conviene destacar que luces rectas inferiores a 4/3 de la altura H de las obstrucciones visuales (altura de 37º) suelen impedir el acceso del soleamiento en invierno, y que luces libres inferiores a 1/2 H (64º) limitan notablemente el sector de cielo visible, que será prácticamente invisible con luces inferiores a 1/5 o 1/6 H (80º). Es mucho más beneficioso para los ciudadanos que la normativa obligue a que los patios sean relativamente amplios y luminosos, como por ejemplo la del PGOU de Las Palmas de Gran Canaria para los patios de manzana:

• En cualquier caso, los patios de manzana tendrán unas dimensiones en cualquiera de sus plantas tales que se pueda inscribir una circunferencia que cumpla las dos condiciones siguientes: que el diámetro sea igual o superior a dieciséis (16) metros y que el diámetro supere a la mayor altura de los paramentos que encuadren el patio.

Normativa del PGOU de Las Palmas de Gran Canaria para patios de manzana.

También hay que considerar que el fondo máximo hasta donde llega suficiente luz natural está limitado por el ángulo de penetración de la luz exterior entre el dintel de la ventana y la altura de las obstrucciones visuales, generalmente muy inferior al límite legal de 8 metros.

Sin embargo, no se pueden establecer reglas generales en relación a la superficie necesaria de ventana respecto

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I.3

al área del local, ya que una relación de 1/10 sólo sería satisfactoria en locales de poca profundidad sin obstrucciones visuales exteriores. Como criterio alternativo se propone tomar en consideración las buenas prácticas de la arquitectura tradicional y aplicarlas según las circunstancias de cada caso. La siguiente regla, citada por Vitrubio Polión hace veinte siglos, merece su consideración: Libro IV. Capitulo IX. De las casas de campo… Débese cuidar que todos los edificios estén bien iluminados: los de campo lo pueden ser fácilmente, por no impedirlo paredes vecinas; pero en la ciudad la elevación de las paredes externas, o la estrechez del lugar suelen impedir las luces. Se remediará de este modo: por la parte en que se haya de tomar luz tírese una línea de lo mas alto de la pared que la impidiese, hasta el lugar en que la luz se necesita, y si de ella para arriba se descubre bastante porción de cielo, habrá allí luz suficiente y desembarazada; pero si lo impiden los trabes, las soleras, o los artesonados, se tomará por las lumbreras, o descubiertos en el tejado. En suma, siempre se abrirán las ventanas hacia donde se pueda ver el cielo, para que sean claros los edificios.

INCIDENCIA DE LA LUZ NATURAL

Para el proyecto de iluminación natural será de gran utilidad conocer el nivel de iluminación interior (Ei) en luxes, como proporción del nivel de iluminación exterior (Ee) que pueda existir en una cubierta horizontal con el cielo cubierto, denominado Factor de Iluminación Natural (FIN % = Ei/Ee x 100). La utilidad del FIN viene dada por ser un valor constante que sólo depende de la configuración del entorno y del local y permite estimar en cada momento el nivel de iluminación de cada punto interior (Ei lux) como porcentaje de la iluminación a cielo abierto. Para valorar la cantidad de luz que puede llegar a un punto del local será preciso analizar los recorridos de los diferentes flujos luminosos procedentes del exterior y el ángulo de incidencia sobre la superficie considerada, denominada plano de trabajo. Como plano de trabajo se suele considerar una superficie horizontal a 0.80 m del suelo para actividades habituales sobre mesas o bancos de trabajo, aunque también puede considerarse como plano de trabajo el suelo en locales de circulación, o las paredes cuando están dedicadas a exposiciones.

De manera similar al estudio de la luz exterior que llega a una ventana, la luz que incide sobre un plano de trabajo

Esquema de las recomendaciones de iluminación de Vitrubio.

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

puede proceder de diferentes sectores del hemisferio que la rodee. Será fundamental considerar el sector de la ventana visible desde la superficie, que es de donde procederá la componente celeste (CSdf) de luz difusa del cielo visible y la componente reflejada exterior (CRO) de luz procedente de los obstáculos exteriores a la ventana. El resto del hemisferio visible serán superficies interiores del local que aportarán la componente reflejada interior (CRI) de luz por reflexión múltiple de la luz que penetre por la ventana. El estudio de la iluminación interior pretende garantizar un nivel mínimo durante el máximo tiempo posible, por lo cual conviene prescindir de la luz solar directa para el diseño geométrico del local, aunque será imprescindible comprobar los casos en que pueda penetrar el sol directamente en el local para el control y regulación del soleamiento, aspecto que se estudiará en detalle en el capítulo de protección solar del Manual del Calor. Componentes de luz natural que pueden iluminar un plano de trabajo horizontal.

Mancha de luz producida por la componente solar directa CSD, y análisis del exceso de brillo producido.

De forma similar al control de la radiación solar directa, o componente solar directa, que hay que limitar por las molestias que causa debido a su elevada intensidad y al riesgo de producir deslumbramiento, conviene diseñar soluciones constructivas de elementos de regulación luminosa para filtrar el exceso de luminosidad exterior difusa o reflejada. En determinados casos (dormitorios o aulas, por ejemplo), será necesario incluso prever elementos de oscurecimiento.

Influencia de la ocupación de la parcela.

PROYECTO LUMINOSO DEL ENTORNO

La volumetría de los edificios suele estar regulada por la ordenanza de edificabilidad de la parcela, según sea edificación cerrada o abierta, y las normas de altura máxima, retranqueos a linderos y otras reglas que definen el volumen máximo edificable. También la relación de anchura y

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I.3

altura de las calles y espacios públicos suele estar impuesta por las normas urbanísticas de la zona, por lo que el proyectista no tiene mucho margen para tomar decisiones de diseño del entorno. 4.1. S ECCIONES Afortunadamente, en algunas ocasiones el proyectista puede decidir la distribución de volúmenes edificados y aplicar criterios de diseño luminoso del entorno visual de las fachadas de los edificios. En estos casos los criterios básicos son el control de la altura de coronación (H) y separación (S) de las obstrucciones visuales para intentar que el ángulo de elevación sobre la horizontal (Ah) sea el menor posible, especialmente en el sector del cielo frente a las ventanas principales. Tg Ah = H / S → Ah = arctg H/S Como referencia, con obstáculos con relación H/S = 2/3 se puede reducir un 40% la luz recibida a 5 metros de la fachada, respecto a un local sin obstáculos. Los edificios tendrán una relación H/S diferente en cada planta, ya que la altura H debe medirse desde el centro de la ventana hasta la coronación del obstáculo de enfrente, o la altura media del horizonte real si la silueta del entorno es una línea quebrada. Los requisitos de iluminación de las plantas inferiores serán más difíciles de cumplir según aumente su “profundidad” respecto a la línea de coronación, y es posible que sea necesario tomar medidas que compensen la pérdida de visión del cielo, incrementando el tamaño de ventanas o disminuyendo el fondo del local. Una medida muy eficaz para no limitar la visión del cielo de los edificios enfrentados es el retranqueo de las plantas superiores mediante la formación de áticos o edificios escalonados, con el beneficio adicional del uso de las terrazas por parte de los locales inmediatos.

Influencia de la altura del horizonte real (Manual del vidrio /SGG 2001).

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

Si un edificio no produce obstrucciones visuales a los colindantes podrá volar ligeramente las plantas superiores, ya que ese sector de cielo no será útil para las plantas inferiores y, de paso, les podría aportar protección solar, especialmente en las fachadas sur durante el verano. Las plantas bajo cubierta tienen la posibilidad de abrir claraboyas u otro tipo de huecos que aprovechen la gran cantidad de luz natural disponible. Las plantas bajo rasante también pueden captar luz natural si se diseñan como semisótanos o se dispone de un “patio inglés”. Sección con diferentes entradas de luz (Manual del vidrio / SGG 2001).

4.2. PATIOS Cuando por cuestiones de aprovechamiento de la parcela sea inevitable crear patios de “luz y ventilación” en el interior de los edificios, generalmente condicionados por ordenanzas de manzana cerrada con numerosas plantas, se pueden plantear los siguientes criterios de diseño, ordenados de mejor a peor. • Reconversión de la manzana cerrada en bloques lineales con doble fachada, con cierre opcional de testeros mediante elementos arquitectónicos preferiblemente transparentes. • Agrupación de los patios de todas las parcelas, creando un amplio patio de manzana. La normativa urbanística de Las Palmas es un ejemplo de ordenación de patios de manzana de diámetro mayor de 16 m y también mayor que la altura H de sus bordes. • Agrupación de patios de luces para crear un gran patio de parcela al fondo de la edificación. En este caso, sería interesante coordinarse con el edificio del fondo para compartir el espacio, e incluso negociar el retranqueo de las plantas superiores. Como referencia para el retranqueo se suele considerar la 1ª planta, ya que la planta baja, por tener un uso no residencial, suele ocupar toda la parcela y siempre podría iluminarse por el techo. • Coordinación con los de edificios colindantes para adosar patios de borde de parcela –con beneficios mutuos–, siendo preferible que cada uno cumpla con las ordenanzas para compartir un espacio doble sin tener que registrarlos como patios mancomunados. Los patios de borde tienen la ventaja de dejar libre el interior de las plantas para circulaciones. • Finalmente, conviene no abusar de la tolerancia legal y limitar la relación S/H a 1/2.5 como mínimo, utilizando los patios interiores para locales de servicio o habitaciones de poco uso, procurando que no coincidan en el mismo patio dormitorios con locales ruidosos y contaminantes.

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I.3

4.3. R EFLECTANCIA DEL ENTORNO Un factor que no se suele valorar suficientemente es la reflectancia del entorno, tanto del terreno como de los obstáculos visuales frente a las ventanas, siendo este último valor de gran importancia en orientaciones al norte o grandes alturas de coronación del horizonte real. La reflectancia del suelo exterior (Rt) contribuye con la com-ponente reflejada del terreno (CRT) a la iluminación del techo de los locales, que pueden reenviar dicha luz al fondo de los mismos, donde no suele llegar la componente solar difusa (DSdf). En espacios abiertos muy soleados puede interesar limitar la reflectancia para evitar el deslumbramiento, muy molesto al proceder desde abajo. Una elevada reflectancia de las fachadas (Ro) de los edificios del entorno, además de evitar la ganancia solar de dichos edificios, también puede enviar al fondo de los locales un importante flujo de iluminación. En el caso de tener una relación S/H muy pequeña, como ocurre con los patios de luz profundos, conviene alcanzar la máxima reflec-tancia posible, por ejemplo con paramentos de alicatados blancos, ya que la componente de luz del cielo puede que tenga que reflejarse varias veces antes de penetrar por las ventanas. La reflectancia de las superficies interiores del local también tiene una elevada influencia en el nivel y en la uniformidad de la iluminación interior, debido a las múltiples reflexiones que se pueden producir en el suelo (Rs), en el techo (Rt) y en las paredes (Rp).

