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Espacios de trabajo: efectos no visuales de la luz Por Julia Erlhoefer
En medio de una sociedad que busca nuevas formas de bienestar y comodidad se ha desarrollado el concepto de iluminación biológicamente efectiva. Dicho concepto, que estudia la luz como un elemento que genera energía para el desarrollo de funciones vitales, se ha convertido en un aspecto fundamental a la hora de diseñar espacios interiores.
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ormas y reglamentos sobre calidad de iluminación en oficinas han sido consideradas necesarias para una buena calidad de vida, no solo para cumplir con exigencias visuales, sino para mejorar aspectos como la productividad y seguridad laboral. Así, la ahora llamada iluminación biológicamente eficiente –idea incluida en el reporte técnico DIN SPEC1 67600–, fue desarrollada por el Instituto Alemán de Normalización (DIN) como resultado de un exhaustivo estudio, publicado en 2013, sobre los efectos de la luz en los humanos.
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A partir del descubrimiento en 2001 del tercer fotorreceptor2 en el ojo humano, se concluyó que este es el responsable de los efectos biológicos directos causados por la luz. Desde entonces las respuestas reflejas del cerebro y el cuerpo a la presencia de la luz día dejaron de ser un problema exclusivo de la medicina y han ido ganando importancia en el desarrollo de tecnologías y aplicaciones de iluminación. En la misma línea, numerosas investigaciones científicas han descubierto que la iluminación no solo afecta el rendimiento
visual, también influencia procesos biológicos en el cuerpo que afectan el comportamiento, el bienestar y la salud. De allí que se requieran estudios más profundos sobre estos efectos no visuales para determinar si realmente las oficinas, los colegios y las viviendas cuentan con una iluminación apropiada (ver Gráfico 1). El efecto de la luz sobre el sistema biológico está directamente relacionado con su espectro lumínico, su distribución, la irradiancia y sus ciclos en el tiempo. Bajo condiciones normales, la luz natural es la
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se reconoció la importancia de los efectos biológicos causados por la fotosensibilidad de las células ganglionares de la retina; y, asimismo, se formularon las siguientes sugerencias o bases para el diseño de iluminación, cuyas repercusiones deben continuar estudiándose.
que sincroniza los procesos biológicos del cuerpo con el ritmo del día y la noche; y según recientes investigaciones, la falta de luz o la exposición en momentos inadecuados puede causar enfermedades. Por tanto, en las sociedades modernas, donde la gente pasa la mayor parte de su tiempo en espacios interiores sin disfrutar de horas suficientes de luz natural, crear sistemas de iluminación dinámica representa todo un desafío para los diseñadores de iluminación.
Antes de describir los lineamientos de diseño, es importante resaltar que la iluminación biológicamente efectiva depende del tiempo de permanencia de una persona en un área determinada y de la cantidad de luz día a la que se exponga; en espacios de uso temporal, como corredores o escaleras, la iluminación se subordina a otros factores.