ILUMINACIÓN NATURAL DE LOCALES

La cantidad de luz que llega a cada punto de un local dependerá del diseño espacial, ya que su geometría determinará la distribución del flujo de luz que penetre por la ventana. El parámetro más utilizado es el Factor de Iluminación Natural (FIN %) como relación entre el nivel de iluminación interior (Ei) en luxes y el nivel de iluminación exterior (Ee) que pueda existir en una cubierta horizontal con el cielo cubierto, lo cual permite su estimación en cada momento según la relación: Ei = Ee x FIN /100 (%) Las variables geométricas fundamentales que determinan los niveles relativos de iluminación, o mapa de iluminancias, son el tamaño del local y el tamaño y altura de la ventana, tal y como se describe a continuación:

• El fondo del local (F) respecto a la ventana • El ancho del local (A)

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

• • • •

La altura del local (h) El ancho de la ventana (W) El alto de la ventana (H) La altura de la ventana desde el suelo hasta la base (B) o hasta el dintel (D) 5.1. CANTIDAD DE LUZ

Un primer criterio de diseño es garantizar que penetre la suficiente cantidad de luz. El nivel medio de iluminación (Em) del local depende del área de la ventana (W x H), ya que el flujo de luz que penetra en el local (lúmenes) depende del nivel de iluminación sobre el exterior de la ventana (luxes) y de su superficie (W x H). La iluminación media interior también depende del área total de las superficies del local, donde se distribuye todo el flujo de luz que penetra. En la práctica, se puede realizar una rápida estimación del nivel medio de iluminación mediante la proporción área de ventana / área de suelo. Se puede afirmar que cuando se incrementa el tamaño de la ventana también aumentará el nivel medio de iluminación de forma proporcional, siempre que la ventana sea relativamente pequeña. 5.2. UNIFORMIDAD DE LA LUZ Es evidente que los lugares próximos a las ventanas tendrán una mayor iluminación natural que los más alejados. Será otro criterio fundamental del diseño conseguir una elevada uniformidad en la distribución de la luz natural, tanto para garantizar que los puntos más alejados de la ventana tengan el suficiente nivel de iluminación, como para evitar un excesivo contraste con las zonas mucho más iluminadas próximas a las ventanas, lo que obligaría a los ocupantes a tener que adaptar continuamente sus ojos a los diferentes brillos, que por otra parte pueden llegar a causar deslumbramiento. El factor crítico de la uniformidad es la distancia a la ventana y la altura de ésta sobre el suelo o el plano de trabajo. Un valor de referencia sería que la distancia del fondo de un local (F) no debería ser mayor del doble de la altura del dintel (D), es decir: F < 2 D. En general, en habitaciones iluminadas desde espacios exteriores urbanos se debería limitar el fondo útil entre 1.5 y 2 veces la altura del dintel (F < 1.5 a 2 D), pudiendo alcanzar F < 2.5 D cuando no existan obstáculos visuales exteriores. Esto significa que en edificios convencionales con alturas de planta de h = 2.8 m y alturas de dintel D = 2.5 m, el fondo útil recomendable serían unos 3.7 m, y sería tolerable hasta los 5 m, pudiendo prolongarse hasta 6.3 m como máximo cuando se disponga de una amplia visión de cielo.

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I.3

En calles estrechas o fachadas interiores de parcela, como es el caso de patios, conviene limitar a menos de 45º la altura angular de los obstáculos sobre la horizontal, de manera que su altura sea inferior a la separación (H<S). Como regla general conviene limitar el fondo útil para que el cielo sea visible en gran parte del local, según la relación F/D<1.5 S/H. Como criterio razonable se deberán colocar cerca de las ventanas (x<D) las actividades que requieran mayor iluminación (por ejemplo, la zona de preparación en cocinas) para dejar en una segunda zona (x<2D) las actividades que no requieran tanta precisión (comedor, por ejemplo), e incluso destinar una tercera zona (x<2.5 D) para almacenaje o circulaciones.

Gráfico de la proporción interior F/D según la relación S/H exterior.

TOPOLOGÍA DE PLANTAS

En las plantas de los edificios se suelen distribuir las habitaciones en 1ª línea de fachada, iluminándose desde el espacio libre exterior o interior de parcela. La zona posterior suele estar dedicada a espacios de circulación o locales de servicio (aseos, almacenaje) que pueden prescindir de iluminación natural directa. En el caso de fachadas paralelas, sin patios interiores, son adecuados los esquemas estructurales de 2 y 3 crujías, de 3.5 a 4.5 m de luz, con dos bandas exteriores de habitaciones y una banda interior de circulaciones y servicios, y con un ancho total mínimo de unos 7 m que se podría aumentar hasta un máximo de 14 m por criterios económicos, funcionales, e incluso ambientales, según el siguiente esquema para plantas de altura normal.

Ancho edificio Mínimo Bajo Medio Alto Máximo

Total 7 8 10 12 14

(local+interior+local) (3.5 (3.5 (4 (4.5 (5

+ 0 + 3.5) + 1 + 3.5) + 2 + 4) + 3 + 4.5) + 4 + 5)

Opciones Supresión de la banda interior Aseos exteriores Escalera interior en dúplex Aseos interiores 12 + 2 m galería en fachada sur

Esquemas de secciones y plantas sin patios, con anchura mínima y máxima.

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

Esquema de plantas.

Un aumento de la separación entre fachadas del edificio puede suponer un ahorro proporcional en superficie construida de fachada respecto a la planta, pero el ahorro económico es discutible considerando que la superficie de ventana (la más cara) debería aumentar en una proporción igual o mayor que la planta del local. Un mayor fondo edificable mejora el aprovechamiento funcional de la urbanización, con menos metros lineales de calle por vivienda, aunque siempre hay que procurar que resulten parcelas sin “patios de luz”; por ejemplo, mediante solares de 20 m de profundidad con 14 m de fondo edificado más 6 m patio de parcela al fondo. Un ancho de 14 m también permite un buen aprovechamiento de plantas de aparcamiento, con calle central de 4 m, más dos bandas de 5 m. En climas muy agresivos (frío-continental o cálido-desértico) puede interesar aumentar el fondo y reducir el factor de forma del edificio, como proporción de “piel” expuesta. En el caso de climas frío-continental se puede optar por formas cúbicas y gran separación entre edificios. En climas cálido-desérticos se cuenta con un elevado nivel de iluminación exterior, por lo que se agradecen niveles relativamente bajos de iluminación interior, siendo habituales los patios de luces con bocas estrechas y bases amplias. En ambos casos se podría disponer de habitaciones en segunda fila respecto a la fachada, recibiendo segundas luces de las habitaciones que se iluminan directamente del exterior, con soluciones del tipo gabinete-alcoba.

DISTRIBUCIÓN DE HUECOS DE LUZ

Existen numerosas alternativas de distribución de ventanas o claraboyas para la iluminación natural de locales, en función de la posición, altura y número de huecos.

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I.3

Ventanas en fachada: suelen ser la solución convencional y produce una elevada iluminación bajo el hueco y una rápida disminución de luminosidad hacia el fondo del local. Se recomienda limitar el fondo útil (F) entre 1.5 y 2 veces la altura del dintel (D). Fachadas en esquina: con la misma superficie de ventana distribuida en dos paredes adyacentes se mejora la uniformidad del nivel de iluminación y el modelado de los objetos, aumentando bastante la calidad de la iluminación sin necesidad de aumentar la superficie de ventana. Sin embargo, el fondo útil sólo aumenta moderadamente: F < 2 a 2.5 D. Fachadas opuestas: son un caso de mejora de la calidad de la iluminación similar al anterior, sólo que aquí el fondo se puede llegar a duplicar al sumarse en planta la proyección de luz de las dos ventanas opuestas, considerando las respectivas alturas de dintel: F < 1.5 a 2 (D + D’). Ventanas altas: el aumento de la altura de la ventana permite que la luz penetre a mayor profundidad, aumentando la uniformidad y el nivel luminoso al fondo del local sin necesidad de aumentar la superficie del hueco. Falsos techos: pueden consumir una importante altura interior, especialmente si contienen instalaciones de climatización, que se puede compensar recortándolos cerca de las fachadas para subir la ventana hasta el forjado. Como referencia, un incremento de 50 cm en altura de la ventana permite duplicar el nivel de iluminación a 5 m de la fachada. Claraboyas en cubierta: son una solución muy interesante en plantas bajo cubierta, si se controla o se tolera la componente solar directa del sol, por las oscilaciones bruscas del nivel de iluminación y el riesgo de sobrecalentamiento. Existe un elevado rendimiento por superficie acris-talada, entre el 200% a más del 400% de la misma superficie de ventana vertical. Se obtiene una buena uniformidad de luces y sombras, especialmente sobre superficies de trabajo horizontales. Además, hay un elevado alcance o radio útil (R) del nivel de iluminación por la mayor altura (h) de la fuente luminosa y la ausencia de obstáculos. El radio iluminado suele ser hasta vez y media la altura del techo (R < 1.5 h), pero se puede reducir a R < 1 h si el conducto vertical es profundo, o aumentar hasta R = 2 h si existe una superficie difusora de luz visible desde el local.

Huella de la iluminación según la posición de ventanas.

Una solución muy interesante son las cubiertas con forma de “diente de sierra”, que pueden suprimir la radiación solar directa cuando se orientan al norte, aunque la pueden aprovechar indirectamente como radiación reflejada. Su proyección luminosa es asimétrica, del orden de R = 1 h +2.5 h.

Mejora de entrada de luz con ventanas altas y rebaje en falsos techos .

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

Existe una amplia variedad de soluciones para iluminaciones cenitales, además de las claraboyas o cubiertas de “diente de sierra”, que permiten compaginar la captación de luz con una buena protección solar, mediante escalonamientos con huecos verticales, como los lucernarios perimetrales, las linternas o los “micropatios”.

En numerosas ocasiones se necesita iluminar espacios bajo plantas edificadas o escalonadas, que pueden solucionarse con claraboyas de borde para entrada de luz directa o reflejada. Algunas soluciones permiten encontrar huecos de entrada bajo bancos corridos en la planta superior, e incluso mediante conductos altamente reflectantes o lumiductos, que pueden conducir la luz hasta 4 o 5 metros para luego distribuirla mediante difusores.

Atrios: a la escala del volumen de un edificio, los espacios abiertos de parcela pueden protegerse con cubiertas transparentes, o convertirse en espacios protegidos con un nivel de control ambiental intermedio, como es el caso de los atrios o patios de luz cubiertos con lucernarios, y que merecen un estudio detallado que pondere sus ventajas e inconvenientes en cada caso. En grandes lucernarios cenitales existe el riego de un sobrecalentamiento por exceso de radiación solar, que debe ser previsto mediante una correcta ventilación perimetral, como en la Escuela de Arquitectura de las Palmas de Gran Canaria, o mediante el uso de materiales traslúcidos opalinos que reflejan al exterior el exceso de radiación.

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I.3

Galería comercial en Nápoles y atrio de la Escuela de Arquitectura de Las Palmas de Gran Canaria.

En atrios profundos es interesante complementar la luz cenital vertical con lucernarios perimetrales, que pueden ser difusores para evitar la entrada direccional del sol directo, o incorporar reflectores direccionales con una geometría que dirija los rayos solares directos al fondo, para su difusión por reflexión. Como referencia se puede consultar el documento Informe de asesoramiento bioclimatico-UM3.pdf elaborado por el autor, en el que se discuten diferentes soluciones de iluminación natural, como las comentadas anteriormente. Destaca el diseño del reflector cenital, orientado al SSE y con un ángulo de inclinación de 67º, de tal manera que permite la entrada de sol directo desde casi la horizontal al amanecer hasta la vertical pasado el mediodía, pero que en todos los casos la luz solar directa se proyecta sobre el fondo ajardinado del atrio.

Iluminación perimetral de atrio con vidrios difusores y cenital de atrio con reflectores direccionales.

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

ALTERNATIVAS DE DISEÑO

Las alternativas de diseño para la iluminación natural de un local pueden ser muy numerosas, y la elección de la mejor suele ser un dilema para el proyectista. Lo ideal sería conocer de antemano los resultados de diferentes soluciones de diseño, a ser posible gráficamente, y que además sus prestaciones puedan compararse. Una excelente herramienta de diseño para la iluminación natural es el Daylight Design Variations Book (http:// sts.bwk.tue.nl/daylight/varbook/index.htm / Jan Diepens / TNO-TUE Centre for Building Research), que se describe a continuación por su gran utilidad para conocer y comparar las diferentes posibilidades de diseño, recomendándose su consulta en Internet. 8.1. DAYLIGHT D ESIGN VARIATIONS B OOK

Breve muestrario de tipos de huecos de luz analizados.

Se trata de un proyecto que ha sido desarrollado como un conjunto de herramienta para diseñar huecos de luz natural (ventanas, claraboyas, lucernarios, etc.). El objetivo es mostrar un gran número (más de 60) de huecos de iluminación y su impacto en el espacio de un local.

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I.3

8.2. A NÁLISIS DETALLADO DE UN TIPO DE HUECO Cada modelo de hueco ha sido analizado con los mismos parámetros, mostrándose un estudio bastante completo de sus prestaciones, y comparando los resultados con otros tipos de ventana cuando cambia su posición o geometría: • El área de la ventana ha sido elegido como un 10% del área del suelo. • La habitación es un “despacho típico de oficina” de 3.6 x 5.4 x 2.7 m (W x D x H). • Los coeficientes de reflexión son paredes = 0.7, techos = 0.8, suelos = 0.2. • Se supone que las superficies son difusoras perfectas. • La difusión de la iluminancia del cielo es la de un “cielo cubierto estándar CIE”. • La luminancia de cenit es de 4.092 cd/m 2, y ha sido elegida para obtener una luminancia horizontal exterior Ehe = 10.000 lux sin obstrucciones. • Todas las simulaciones y cálculos han sido realizados utilizando el Sistema de Imagen Sintética Radiance. Como ejemplo se muestra la información de una ventana centrada en la fachada (A-0).

Perspectiva frontal y planta del local y lateral del local, renderizada y en falso color, indicando luminancias.

Factor de Iluminación Natural FIN % sobre el plano de trabajo (0.8 m sobre el suelo, en planta y en sección longitudinal).

I.3 - Iluminación. Proyecto luminoso

8.3. COMPARACIÓN DE DOS TIPOS

Comparación de iluminación producida por la misma ventana, centrada y en una esquina superior.

DE HUECOS

Esta herramienta permite el estudio simultáneo de dos tipos de huecos, a elegir en un extenso catálogo, cuyos resultados se muestran en dos columnas paralelas. Como cada modelo se ha calculado con los mismos datos de partida, sus prestaciones se pueden comparar directamente mediante gráficos e imágenes a color.

8.4. CATÁLOGO DE EJEMPLOS EN EL MUNDO REAL

Le Corbusier, Villa Savoye, 1929, Poissy, France.

Esta publicación electrónica se acompaña de una amplia fototeca comentada, con aplicaciones en el mundo real de cada uno de los diferentes modelos de huecos de iluminación analizados, como por ejemplo:

Álvaro Siza, Church of Marco de Canavezes, Near Porto, Portugal, 1990-1996.

I.4

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CONSTRUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

La iluminación natural de locales se fundamenta en el proyecto formal del edificio mediante el diseño geométrico y la distribución de los huecos de iluminación, y se termina de definir con el diseño constructivo de las ventanas y otros sistemas de captación de luz, incluyendo los elementos de control y regulación del flujo luminoso. Se proponen dos etapas de diseño para garantizar el máximo aprovechamiento de la luz natural, considerando la gran variación de los niveles de iluminación del espacio exterior. El primer objetivo es la optimización de la iluminación interior en condiciones desfavorables, mediante estrategias de diseño constructivo de los huecos, con el fin de alcanzar la máxima captación de luz en el interior de los locales, considerando condiciones exteriores de baja luminosidad, generalmente a primera o última hora del día, con elevada nubosidad o en época invernal. El segundo objetivo será el diseño de elementos de protección solar y regulación de la luminosidad para evitar el exceso de radiación calorífica o luminosa en días despejados, o permitir que los ocupantes puedan oscurecer los locales según sus necesidades. En muchos edificios es necesario evitar el soleamiento directo sobre los ocupantes y sus áreas de trabajo, aunque éste sea por poco tiempo, como en las aulas y oficinas. En resumen, los criterios de diseño constructivo se orientarán a los siguientes aspectos:

Optimizar la captación de luz

Elementos de control y regulación

Acristalamiento Carpintería Geometría del hueco Reflexión y difusión de la luz

Protección solar de ventanas Protección solar de claraboyas Diseño constructivo de parasoles Sistemas de reflexión de luz natural

En el siguiente capítulo, Acondicionamiento luminoso, se describirán métodos de cálculo para la iluminación interior para comprobar que se alcanzan las demandas mínimas de iluminación natural, y poder plantear así sistemas de alumbrado artificial complementario o estrategias de control y regulación que integren la iluminación natural y la artificial.

Como ya se ha hecho anteriormente, en el presente capítulo también se utiliza el programa informático Solea-2 para el diseño de la protección solar de huecos, cuyo manejo se describe con detalle en el capítulo de Construcción-Huecos soleados del Manual de Calor.

I.4 - Iluminación. Construcción

ESTRATEGIAS DE CAPTACIÓN DE LUZ

Para mejorar la penetración de la luz natural por las ventanas y su distribución en los locales en condiciones de baja luminosidad exterior se recomiendan las siguientes medidas, como complemento al proyecto de configuración geométrica del local y su entorno: • Acristalamiento: utilizar vidrios totalmente transparentes, evitando los coloreados o reflectantes. El vidrio claro simple tiene un alto factor de transmisión luminosa (Fl = 0.90), superior al doble vidrio (Fl = 0.82), aunque también tiene casi el doble de pérdidas por conducción, una cuestión que habrá que valorar según las temperaturas exteriores y la amortización de la inversión. Existen vidrios especiales de alta transmitancia (Fl > 0.98) pero no suelen compensar por el incremento de coste. En ciertas aplicaciones conviene considerar los vidrios opalinos o difusores de la luz. • Tamaño y forma de la carpintería: la penetración del flujo luminoso es proporcional al área acristalada. La proporción obstruida por la carpintería se reduce utilizando perfiles metálicos o aumentando el tamaño de los paños acristalados con formas cuadradas. Un exceso de perfiles intermedios también disminuye el área de acristalamiento. • Geometría del vano: el grosor del cerramiento puede obstruir la entrada de luz cuando ésta incide con cierta inclinación, siendo conveniente disminuir el espesor o diseñar rebajes para abocinar el hueco. En caso de claraboyas puede ser un factor crítico por el gran espesor de la cubierta y la altura del pretil del hueco. • Superficies reflectantes de la ventana: el incremento de la reflectancia de la carpintería y del vano aumentará la radiación reflejada, pudiendo contribuir a reducir el deslumbramiento al crear superficies iluminadas de transición. La incorporación a la ventana de elementos adicionales reflectantes, como parteluces o bandejas intermedias, pueden interceptar el exceso de iluminación de áreas próximas a la ventana y reenviarla al fondo del local. 2.1. ACRISTALAMIENTO Es preferible utilizar vidrios totalmente transparentes, correctamente protegidos del sol directo, ya que las soluciones de vidrios coloreados o absorbentes reemiten al interior gran parte de la energía retenida. Igual criterio se aplicará a los vidrios reflectantes. La radiación solar se compone aproximadamente de un 2% de radiación ultravioleta, un 50% de radiación visible

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I.4

y un 48% de radiación infrarroja cercana. Además, la componente solar directa puede llegar al vidrio con diferentes ángulos de incidencia, en función de la orientación e inclinación del acristalamiento, así como de la orientación, fecha y hora solar. Interesa saber que el soleamiento rasante, con ángulos de incidencia mayores de 75º, será reflejado en más del 40%. El vidrio simple y transparente de 6 mm permite una transmisión de la luz visible (Tl) del orden del 89% de la radiación visible, siendo idóneo para la iluminación natural. Tiene una transmisión ligeramente inferior a la radiación infrarroja, de manera que su transmitancia energética (Te) es del orden del 82%, que sumada a la parte de la radiación absorbida (11%) que se reenvía al interior hace que el calor transmitido alcance un valor del 85% del total de la radiación solar incidente, lo que se denomina factor solar.

Cuando se instalen grandes superficies acristaladas será importante estudiar las propiedades físicas de los vidrios comerciales (por ejemplo en www.saint-gobain-glass.com), comparando la relación entre el factor solar y el factor luminoso y ponderándola con la superficie necesaria de vidrio para alcanzar los objetivos de iluminación natural, puesto que cuanto mayor sea su superficie más aumentarán los flujos de calor y el presupuesto. Por tanto, es prácticamente seguro que la alternativa óptima será un “vidrio simple transparente”. Si por razones del diseño compositivo del edificio se pretenden instalar grandes cristaleras, se puede optar por vidrios de alta reflectancia, que reenvían directamente al exterior parte de la radiación. Los vidrios absorbentes grises son los menos aconsejables, ya que pueden tener, por ejemplo, una transmisión de luz del 44% pero permiten que penetre una cantidad mucho mayor de calor, con un factor solar del orden del 60% en condiciones de verano. Un caso singular son los vidrios tintados de color verde porque interceptan gran parte del infrarrojo cercano.

Comportamiento del vidrio ante la radiación solar (Manual del vidrio / SGG-2001).

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Transmisión espectral de vidrios claros, grises y tintados verdes, en el espectro visible e infrarrojo cercano (Manual del vidrio /CITAV-1993).

Cuando los huecos reciban radiación solar directa en verano también habrá que considerar el efecto invernadero, ya que el vidrio actúa como trampa de calor al permitir una elevada transmisión de la radiación solar visible e infrarroja cercana, mientras que impide la irradiación infrarroja lejana que emiten las superficies soleadas interiores, puesto que el vidrio es opaco a dichas longitudes de onda. Este fenómeno puede ser de gran utilidad para la calefacción solar, pero supone un enorme inconveniente en situaciones de verano o de luminosidad elevada. 2.2. VIDRIOS ESPECIALES Existe una amplia oferta comercial de tipos y configuraciones de acristalamientos para solucionar problemas específicos, que se comentarán en siguientes apartados, y que el proyectista deberá valorar según la relación calidad-coste en el conjunto del presupuesto del edificio.

Grandes ventanales con acristalamiento de alta reflectancia.

• Vidrio de alta reflectancia: el tratamiento de la superficie exterior con depósito de metales o silicio proporciona un aspecto de espejo, con una reflectancia de hasta el 45% que refleja tanto la radiación visible como la térmica, siendo adecuado en grandes acristalamientos para reducir la ganancia solar en verano. La imagen reflejada exterior puede suprimir totalmente la visión del interior durante el día, aportando intimidad, si bien tiene el riesgo de proyectar molestos reflejos solares al exterior produciendo deslumbramiento y sobrecalentamiento. • Vidrio de baja reflectancia: es otro tipo de tratamiento superficial que permite reducir la reflexión típica del vidrio (8%) a menos del 1%, mejorando la visión de escaparates con interiores relativamente oscuros, o de objetos en vitrinas con fuerte iluminación exterior.

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• Vidrio de baja emitancia: mediante depósitos de metales preciosos es posible aumentar la reflectancia exclusivamente para las radiaciones caloríficas del infrarrojo lejano, típica de cuerpos a temperatura ambiente, reduciendo la transmisión del calor en cámaras de aire de vidrios dobles. • Vidrios de alta absorción: la incorporación de óxidos metálicos a la masa del vidrio aumenta la absorción de la luz y del calor en función del espesor del acristalamiento. Es una solución peor que el vidrio reflectante para reducir la transmisión de la radiación solar en verano, ya que la energía absorbida calienta la hoja del vidrio y se disipa al interior en una gran proporción aumentando la transmisión del calor. Una excepción son los vidrios tintados de color verde (óxido de hierro), ya que tienen una alta absorción de la radiación infrarroja solar, y una buena transmisión de la radiación visible con un buen balance energético. • Vidrios de muy baja absorción: cuando se necesiten acristalamientos de una extraordinaria transparencia, incluso con grandes espesores, es posible utilizar vidrios especiales con apenas 1/6 de la absorción del vidrio transparente normal. En combinación con superficies de baja reflectancia se pueden obtener transmisiones de hasta el 98%. Como conclusión, si el objetivo fundamental del hueco es la iluminación natural sin elevadas ganancias de calor en verano, en lugar de instalar grandes superficies con bajo factor luminoso, suele ser mejor reducir proporcionalmente la superficie y acristalar con vidrio claro, disminuyendo así el flujo total por conducción, e incorporar protecciones solares exteriores mediante el diseño integrado de parasoles. 2.3. C ALIDAD

DE LA VISIÓN

El vidrio plano permite la visión prácticamente perfecta, gracias a su transparencia y caras paralelas. Cuando se desee reducir la visión por motivos de intimidad, o dispersar la radiación incidente, se pueden utilizar vidrios con distintos tratamientos:

• Vidrio opalino: la adición de pigmentos claros proporciona una dispersión perfecta de la luz, al tiempo que refleja al exterior una parte importante de la misma, con una transmisión luminosa en torno a un 50%. Son de uso habitual en claraboyas y lucernarios, ya que transforman la radiación solar directa en una fuente de luz difusa y omnidireccional. • Vidrio mateado: un tratamiento abrasivo sobre la superficie permite un aspecto de vidrio mate de grano fino, proporcionando una mayor dispersión de la luz y una mejora de la intimidad.

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• Vidrios impresos: mediante la modificación del relieve de una de las caras es posible alterar ligeramente la dispersión de la luz (efecto prisma) descomponiendo la visión y difuminándola. La transmisión luminosa es tan elevada como la del vidrio normal.

Acristalamientos con vidrio impreso y moldeado para control visual y dispersión de la luz.

• Bloques de vidrio moldeado: los paramentos traslúcidos elaborados con piezas de vidrio moldeado están en la frontera entre los huecos y los cerramientos, debido a su gran masa y a la ausencia de carpintería. La geometría de las piezas suele impedir la visión, aunque el conjunto de bloques y armadura tiene una transmisión luminosa equivalente a la de un hueco de ventana (vidrio claro + carpintería). 2.4. CARPINTERÍAS Para permitir la entrada de un flujo suficiente de luz con la mínima superficie total del hueco, un criterio básico de diseño será conservar la máxima proporción del acristalamiento, ya que la carpintería suele ser una zona con aislamiento térmico y acústico reducido. La carpintería metálica, generalmente de aluminio, suele ser la solución más adecuada para huecos de iluminación, puesto que permite una proporción del orden del 7080% de superficie acristalada (paños de 1 m2 con 8 cm de perfil). En comparación, la carpintería de madera o plástico permite una proporción menor del 60-70% de acristalamiento (12 cm de perfil).

Carpintería metálica lacada con mosquitero de protección.

La proporción de superficie acristalada aumenta con el tamaño de los paños del hueco, recomendándose por tanto utilizar carpinterías de dimensiones relativamente grandes, de proporción cuadrada y con pocas divisiones interiores. Un paño cuadrado de carpintería de aluminio de 2 m2 aumenta la proporción acristalada hasta el 80%, mientras que con 0.5 m2 se reduce a tan sólo un 62%. También hay que considerar la reducción de superficie de vidrio por los elementos de control de luminosidad y protección solar fijos.

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En condiciones de verano habrá que considerar la energía solar absorbida por la carpintería, que se puede transmitir al interior especialmente en las carpinterías metálicas. En estos casos interesarán carpinterías de colores reflectantes, ya que además mejoran la entrada de luz por reflexión y atenúan el deslumbramiento. 2.5. GEOMETRÍA

DEL VANO

El grosor del cerramiento puede obstruir la entrada de la luz cuando ésta incide con cierta inclinación, siendo conveniente disminuir el espesor o diseñar rebajes para abocinar el hueco. En el caso de claraboyas puede ser un factor crítico debido al gran espesor de la cubierta y a la altura del pretil del hueco. Se ha discutido mucho sobre la conveniencia de colocar la carpintería en el plano interior o exterior, tanto por cuestiones de iluminación como de protección solar o mantenimiento. En cerramientos convencionales se pueden considerar los siguientes criterios: • La colocación al interior suele ser la preferida porque en condiciones de verano la radiación solar absorbida por el vano queda al exterior y la ventana parcialmente sombreada, a la vez que protegida de la lluvia y el viento en condiciones de invierno.

Proporción de acristalamiento en función del tipo y tamaño de la carpintería.

• La colocación al exterior puede ser mejor en condiciones de poca iluminación o de cerramientos relativamente gruesos, utilizando las superficies laterales interiores como reflectores, que se pueden optimizar con una alta reflectancia y derrames hacia el interior. • La colocación de la ventana en una posición intermedia es la ideal para reducir la obstrucción de la carpintería cuando la luz penetre con bastante inclinación.

Planta de posiciones de ventanas en muros gruesos.

En muros o vanos muy gruesos conviene abocinar los vanos para favorecer la entrada de la luz predominante, tanto en planta como en sección, especialmente cuando se pretende una amplia dispersión de luz en el interior; para ello es muy importe determinar el coeficiente de reflexión adecuado de las jambas laterales y del alféizar in-

I.4 - Iluminación. Construcción

ferior. En los huecos con carpinterías al exterior se puede utilizar el ancho del vano para recoger las contraventanas interiores, e incluso disponer de asientos laterales, muy utilizados en la arquitectura tradicional.

El diseño en sección debe considerar la procedencia cenital de la luz natural, especialmente cuando existan obstrucciones visuales del entorno, con mayor atención en caso de patios y cuando la ventana esté en una posición alta en el muro. Una buena práctica de la arquitectura tradicional ha sido precisamente el “rasgar verticalmente” los muros para que la luz se “derrame” al interior, siendo muy frecuente la carpintería al exterior debido a la conveniencia de un dintel horizontal.

2.6. S UPERFICIES REFLECTANTES Y DIFUSORAS DE LA VENTANA

El incremento de la reflectancia de la carpintería y del vano aumentará la luz reflejada y podrá contribuir a reducir el deslumbramiento al crear superficies iluminadas de transición. En el caso de carpintería interior conviene pintar de colores muy claros todos los bordes del vano, siendo una solución interesante el alicatado blanco del alféizar. Cuando se coloca la carpintería exterior en muros gruesos queda un espacio interior de gran riqueza lumínica, que puede acomodar también las contraventanas interiores e incluso configurar zonas de estancia de alta luminosidad.

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Se pueden llegar a obtener efectos de iluminación espectacular por reflexión utilizando el abocinamiento de los huecos, o la ocultación de la visión directa del exterior mediante aberturas laterales, pantallas u otros elementos constructivos, de gran interés para crear ambientes luminosos en locales que requieran cierta penumbra.

La utilización de vidrios difusores de la luz o placas traslucidas de plástico –que pueden contener cavidades que modifiquen la trayectoria de la luz– contribuyen a difundir la luz en el interior con un gran ángulo de dispersión. No es recomendable que el acristalamiento a la altura de los ojos sea difusor puesto que evita la visión del exterior, salvo que se desee intimidad. Habrá que tener una extremada precaución cuando estos vidrios difusores reciban soleamiento directo porque pueden crear un deslumbramiento horizontal muy molesto. Se pueden obtener efectos interesantes utilizando vidrios coloreados.

Ejemplos tradicionales de vanos con carpintería exterior en Tenerife, Valladolid y Lanzarote.

Trabajo de estudiantes de arquitectura de Las Palmas sobre la iluminación de la Chapelle du Ronchamp de Le Corbussier.

Vitral coloreado en el vestíbulo de la Philharmonie de Berlín.

I.4 - Iluminación. Construcción

En el caso claraboyas o huecos horizontales que reciban soleamiento directo será conveniente que el acristalamiento tenga una perfecta difusión de la luz para evitar “manchas de sol” en el interior del local. En espacios singulares se podría permitir la penetración de rayos solares directos para conseguir efectos especiales.

Atrio de la Escuela de Arquitectura de las Palmas y Cúpula de San Pedro en el Vaticano.

Lumiductos captadores de luz en la Alexander Platz de Berlín.

En ocasiones, se pueden utilizar elementos especiales para la captación y transmisión de la luz a locales adyacentes mediante conductos reflectantes o lumiductos, o instalar elementos exteriores que dirijan la luz hacia la boca de entrada del hueco, como espejos con seguimiento solar o helióstatos.

2.7. SUPERFICIES REFLECTANTES Y DIFUSORAS DEL LOCAL El flujo luminoso que penetra por ventanas no se extingue al incidir sobre las superficies interiores, sino que una parte será reflejado y difundido al resto de las superficies del local, que también reflejarán parte de dicha luz creando una reverberación luminosa que constituye la denominada componente reflejada interior (CRI).

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Esta fuente de luz reflejada interior (CRI) es un factor fundamental para la uniformidad de la iluminación interior, especialmente cuando los locales son muy profundos y las ventanas son relativamente pequeñas o tienen poca altura de dintel. Además, esta luz reflejada es la única fuente de iluminación de aquellas superficies que estén a la sombra respecto a la ventana, incluyendo a la propia pared en la que se encuentre la ventana. Por tanto, en el proyecto constructivo es conveniente definir el tipo de revestimiento de las superficies interiores que sea más adecuado para proporcionar una elevada reflexión y difusión de la luz, puesto que si bien todos los paramentos interiores contribuyen a la reverberación de la luz, algunos son más eficaces y merecen un diseño más cuidadoso: 1. Techos: la luz reflejada del techo (Rt) incide directamente sobre el plano de trabajo. Conviene que el revestimiento sea extremadamente reflectante y difusor. 2. Suelo: recibe un importante flujo de luz procedente del cielo, especialmente en la zona bajo ventanas. Conviene que tenga una buena reflectancia (Rs) para reenviar la luz hacia el techo del fondo del local, pero con un acabado difusor que evite deslumbramientos. También hay que valorar la luz procedente del terreno exterior (RT). 3. Pared del fondo: una buena reflexión compensa las sombras proyectadas desde la ventana, reenviando la luz que procede del horizonte exterior (Ro). 4. Pared de la ventana: una alta reflectancia compensa su bajo nivel de iluminación y reduce el contraste con el alto brillo de la superficie de la propia ventana. El coeficiente de reflexión o luminosidad de las superficies interiores deberá ser compatible con cierta tolerancia a la suciedad, especialmente en los suelos y las zonas bajas de las paredes. Si se ha proyectado dar color, será conveniente aplicar tonos neutros (con mezcla de gris) y poco saturados, con el fin de evitar la coloración excesiva de la luz reflejada. La tabla muestra los coeficientes de reflexión típicos de los revestimientos. Es importante que la textura de las superficies difusoras sea lo más lisa posible, ya que cualquier rugosidad creará sombras autoarrojadas. También habrá que evitar las reflexiones especulares puesto que crean brillos y luces “fantasmas” que pueden llegar a ser molestas.

Los paramentos con grandes relieves pueden modificar la dirección de la reflexión de forma notable, como los techos alveolados o con vigas de cuelgue.

Reflectancia media

Alicatado blanco Pintura blanca Pintura clara Pintura media Pintura oscura

80 65 50 30 10

I.4 - Iluminación. Construcción

SISTEMAS DE CONTROL Y REGULACIÓN

Ya se ha comentado que el criterio prioritario del diseño constructivo de los huecos de iluminación es conseguir la máxima entrada de luz al local en condiciones exteriores desfavorables. Sin embargo, en numerosas ocasiones se puede ocasionar incomodidad visual por exceso de iluminación o sobrecalentamiento, debido a la penetración de la radiación solar directa en épocas calurosas; por ello será preciso diseñar sistemas de regulación de la luminosidad y de protección solar, e incluso de oscurecimiento total para determinadas actividades. Por otra parte, estos sistemas de regulación y control pueden contribuir eficazmente a desviar parte del flujo de radiación interceptado hacia el fondo de los locales, mejorando el nivel y la uniformidad de la iluminación natural de los mismos. También será conveniente diseñar los sistemas de regulación para facilitar su control por los usuarios mediante mecanismos cómodos y sencillos. En caso de preferir un sistema de regulación automático, lo mejor será aprovechar la variación estacional del recorrido solar, o proyectar algún mecanismo motorizado con sistemas domóticos, teniendo en cuenta que requieren un delicado mantenimiento.

Escuela Munkegards de Jacobsen y sección optimizada para la iluminación natural.

3.1. CRITERIOS DE PROTECCIÓN SOLAR

DE HUECOS

El clima y las condiciones del entorno son la base para plantear la estrategia del diseño de protección solar de los huecos. Las diferencias de recorrido solar entre los solsticios de verano e invierno y su influencia sobre las diferentes orientaciones de los huecos de un edificio son las pautas para optar entre permitir la máxima entrada de radiación solar directa o difusa en condiciones de invierno o de baja luminosidad, o proteger los huecos con dispositivos de sombra en condiciones de verano o de exceso de luminosidad.

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También es fundamental distinguir entre las épocas de los equinoccios de primavera y otoño, aunque los huecos reciban idéntico soleamiento, porque en el mes de marzo aún conviene aplicar estrategias de invierno, mientras que posiblemente en septiembre los huecos necesiten protegerse del exceso de calentamiento. Para reducir en verano la captación de radiación solar por las ventanas se recomiendan una serie de medidas, comentadas por orden de aproximación desde el exterior hacia el interior, siendo fundamentales los sistemas de protección solar exterior o parasoles según la orientación e inclinación. Los huecos horizontales o claraboyas suelen presentar mayor dificultad por su permanente exposición al recorrido solar diario en todas las estaciones. La protección solar de los huecos verticales o ventanas se adaptarán a su orientación solar y a los obstáculos solares del entorno. La orientación norte no suele necesitar de protección solar, mientras que la orientación sur exacta proporciona una protección solar muy eficaz utilizando viseras horizontales. Las orientaciones al este y, en especial, al oeste suelen ser los casos más complicados de resolver debido a la incidencia del sol a baja altura a primera y a última hora del día. 3.2. PROTECCIÓN SOLAR DE VENTANAS VERTICALES 3.2.1. PARASOLES DE HUECOS ORIENTADOS AL SUR EXACTO La geometría ideal de un parasol en fachada sur será aquella que al mediodía permita el soleamiento de todo el hueco entre noviembre y febrero y mantenga el hueco sombreado durante todo el día entre mayo y septiembre. En Canarias, la línea de remate de la visera horizontal debería tener una elevación de unos 52º (proporción 5/4) sobre el dintel y de 70º (proporción 11/4) sobre la base del acristalamiento, según el esquema de los siguientes gráficos.

Cielo visible desde el dintel de la ventana.

Cielo visible desde la base de la ventana.

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En la carta solar se puede observar que el hueco permanecerá totalmente soleado 4 meses de otoño-invierno y totalmente sombreado 5 meses de primavera-verano, estando parcialmente soleado entre el 21 de febrero y el 10 de abril, y entre el 10 de agosto y el 21de octubre. Además, la visera se deberá prolongar a ambos lados del hueco la longitud suficiente como para sombrear el hueco desde media mañana hasta media tarde.

Prolongación del ancho de una visera horizontal.

3.2.2. PARASOLES EN HUECOS ORIENTADOS AL ESTE Y OESTE Las orientaciones este y oeste plantean un delicado problema por la baja altura del sol sobre el horizonte en las primeras horas de la mañana y de la tarde respectivamente. La existencia de pantallas solares verticales en dichas direcciones puede proporcionar parte de la protección, que es posible complementar con parasoles horizontales regulables. Se puede tomar como referencia el caso típico de una ventana orientada al oeste sin obstáculos, que un día despejado (hora sol = 0.9) de verano (21/julio) llegaría a recibir una energía solar diaria de 3.900 (Wh/m2día). Las intensidades máximas serían superiores a 600 W/m 2 entre las 15:00 y las 17:00 hora solar, con una altura solar entre 25º y 50º, aunque puede haber una disminución de la radiación a última hora en función de la altura de los posibles obstáculos del entorno.

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Altura del sol sobre el horizonte Intensidad (W/m2) sobre este y oeste Hora solar entre junio y agosto al este Hora solar entre junio y agosto al oeste

0º 0 5:40 18:20

15º 450 6:30 17:30

30º 630 7:40 16.20

45º 630 8:45 15:15

60º 510 10:00 14:00

75º 370 11:00 13:00

90º 0 12 12

Las pantallas solares verticales deberían obstruir el sol a primeras horas de la mañana y a últimas horas de la tarde, cuando el sol tiene una menor altura sobre el horizonte e incide casi perpendicularmente en las fachadas E-NEE y W-NWW. Un parasol vertical en un estrecho arco de +/- 20º de ancho en torno al este y al oeste proyectaría sombra entre los meses de abril y septiembre, protegiendo durante más de 3 horas con el sol rasante.

Ejemplos de pantallas solares orientadas +/- 20º hacia el este y oeste, y 50º de altura.

En las cartas solares se muestra un ejemplo de pantalla solar de 50º de altura, en las que se observa que no existe obstrucción del soleamiento de invierno, siendo preferible que estos parasoles verticales estén compuestos por lamas orientables verticales, ya que estando orientadas hacia el SE o SW protegerán de la salida y puesta del sol en el solsticio de verano sin obstruir el soleamiento en el solsticio de invierno.

Ejemplo de parasol vertical con orientación a poniente.

I.4 - Iluminación. Construcción

Este tipo de obstrucción también se puede obtener mediante edificaciones altas y estrechas con orientaciones similares, arbolado de altura, e incluso con posiciones topográficas en fondos de barrancos con laderas al este y oeste. En ausencia de pantallas verticales u obstrucciones del horizonte real será preciso instalar parasoles horizontales, siendo deseable que se pueda controlar el ángulo de protección, como con los toldos enrollables o las bandejas orientables, según cambie la altura del sol en su recorrido diario.

Ejemplos de parasoles horizontales regulables con orientaciones naciente y poniente.

Ejemplos de parasoles fijos y combinados con orientaciones naciente o poniente.

En caso de tener viseras de geometría fija se recomienda un ángulo de protección con una altura de unos 60º sobre el horizonte, que podría disminuirse hasta 45º si las lamas fueran regulables. Si el volado fuera excesivo por la altura del hueco se podría complementar con parasoles verticales paralelos al mismo, controlables por giro de lamas o deslizamiento horizontal. En la carta solar se muestra el área de cielo sombreada para un volado al oeste con una altura de obstrucción de 60º sobre un punto.

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3.2.3. PARASOLES EN ORIENTACIONES INTERMEDIAS Los huecos con orientaciones intermedias podrán utilizar combinaciones de las soluciones propuestas, a las que se podrán sumar viseras verticales laterales, procurando la protección de los rayos solares de verano del E y W, con un margen de +/- 20º, y que permitan el soleamiento de invierno procedente del arco entre SE y SW.

Protección solar de ventanas al SW (Tips for daylinghting / http://eande.lbl.gov/BTP/pub/ designguide).

Para un estudio más completo de protección solar de ventanas se puede recurrir a alguno de los programas informáticos existentes en Internet: entre ellos se recomienda el Sun Tool de www.squ1.com, del que se muestran algunas imágenes.

Pantallas del programa de soleamiento en 3D Sun Tool (Marsh, A / www.squ1.com).

3.3. PROTECCIÓN

SOLAR DE HUECOS DE CUBIERTA

Los huecos horizontales (claraboyas) o inclinados plantean problemas específicos por el hecho de recibir en verano un soleamiento muy superior a los verticales (ventanas). Una solución de diseño será reconvertirlos en hue-

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cos verticales, como linternas o dientes de sierra, con orientación norte-sur exacta, aplicando luego soluciones de protección típicas para ventanas. Una solución para claraboyas difusoras es la incorporación de parasoles variables, con diferente posición para cada estación del año, ya que permiten reducir la ganancia solar en épocas calurosas e incluso incrementar la captación de luz en época de invierno al comportarse como reflectores.

Modelo de parasol patentado para claraboyas (Sunbender ®).

Para los casos de claraboyas transparentes se pueden diseñar parasoles del tipo anillo solar, también con variación estacional, que ofrecen una protección total para la radiación solar directa y una buena captación de la radiación difusa.

El diseño de un anillo solar requiere un dimensionado muy cuidadoso, que se puede resumir en las siguientes recomendaciones:

Cambio

Fecha

Posición

Primavera Verano Otoño Invierno

1 marzo 10 abril 1 agosto 10 septiembre

Central Norte Central Sur

• El anillo debe tener una orientación exacta norte-sur, y estar inclinado hacia el sur un ángulo igual a la latitud (28º en Canarias). Conviene que sea de color claro por ambas caras. • El Radio del anillo (R) debe ser superior al doble del tamaño de la claraboya (R>2F). • El ancho de la banda del anillo (B) debe ser del orden de B = 0.3 R + 0.9 F. • El anillo se deberá desplazar en invierno (Di) hacia el sur y en verano (Dv) hacia el norte una distancia del orden de D = 0.3 R. • Este desplazamiento está calculado para ser realizado 4 veces al año en las fechas indicadas en el gráfico adjunto.

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Otra solución para claraboyas trasparentes (obstrucción total del sol directo) son las rejillas de lamas orientadas al norte. Las lamas pueden tener cualquier inclinación, con tal de que impidan que penetre el sol vertical, pero tienen que estar complementadas con lamas transversales verticales que obstruyan el sol del este y del oeste con alturas inferiores a 45º. Una solución de protección solar eficaz para verano que permita a la vez la captación solar en invierno puede ser la instalación de paneles horizontales de lamas orientadas al sur con una pendiente de 1/1.50, equivalente a una inclinación de 34º, y con un solape del 25% de la altura, que se adaptan de forma pasiva a la diferencia de los recorridos solares entre invierno y el verano. Esta solución es muy eficaz cuando se desee la penetración de radiación solar en invierno y la protección total en verano, que también se puede aplicar a parasoles horizontales sobre ventanas.

3.4

3.4. D ISEÑO CONSTRUCTIVO DE LOS PARASOLES

Para el correcto comportamiento térmico y luminoso de los parasoles existen algunos criterios fundamentales que deben considerarse en su diseño constructivo, según el siguiente orden:

Ejemplo de parasol en cubierta con ganancia solar en invierno.

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• Posición exterior al hueco: la posición óptima de los parasoles es en el exterior del hueco, procurando evitar las protecciones solares en el interior del local (cortinas, persianas venecianas, etc.) porque convierten la radiación absorbida en carga interna del local. Cualquier protección solar interior del local, como cortinas o persianas, se calentará por absorción y disipará el calor al interior, ya que la energía solar habrá atravesado el acristalamiento. Las protecciones interiores suelen tener un rendimiento muy deficiente, salvo que se consiga reflejar al exterior gran parte de la radiación que penetra mediante superficies muy claras o reflectantes. Conviene recordar el “efecto invernadero” en los vidrios, ya que impide expulsar al exterior la radiación infrarroja emitida por las superficies calientes del interior. • Superficie reflectante: un buen parasol se caracteriza por tener una superficie exterior muy reflectante para evitar su calentamiento y devolver al entorno la mayor parte de la radiación incidente. • Materiales aislantes térmicos: las placas o perfiles que configuran los parasoles deben tener un buen aislamiento térmico en su interior para evitar transmitir el calor absorbido por conducción a su cara interna, que se reemitiría al interior por radiación infrarroja y convección. • Elementos ventilados: la radiación absorbida deberá disiparse eficazmente al entorno, evitando que se acumule aire muy caliente en el espacio que existe entre el parasol y la ventana, que al ascender puede infiltrarse por las ventanas si no se toman precauciones de ventilación perimetral. • Posibilidad de regulación con mecanismos: para adaptarse a las diferentes estrategias de captación en invierno o protección en verano, especialmente en las épocas de transición en primavera y otoño y según el recorrido horario solar. Disipación de calor en parasoles (Allen, E / Cómo funciona un edificio).

Se ha insistido en la importancia de los sistemas de protección solar de los huecos, puesto que son una parte fundamental de los sistemas de regulación ambiental del edificio al permitir su adaptación a un amplio rango de condiciones climáticas exteriores o de actividades de los ocupantes en su interior. El diseño de los parasoles deberá estar optimizado para los recorridos solares de las épocas extremas, y convendrá que sean regulables para adaptarse a las diferentes posiciones del sol durante el día, o permitir distintas estrategias de captación solar en estaciones intermedias (equinoccios de primavera-otoño) con idénticos recorridos solares pero con diferentes temperaturas exteriores.

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Los mecanismos de regulación deberán ser de fácil manipulación y sencillos de utilizar por los usuarios, por lo que su funcionamiento deberá ser evidente y explícito, o incluir instrucciones claras de uso cuando se trate de mecanismos con funcionamiento remoto, como las persianas eléctricas. Por último, los sistemas de protección de huecos se prestan para ser accionados de forma automática o programada, formando parte de sistemas domóticos que permiten liberar de tareas rutinarias al usuario, u optimizar la adaptación ambiental del edificio sin asistencia humana (regulación continua de la luz natural, control del soleamiento o activación de la renovación según la temperatura interior, etc.), siendo estos argumentos, entre otros, los que justifican los denominados “edificios inteligentes”. 3.5. S ISTEMAS DE REFLEXIÓN DE LA LUZ NATURAL Puede ser interesante diseñar dispositivos de protección solar exterior que también reflejen la luz natural hacia el techo y el fondo de los locales, especialmente cuando los obstáculos visuales del entorno limiten la cantidad y profundidad de la luz natural (patios, calles estrechas). Las protecciones solares se pueden combinar con bandejas reflectoras intermedias o inferiores, o integrarse en sistemas de oscurecimiento (lamas venecianas). Estas superficies deben garantizar un elevado índice de reflexión y procurar que no sean directamente visibles para evitar deslumbramientos.

Esquema de estrategias de reflexión de luz y reflectores tradicionales en calles estrechas.

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La estrategia combinada protección solar / reflexión luminosa se fundamenta en los siguientes pasos: • Limitar la entrada de luz en las áreas próximas a las ventanas para evitar el soleamiento y las grandes diferencias de iluminación interior, con la finalidad de que las áreas del fondo parezcan relativamente más iluminadas. • Proyectar la luz obstruida hacia al fondo del local para la iluminación de techos y áreas de trabajo.

Síntesis de estrategias combinadas de protección solar y reflexión luminosa.

• Diseñar las superficies de techo para que no limiten la entrada de luz por la ventana y faciliten su reflexión en las áreas profundas con una elevada reflectancia que dirija la luz hacia el suelo.

Las ventanas convencionales sin sistemas de protección, con una altura de dintel d, tan sólo permiten iluminar un fondo útil del orden de 1.5 d en un entorno de condiciones habituales. Ésta es una solución típica para locales de poco fondo, en orientaciones sin riesgo de soleamiento (norte) y sin obstrucciones visuales del entorno. Cuando la ventana necesite una protección solar se puede añadir un volado horizontal sobre la misma. Esto disminuye el nivel luminoso bajo la ventana, y aún más el del fondo del local, con lo que el fondo iluminado útil se suele reducir a sólo 1 h.

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Una de las soluciones más idóneas es la colocación de parasoles horizontales a media altura de la ventana, por encima de la línea de visión de los ocupantes, y repartir su vuelo entre el exterior y el interior. La luz interceptada bajo la ventana y reflejada al fondo hace aumentar la uniformidad del nivel luminoso y permite ampliar el fondo útil hasta más de 2 h. Una variante similar es la colocación de bandejas horizontales al exterior, que permite una mejor protección solar con resultados luminosos similares. Sin embargo, hay que controlar el riesgo de deslumbramiento por la visión de la superficie soleada de las bandejas inferiores, así como la distribución vertical para que no coincidan con la altura de visión de los ocupantes de pie (1.45-1.70m) o sentados (1.05-1.25m). El exceso de luminosidad bajo la ventana y el deslumbramiento producido por la visión de un exterior soleado se pueden controlar utilizando vidrio gris o absorbente en la parte baja de la ventana, pero conservando vidrios claros en la parte alta para una iluminación profunda. La iluminación del fondo del local se puede potenciar prolongando e inclinando el parasol exterior, para atrapar el máximo de luz exterior, y utilizando una superficie superior muy reflectante y de fácil limpieza (alicatado blanco, aluminio, etc.). También se puede mejorar la reflexión interna del local con la geometría del techo, con planos inclinados y reflectantes, que pueden servir para alojar las instalaciones en el falso techo. Existen ingeniosas soluciones para la refracción o reflexión de la luz, que modifican su dirección sin reducir la intensidad, como por ejemplo vidrios con sección prismática o tratamiento holográfico, o lamas metalizadas con cuidadoso diseño óptico. También existen en el mercado sistemas de conducción de luz, con superficies altamente reflec-tantes, que permiten transportar la luz a distancias del orden de 3 metros sin demasiadas pérdidas.

Dispositivos ópticos avanzados, como la persiana Huppe o los tubos para la conducción de luz (www.solatube.com).

I.4 - Iluminación. Construcción

Los criterios de diseño planteados para ventanas verticales también se pueden adaptar para el diseño de huecos de cubierta, mediante la captación direccional de la radiación exterior y posterior difusión interior. Estos sistemas pueden estar regulados con mecanismos de orientación o inclinación variable según la estación, e incluso con motores de seguimiento automático del recorrido solar durante todo el día.

Claraboya con espejos orientados automáticamente con mecanismo fotovoltaico(www.soluminaire.com).

El diseño de sistemas avanzados de iluminación natural dirigida mediante dispositivos reflectores permite optimizar el uso de la luz diurna y un ahorro energético considerable de alumbrado artificial, al tiempo que contribuye al control de la carga térmica en sistemas de climatización. Además, estos sistemas pueden aportar una imagen formal novedosa y hasta espectacular. Un ejemplo es la reconstrucción del Parlamento alemán (Reichtag) por Foster & Asociados.

Cúpula y reflectores interiores del Reichtag, Berlín.

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I.4

3.6. E JEMPLO DE APLICACIÓN Como ejemplo de metodología para el diseño de la iluminación natural de un edificio se puede estudiar el “Informe de asesoramiento de diseño bioclimático-UM3” que figura referenciado en el Anexo. Este trabajo fue realizado por el autor, como colaboración profesional con el estudio de arquitectura Correa & Estévez Arquitectos, para la adaptación bioclimática del proyecto de la Consejería de Educación del Gobierno de Canarias en Santa Cruz de Tenerife, redactado en otoño de 2001.

Ejemplo de estudio de un parasol orientado al sureste y estimación de radiación incidente y transmitida un día soleado de enero y de julio.

ACONDICIONAMIENTO

INTRODUCCIÓN A LA EVALUACIÓN

Las instalaciones de alumbrado artificial son imprescindibles para la iluminación nocturna y para locales de servicio o circulación sin contacto con el exterior, pero es preferible no tener que utilizarlas en locales de estancia habitual durante el día mientras en el exterior exista suficiente iluminación natural. La preferencia de la luz natural no sólo se debe a la cantidad y calidad de su flujo, sino también porque contribuye al ahorro energético y a una gestión más sostenible de los edificios. En anteriores capítulos se han descrito los objetivos y criterios del diseño de la iluminación natural de interiores, pero no se ha abordado una pregunta clave: ¿habrá suficiente nivel de iluminación en cada punto de las habitaciones? Aunque sea a modo de precálculo, es conveniente disponer de un procedimiento para cuantificar el nivel de iluminación predecible que permita plantear las medidas correctoras del proyecto arquitectónico o constructivo para alcanzar los objetivos pretendidos en niveles de iluminación natural. Por otra parte, es habitual que los locales disfruten de una correcta iluminación natural en las zonas próximas a la fachada, mientras que en otras más alejadas el nivel sea insuficiente. Por ello, será adecuado disponer de alumbrado artificial complementario para uso diurno. Además, puesto que el déficit de iluminación será variable según las condiciones exteriores, se deberán prever sistemas de control que permitan el accionamiento progresivo del alumbrado complementario mediante la zonificación y la programación del encendido, que podrá ser manual o automático. Por último, los sistemas de alumbrado natural y artificial deberían estar coordinados e integrados, compartiendo una misma filosofía para alcanzar los objetivos de comodidad luminosa. Conviene priorizar el diseño de la iluminación natural por su dependencia de la luz exterior y la rigidez de los procesos de transmisión de la luz, mientras que los sistemas de alumbrado artificial disfrutan de una gran libertad de diseño y equipamiento para lograr sus objetivos. Por cuestiones de espacio y oportunidad no se describirán los sistemas de alumbrado artificial, ya que el proyectista siempre podrá acceder a una excelente bibliografía y documentación sobre dicho tema.

METODOLOGÍA DE CONTROL

El control de la calidad del proyecto de iluminación recomienda realizar comprobaciones para verificar que las decisiones adoptadas alcanzarán los objetivos planteados

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I.5

inicialmente en el programa de necesidades. Esta comprobación sólo es posible cuando se dispone de todos los datos necesarios, que suele ser al final del proyecto de ejecución una vez decidida la forma y los elementos constructivos del edificio. Durante el proceso de elaboración del proyecto se habrá recopilado información y tomado decisiones que conviene plasmar en una memoria técnica de alumbrado natural, recomendándose para ello la siguiente estructura que facilita la comprobación de los objetivos: • Demandas de comodidad luminosa, que se habrán decidido en las etapas previas del proyecto, utilizando los criterios expuestos en el capítulo de Comodidad. • Condiciones luminosas del entorno, que se habrán estudiado para cada fachada del edificio y en los espacios libres interiores, como patios o atrios, según los criterios del capítulo de Clima luminoso. • Descripción espacial del edificio, que defina las estrategias adoptadas del diseño arquitectónico, según las directrices del capítulo de Proyecto. • Descripción constructiva de los huecos de iluminación y sus sistemas de control y regulación, incluyendo los mecanismos de reflexión y difusión de la luz en los locales, según los criterios planteados en el capítulo de Construcción. • Estimación de los niveles de iluminación previsibles, siguiendo la metodología que se describirá en el presente capítulo. • Avance de necesidades de alumbrado artificial, para complementar la iluminación de las zonas en las que no exista garantía de alcanzar los objetivos mínimos de iluminación durante el día, y previsión de los sistemas de control para su gestión. Los objetivos de iluminación interior programados se deben comprobar para distintos escenarios de iluminación exterior: 1. Periodo nocturno. Todos los locales deberán alcanzar los niveles de iluminación adecuados para el uso previsto mediante iluminación artificial. Por motivos de ahorro energético y sostenibilidad conviene instalar la potencia justa para satisfacer las demandas básicas de iluminación, que se puede complementar con alumbrado adicional para las zonas o actividades que realmente lo necesiten.

2. Luz diurna reducida o “cielo de proyecto”: El proyecto de iluminación natural debería garantizar la máxima captación de luz de día para alcanzar el nivel mínimo demandado por los ocupantes de los locales principales, incluso en condiciones de baja luminosidad exterior. Como escenario exterior se suele considerar la luminosidad del cielo de proyecto, que es el valor mínimo garantizado durante la jornada laboral,

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

con una elevada probabilidad, incluso con el cielo totalmente cubierto. 3. Luz diurna elevada o cielo despejado. Los sistemas de control y regulación de la iluminación natural deberán estar diseñados para que no se superen los niveles máximos de iluminación aceptables por los ocupantes, o para evitar molestias por la penetración de radiación solar directa. También habrá que comprobar los objetivos de uniformidad de la iluminación interior para distintos escenarios del interior del edificio: 4. Locales interiores. Se deberá utilizar alumbrado artificial de sustitución. Durante el día debería alcanzar un nivel de iluminación bastante superior al nocturno para compensar el tránsito con zonas adyacentes con una elevada iluminación natural. 5. Fondo de locales exteriores. Se valorará la conveniencia de alumbrado artificial de apoyo en las zonas alejadas a las ventanas, cuando el proyecto de iluminación natural no pueda garantizar un nivel o una uniformidad de iluminación aceptable. Su funcionamiento debería ser progresivo según disminuya la iluminación exterior.

FACTOR DE ILUMINACIÓN NATURAL (FIN%)

El parámetro más útil para determinar las prestaciones de iluminación natural será el Factor de Iluminación Natural (FIN %), que permite conocer el nivel de iluminación interior (Ei) en luxes como proporción del nivel de iluminación exterior (Ee) que pueda existir en una cubierta horizontal con el cielo cubierto: Factor de Iluminación Natural: FIN = Ei / Ee x 100 (%) → Ei = Ee x FIN / 100 (lux) Lo interesante del FIN es que es un valor constante que sólo depende de la configuración del entorno y del local, permitiendo estimar en cada momento el nivel de iluminación de cada punto interior (Ei lux) como porcentaje de la iluminación a cielo abierto.

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La cantidad de luz que puede llegar a un punto del local dependerá de la distancia de la ventana y del ángulo de incidencia sobre la superficie considerada, que se denomina plano de trabajo. Como plano de trabajo se suele considerar una superficie horizontal a 0.80 m del suelo para actividades habituales sobre mesas o bancos de trabajo, aunque también se puede considerar como tal plano el suelo en locales de circulación o las paredes cuando estén dedicadas a exposiciones. El nivel de exigencia visual de la actividad realizada determinará la luminosidad adecuada del plano de trabajo. Se consideran adecuados los siguientes valores de FIN: Exigencia visual

luminosidad del espacio

FIN %

Muy alta Alta Normal Baja Muy baja

Muy luminoso Luminoso Normal Oscuro Muy oscuro

>10 % 6% 3% 1% <0.3%

Ei mínimo con Ee=10.000 lux

Ei máximo con Ee=100.000 lux

> 1.000 lux 600 lux 300 lux 100 lux < 30 lux

> 10.000 lux 6.000 lux 3.000 lux 1.000 lux < 300 lux

Con el fin de valorar los índices de uniformidad, además del valor FIN para cada punto del local, también interesará conocer el nivel medio de iluminación del local y sus valores extremos, especialmente el nivel mínimo en las zonas más alejadas de la fachada. Para ello, se comprobarán los siguientes valores de referencia:

• FIN medio: indica la luminosidad media del local respecto al nivel luminoso exterior Ee. • FINmin/FIN medio: es un índice de falta de iluminación en la zona más oscura del local, que convendrá mejorar cuando los valores FINmin/medio sean inferiores a 1/3 utilizando para ello las estrategias de diseño expuestas o mediante alumbrado complementario. • FINmax/FIN medio: es un índice de exceso de brillo en la zona más iluminada que puede llegar a ser excesivo. Los valores FINmax/medio superiores a 3 deberían compensarse con superficies poco reflectantes. • FINmax/FINmin: es un índice del contraste total entre las zonas con mayor y menor nivel de iluminación, que puede causar deslumbramiento y sensación subjetiva de oscuridad a los ocupantes de las zonas peor iluminadas. Los valores FINmax/min superiores 10 deberían compensarse.

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

ESTIMACIÓN DE LA ILUMINACIÓN NATURAL

Quizás el mejor método para un diagnóstico precoz de los resultados del diseño luminoso sea el estudio de casos semejantes por analogía. Se propone para ello la aplicación de un método por comparación utilizando el amplio catálogo de casos resueltos del Daylight Design Variations Book, que se puede consultar en la Web http:/ /sts.bwk.tue.nl/daylight/varbook/index.htm. En el capítulo Proyecto 3.8, Alternativas de Diseño se hace una descripción de esta obra a partir de una traducción parcial, con el fin de interpretar la visualización de los ambientes luminosos que se obtienen en cada uno de los 60 casos estudiados, valorando los resultados del Factor de Iluminación Natural (FIN %) estimado para cada punto del local tipo, realizados con parámetros idénticos por defecto en todos los casos.

Perspectiva lateral del local, renderizada y en falso color, indicando luminancias..

FIN % sobre el plano de trabajo (0.8 m sobre el suelo, en planta y en sección longitudinal).

Los valores numéricos obtenidos se pueden considerar bastante fiables, puesto que han sido obtenidos mediante el sofisticado programa informático Radiance y, aunque los parámetros del “local tipo” no sean idénticos a los casos del edifico proyectado, los resultados de distribución del nivel luminoso a lo largo del local y la distribución en planta de las curvas isolux con igual nivel de iluminación permiten hacer extrapolaciones cualitativas muy interesantes.

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La excelente metodología de esta publicación electrónica permite comparar parejas de casos en paralelo, aportando información sobre decisiones de proyecto del tipo ¿qué pasaría si cambio la altura de la ventana?, como se muestra en la imagen capturada de la pantalla.

Además, la publicación se acompaña de una amplia fototeca comentada, con un catalogo de aplicaciones en el mundo real para cada uno de los diferentes modelos de huecos de iluminación analizados, aportando excelentes ejemplos que incluyen edificios de reconocido prestigio, de donde se pueden extraer ideas inspiradoras, como los siguientes ejemplos:

Ejemplos de resultados luminosos producidos por ventanas altas y bajas.

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

MÉTODOS DE CÁLCULO

La cuantificación del nivel de iluminación previsto en cada punto de un local es una tarea extremadamente compleja, de manera que si se lograra hacer el “mapa” de los niveles de brillo sería similar a una fotografía. Existen métodos experimentales mediante maquetas a escala y medidas fotométricas que permiten captar el resultado luminoso a través de fotografías y analizar los resultados por medio de aplicaciones gráficas sencillas. Los resultados son muy interesantes al reproducir todos los posibles caminos y reflexiones interiores de la luz, de interés en edificios singulares (museos, palacios de congresos) o de gran utilidad social (escuelas, hospitales).

Análisis fotográfico de un aula de dibujo mediante ocho niveles de grises.

Método BRE mediante el uso de reglas “Protractor” (Chan, Apple / http://personal.cityu.edu.hk).

También existen diferentes métodos analíticos, desde los más sofisticados realizados con programas en 3D y técnicas de “renderización”, como el ya mencionado Radiance, hasta los métodos gráficos que utilizan reglas graduadas tipo “Protractor” o mapas de luminosidad del cielo tipo “Granos de Pimienta”. En general, se necesita bastante dedicación para introducir los datos de cada punto y poder analizar los resultados.

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Algunos autores han propuesto fórmulas simplificadas, basadas en experimentos y mediciones fotométricas, de donde han deducido ecuaciones empíricas que reflejan los resultados reales con mayor o menor fidelidad (método de los lúmenes, método de rendimiento luminoso del local, etc.). Estos métodos son interesantes para precalcular el nivel de iluminación y hacer ajustes en las primeras fases de diseño, así como para comparar la influencia por el hecho de cambiar algunos de los parámetros. En el siguiente apartado se describe la hoja de cálculo “factor de Iluminación Natural (FIN%) para ventanas altas”, que figura referenciada en Anexo y que aplica una versión adaptada de la fórmula empírica propuesta por Tut, Patricia / New Metric Handbook,1979.

MÉTODO DE CÁLCULO PARA VENTANAS ALTAS

La hoja de calculo “Factor de Iluminación Natural (FIN%) para ventanas altas”, desarrollada por el autor, utiliza una combinación de la fórmula de New Metric Handbook que calcula el factor de iluminación FIN en el plano de trabajo a diferentes distancias de la ventana en relación al fondo L del local, considerando el tamaño de la ventana HxW, su altura sobre el plano de trabajo B, el coeficiente de reflexión medio del local R, el tamaño de la planta del local LxA, y la proporción acristalada del hueco y la transparencia del vidrio.

Método del diagrama Waldram, o de “granos de pimienta”, (Yánez, G /Energía solar, edificación y Clima -1982).

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

Los resultados del FIN % se refieren a la sección longitudinal del local en el eje de la ventana para huecos sobre el plano de trabajo, ya sea a una altura estándar de 0.8 m sobre el suelo o directamente sobre el mismo. Se estima como diferencia entre la iluminación de una ventana completa de altura B+H sobre el plano considerado, menos la iluminación que aportaría la zona baja B. La entrada de datos y resultados de la hoja de cálculo es la siguiente:

La hoja de cálculo se completa con tablas de los valores típicos de la reflectancia del local, de la proporción de acristalamientos y de la transparencia de vidrios: Coeficiente reflexión medio %

Transparencia vidrio

Área hueco / vidrio %

Alicatado blanco Blanco Claro Medio Oscuro

Claro Claro doble Ahumado claro Ahumado medio Ahumado oscuro

85 75 65 45 25

Metal Madera

80 65 50 30 10

80 70

Debido a las simplificaciones que asume el modelo, los resultados son aproximados pero representativos con un margen de error aceptable, siendo su mayor utilidad la comparación de resultados cuando se varían algunos de los parámetros. Como ejemplo, el mismo caso anterior

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con una altura B de 0.80 m sobre el plano de trabajo da el siguiente resultado:

Como análisis comparativo de resultados se observa que en el segundo caso se ha reducido la FINmax de 17.9% a 8.2%, y que la FINmin ha aumentado de 2.2% a 2.4%, lo que supone una mayor uniformidad de iluminación del local con una mejora del 10% de la iluminación del fondo. El factor de iluminación natural de FIN = 5.3% en el centro de la habitación se valora como medio-alto, característico de locales poco profundos con una proporción de huecos del orden del 25% de la planta.

Ejemplo comparativo elevando la ventana de B=0.20 a B=0.80 m.

También se considera interesante que el índice FINmax/ FINmin del contraste total entre las zonas con mayor y menor nivel de iluminación ha pasado de 17.9/2.2 = 8.1 con la ventana baja, a 8.2/2.4 = 3.4 con la ventana alta, lo cual disminuye el deslumbramiento y la sensación subjetiva de oscuridad a los ocupantes de las zonas peor iluminadas. Esta hoja de cálculo permite comprobar que la regla simplificada Sv/Sp de una proporción de superficie de ventana Sv respecto al área Sp de la planta del local no garantiza resultados satisfactorios. Para comprobarlo se ha aumentado el fondo del local hasta L = 8 m y el tamaño de la ventana HXW a 2x3m, manteniendo una relación Sv/Sp = 0.24. Los resultados son los siguientes:

Ejemplo comparativo duplicando el fondo L y la superficie de la ventana HxW.

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

Se observa que los valores FIN próximos a la ventana mantienen valores ligeramente superiores, pero que al fondo sólo se alcanza un FIN = 1.7%, sensiblemente oscuro, y un índice de contraste total de FIN max/min = 18.1/1.7 = 10.6, claramente excesivo y deslumbrante. Debe hacerse notar que se ha considerado el local como pintado totalmente de blanco (R=70%), ya que si fuera de reflectancia media (R=35%) se reduciría el nivel de iluminación del fondo a sólo FIN = 0.6%, francamente muy oscuro.

CÁLCULO DEL FACTOR DE PROTECCIÓN

Para la toma de decisiones de proyecto también conviene realizar precálculos de la proporción de radiación que penetra por los huecos, o factor total del hueco, no sólo para comprobar si las dimensiones de los huecos proyectados son las adecuadas, o para poder elegir entre los distintos materiales o sistemas constructivos disponibles en el mercado, sino también para estimar el Factor de protección Fp adecuado para reducir la luminosidad o el impacto solar directo si la luminosidad interior pudiera llegar a ser molesta. Un cálculo previo sería determinar la superficie efectiva del vidrio Sv respecto a la del hueco Sh, descontando el área ocupada por las carpinterías, que puede oscilar entre el 80 y el 60% e incluso menos en ventanas pequeñas o con muchos entrepaños. También habrá que considerar que la radiación solar que penetre tendrá un factor de rendimiento luminoso que se puede estimar en 115 lm/W. Como ejemplo, 100 w/m2 crean en el plano de la ventana un nivel de iluminación de 11.500 lux. La potencia energética P (W) que penetra por la ventana en un instante determinado se calcula mediante la ecuación: P = I x Sv x Fl x Fps x Fm (W) Siendo: I = Intensidad neta I (W/m2), según Solea-2 o (Intensidad directa x cos ϕ). Sv = Superficie vidrio (m2). Fl = Factor de transmisión energética, o coeficiente de luz que atraviesa el vidrio. Fps = Factor de protección solar, o coeficiente reductor por protecciones solares. Fm = Factor de mantenimiento por la suciedad acumulada en el vidrio. El anexo 6 de la NBE-CT-79 propone los siguientes valores para el Factor de transmisión energética Fl, que se complementa con el Factor solar Fs para los cálculos térmicos. Para el estudio en detalle de vidrios reflectantes se ofrecen datos de vidrios de www.saint-gobain-glass.com, ampliamente comercializados en España.

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También en el anexo 6 de la NBE-CT-79 se proponen los siguientes valores para el Factor de protección solar Fps de algunos tipos de parasoles o sistemas de regulación luminosa, que debería complementarse con los datos ofrecidos por los fabricantes de los sistemas proyectados. Debido a la acumulación de suciedad, el factor de mantenimiento Fm puede ser importante según se trate de áreas urbanas o industriales, de la inclinación del acristalamiento, del tipo de trabajo que se realice en el interior de los locales, así como de los métodos de limpieza utilizados y su frecuencia, puesto que pueden llegar a reducir la transmisión de luz a casi la mitad. Localización del edificio

Inclinación del vidrio

Área urbana o de industria limpia

Vertical Inclinado Horizontal Vertical Inclinado Horizontal

Área de industria pesada

Factor de mantenimiento Fm Trabajo limpio Trabajo sucio

Como ejemplo, en una ventana vertical de 2 m2 de acristalamiento que reciba 250 W/m2 de radiación solar, con vidrio incoloro de 8 mm, persiana interior de lamas reflectantes inclinadas 45º y situada en un área urbana donde se realice trabajo sucio en el interior de locales, se puede estimar que penetra la siguiente potencia energética. En nuestro caso, el Factor solar Fl = 0.78, el factor de protección solar Fps = 0.45 y el factor de mantenimiento Fm = 0.8, dan como resultando la potencia calorífica P: 93

P = 250 (W/m2) x 2.0 (m2) x 0.78 x 0.45 x 0.8 = 140 (W)

0.9 0.8 0.7 0.8 0.7 0.6

0.8 0.7 0.6 0.7 0.6 0.5

I.5 - Iluminación. Acondicionamiento

Este flujo energético se puede estimar como flujo luminoso: φ = 140 W x 115 = 16.100 lúmenes. Como análisis complementario se puede añadir que el hueco ha dejado pasar sólo el 28% de la radiación incidente, y que el flujo luminoso es equivalente al emitido por más de 1.000 W de lámparas incandescentes o 200 W de lámparas fluorescentes de alto rendimiento.

ALUMBRADO COMPLEMENTARIO

Si los niveles de iluminación al fondo del local no alcancen los valores deseados se pueden complementar con alumbrado artificial, para ser activado cuando las condiciones de luminosidad exterior sean insuficientes, o cuando el excesivo fondo del local así lo requiera. En el esquema se describe el resultado.

Estrategia de alumbrado complementario (Tips for daylighting).

El alumbrado complementario se debe disponer en bandas paralelas a las ventanas y con encendido escalonado según las necesidades lumínicas, siendo conveniente poder regular su intensidad por encendido parcial de número de lámparas por luminaria o mediante regulación continua (dimmer en lámparas incandescentes o regulación electrónica en fluorescentes). Se pueden conseguir elevados índices de comodidad y de ahorro energético mediante la regulación automática por medio de sensores fotovoltaicos y sistemas de regulación domótica, que pueden ofrecer una transición continua sin encendidos bruscos, tal y como muestra el esquema.

Regulación automática del nivel de alumbrado complementario (Tips for daylighting).

El mismo sistema es aplicable a la regulación de sistemas motorizados de control de iluminación o de protección solar, accionando persianas u orientando bandejas reflectoras. No obstante, debido a su complejidad y al continuo mantenimiento que requieren, sólo suelen ser efectivos en grandes edificios con gestión centralizada, si bien existen soluciones domésticas de persianas enrollables eléctricas, perfectamente integrables en sistemas domóticos individuales. Por último, será de gran ayuda para el proyectista poder comprobar el nivel de iluminación resultante de un edificio terminado, utilizando para ello un fotómetro o luxómetro, contrastando los resultados con las estimaciones previas. Ello permitirá proponer modificaciones relativamente sencillas que aumenten la luminosidad o la reflectancia del local con colores más claros, o que reduzcan el exceso de iluminación natural próximo a las ventanas con sistemas de protección solar o de regulación, por ejemplo, mediante persianas venecianas.

Luxómetro económico con sensibilidad de 0.1 a 200.000 lux.

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CTE-HE: AHORRO ELÉCTRICO

El nuevo Código Técnico de la Edificación contempla en el Documento Básico HE 3 de Eficiencia Energética de las Instalaciones de Iluminación medidas para reducir el consumo eléctrico del alumbrado artificial, que se resumen a continuación. La primera medida es la obligación de justificar un determinado Valor de la Eficiencia Energética de la Instalación (VEEI), de aplicación al alumbrado de edificios no residenciales con consumos máximos entre 3.5 y 5 (W/ m2) por cada 100 lux en espacios de uso utilitario, si bien en espacios públicos o de representación se permiten consumos de hasta 10 (W/m2) por cada 100 lux. Sin embargo, puesto que no se han fijado límites al nivel de iluminación media (lux) de los locales según su uso, se recomienda no sobrepasar los valores indicados en el apartado 2.1. Nivel de iluminación del capítulo 3. Comodidad, siempre que se cumplan los valores mínimos de la norma UNE-EN 12464-1: 2003. Iluminación de los lugares de trabajo. La otra medida obliga a que las instalaciones de iluminación dispongan, para cada zona, de un sistema de regulación y control con las siguientes condiciones: a) Toda zona dispondrá, al menos, de un sistema de encendido y apagado manual, cuando no tenga otro sistema de control, no aceptándose los de encendido y apagado en cuadros eléctricos como único sistema de control. Las zonas de uso esporádico dispondrán de un control de encendido y apagado por sistema de detección de presencia o de temporización. b) Se instalarán sistemas que limiten el nivel de iluminación artificial, en función del aporte de luz natural, en la primera línea paralela de luminarias situadas a una distancia inferior a 3 metros de la ventana, y en todas aquellas situadas bajo un lucernario, cuando se cumplan simultáneamente las siguientes condiciones: 1. Que la separación (a) entre la ventana y los obstáculos luminosos enfrente de ella sea mayor del doble de la altura relativa (h) del obstáculo: a > 2h. 2. Que se cumpla la expresión: T(Aw/A)>0,07, siendo (T) el coeficiente de transmisión luminosa del vidrio de la ventana [1:1], (Aw) el área de acristalamiento de la ventana de la zona [m2], y (A) el área total [m2] de las superficies interiores del local (suelo + techo + paredes + ventanas).

Medida de la separación (a) y de la altura relativa (h) de los obstáculos visuales frente a cada ventana.

ANEXO

REFERENCIAS

1.1. BIBLIOGRAFÍA Allen, Edward. Como funciona un edificio. Gustavo Gili, 1982. España. Beckett, H.E.; Godfrey, J.A. Ventanas Función diseño e instalación. Gustavo Gili, 1974. Barcelona. Casas, José Mª. Iluminación integrada en la Arquitectura. Colegio Oficial de Arquitectos. Madrid. Citav. Manual del vidrio. 1993. Danz, Ernst. La arquitectura y el sol. Protección solar del los edificios. Gustavo Gili, 1967. Barcelona. Koenigsberger/Ingersoll/Mayhew/Szokolay. Viviendas y edificios en zonas cálidas y tropicales. Paraninfo, 1977. Madrid. Konya, Allan. Diseño en climas cálidos, manual práctico. Blume, 1981. Madrid. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo. NBE.CT-79: Norma básica sobre condiciones térmicas en edificios, 1979. Madrid. Neila, F. Javier. Arquitectura bioclimática. Munilla-leria, 2004. Madrid. Neufert, Ernst. El arte de proyectar en arquitectura. Gustavo Gili, 1970. Barcelona. Olgyay, V. Design with climate. Princenton University Press, 1962. New Jersey (EEUU). Olgyay, V. Arquitectura y Clima. Gustavo Gili, 1998. Barcelona. Osram. Manual de Luminotecnia. Dossat, 1979. Madrid. Puppo, E. y G. Acondicionamiento ambiental y arquitectura. Marcombo, 1971. Barcelona Ramon, F. Confort luminoso en una situación urbana. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, 1977. Madrid. Ramón, F. Soleamiento en una situación urbana. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, 1977. Madrid. Tutt, Patricia. New Metric Handbook. The architectural Press, 1979. Londres. Vitruvio. Compendio de los diez libros de arquitectura. Colegio Oficial de Aparejadores de Murcia, 1981. Murcia. Westinghouse. Manual de Luminotecnia. Dossat, 1979. Madrid. Yáñez, G. Energía solar, edificación y clima. Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo (2 tomos), 1982. Madrid. 1.2. FUENTES EN INTERNET Chan, Apple / daylighting personal.cityu.edu.hk/%7Ebsapplec/daylight.htm Daylight design variations book www.sts.bwk.tue.nl/daylight/varbook Daylight in Buildings: / IEA task 21 http://gaia.lbl.gov/iea21/

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I.6

DayMedia: Multimedia Teaching Package on Daylighting www.learn.londonmet.ac.uk/packages/daymedia Design Guidelines: Skylighting Guidelines www.energydesignresources.com/resource/140/ Ecobuild-enciclopedia /www.egt.bme.hu/ecobuild Efficient Windows Collaborative www.efficientwindows.org/ Energy Design Resources / Daylighting www.energydesignresources.com/ category/daylighting/ Higt Performance Guidelines /New York City www.nyc.gov/html/ddc/html/ ddcgreen/documents/ guidelines.pdf Hyperphysics http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo /Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales www.mtas.es/insht/information James, C / Lighgting http://jamesc.net/bartlett-lighting Lighting Design Comparison Tool http://sts.bwk.tue.nl/artificial_light Santa Monica Green Building Program http://greenbuildings.santa-monica.org Solar Shading Project / Lund University www2.ebd.lth.se/avd%20ebd/shade/shade_home.htm Square one www.squ1.com Sustaibable by desing / Overhang design www.susdesign.com/overhang-design.html Tips for Daylighting with Windows http://btech.lbl.gov/pub/designguide/ Windows and daylighting,L. Berkeley National Lab http://windows.lbl.gov

DOCUMENTOS EN CD A TEXTO COMPLETO 2.1. NORMATIVA

1991-D-47-BOC Condiciones de habitabilidad de las viviendas-derogado.pdf 1997-RD-486-BOE Disposiciones minimas de seguridad y salud en el trabajo.pdf 1999-Ley 38-BOE de Ordenacion de la Edificacion.pdf 2001-PGO LasPalmas-normas habit+estetica.pdf 2002-Di-91-CE Eficiencia energetica edificios.pdf 2006-RD-314-BOE Codigo Tecnico de la Edificacion.pdf 2006-CTE-DB-HE Ahorro de Energía.pdf 2006-D-117-BOC Cond. habitabilidad de las viviendas+Anexos.pdf 97

I.6 - Iluminación. Anexo

2.2. REFERENCIAS

Nota: los documentos INSHT-NTP son propiedad del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, y su publicación se realiza con la autorización expresa. Se puede obtener información adicional en www.mtas.es/insht/information.

I.6 Informe de asesoramiento bioclimatico-UM3.pdf I.6 BRE DAYLIGHT PROTRACTOR.pdf NTP 181 Alumbrados especiales NTP 196 Videoterminales-evaluación ambiental.pdf NTP 211 Iluminación de los centros de trabajo.pdf NTP 242 Ergonomía en oficinas.pdf NTP 252 Pantallas de Visualización de Datos condiciones de iluminación.pdf NTP 348 Envejecimiento y trabajo la visión.pdf

SOFTWARE

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ILUMINACIÓN • Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria • Islas Canarias • Manuales de diseño

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