Con la elaboración de la DIN V5031 Sección 100 de 2009 (pre-estándar) y del reporte técnico DIN SPEC 67600 de 2013,
GrÁfiCO 1 TRACTO VISUAL Efectos visuales Reflejos visuales
TRACTO RETINOHIPOTALÁMICO Efectos biológicos y de conducta Efectos inmediatos
Secreción de melatonina Temperatura de cuerpo Secreción de cortisol Ritmo cardiaco Alerta Rendimiento cognitivo Rendimiento Psicomotor Flujo de sangre celebral Respuesta EEG Reloj de expresión génica
Efectos tardíos
Regulación circadiana Terapia de luz
Fuente: Benjamin Warfield and George Brainard/Thomas Jefferson University. Adapted by Matthew Ray/EHP
GrÁfiCO 2 EVALuACión EsPECtrAL DE fuEntEs Cálculos para radiadores de Planck (cuerpos negros) y mediciones de diferentes tecnologías de fuentes luminosas y temperatura de color
Y 1,6 1,4
17 000 K 14 000 K
1,2 D75 D65 D55 D50 F10
1 0,8 0,6
8 000 K
Y
Índice de efectos biológicos
biol v
Espectros de luz natural Iluminantes estándardes Lámparas fluorescentes
F12
Lámparas halógenas
0,2
X
0 0
Temperatura de color en K Cuerpo negro
F11
0,4
X
5 000
10 000
15 000
LED
20 000
Fuente: Extracto DIN SPEC 67600 (2013-04) “Biologically effective illumination – Design guidelines“, página 16
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Principios básicos para un diseño biológicamente efectivo Estos son los cinco criterios que el reporte técnico describe como necesarios para la implementación de este tipo de iluminación:
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Composición espectral de la luz
El DIN SPEC evidencia los cambios en la composición del espectro de la luz durante el día, que se desplaza hacia el azul al medio día y hacia el rojo cuando se acerca el atardecer y el amanecer. De allí que recomiende elegir fuentes de luz con el mismo comportamiento, pues las luces enfocadas hacia la parte azul del espectro tienen efectos biológicos más fuertes, estimulando el sistema circadiano. En horas de la noche, entonces, deben emplearse luces con poca intensidad de azules en su espectro. Adicionalmente al espectro propio de la fuente de luz, las características de reflexión y transmisión de las luminarias también influencian la composición espectral de la luz recibida por el ojo. Por tanto, la composición del sistema de iluminación debe planearse de acuerdo con las condiciones del espacio. Es importante tener en cuenta que el reporte no entrega una definición ideal de la temperatura de color en la composición del espectro, ni el tiempo específico de su aplicación; sin embargo, el Gráfico 2 ilustra los resultados de una prueba sobre el factor de impacto biológico [ biol v] de acuerdo con la temperatura de color de las fuentes de luz. Información arrojada por un estudio sobre las implicaciones de las fuentes de luz blancas con diferentes temperaturas de color correlacionadas (TCC), liderado por el director del Centro de Investigación de Iluminación de Estados Unidos, Mark Rea, indica que las TCC de las luminarias no son confiables, pues tubos fluorescentes con baja TCC pueden mostrar un alto impacto biológico.
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Iluminancia (irradiancia)
Para entender el impacto biológico de la iluminación es necesario analizar la temperatura de color y la intensidad de la luz con igual detenimiento. El valor decisivo es la iluminancia vertical medida en el ojo del usuario. Así, si se quiere lograr un adecuado impacto biológico, es necesario implementar una alta iluminancia vertical equivalente a 250 lx a 8000 K. Estos valores hacen referencia a la exposición, preferiblemente, durante las horas de la mañana. El reporte, sin embargo, no señala detalles sobre combinaciones adicionales de la intensidad de la luz y la temperatura de color a lo largo del día. Tampoco incluye los efectos de las pantallas de los computadores y su sistema integrado de iluminación.
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Distribución geométrica de la luz
Los bastones y los conos, responsables del sistema visual humano, están concentrados en la fóvea; la melanopsina de las células ganglionares de la retina, por su parte, está distribuida en esta membrana, presentando mayor sensibilidad en la parte baja de la retina y cerca de la zona nasal. Por esta razón, la iluminación ubicada en la parte alta de los espacios es más eficiente para el sistema biológico que la iluminación localizada en zonas bajas. La superficie luminosa también es importante en el diseño de iluminación: superficies más grandes (autoiluminadas, con luz indirecta o reflejada, o con entradas de luz natural) causan un efecto más fuerte en comparación con pequeñas fuentes puntuales de iluminación.
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Dinámicas de la luz
Este elemento incluye cambios de irradiancia, espectro, distribución y dirección de luz. El diseño organizado de estos parámetros en relación con la duración, fecha y velocidad de cambio influencian también su eficacia biológica. El DIN SPEC recomienda orientar el diseño de un entorno de luz dinámico de
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acuerdo con las características de la luz natural. Esto significa que las aplicaciones de iluminación artificial pueden personalizarse, ajustadas a la luz del día, a través de variaciones temporales de iluminancia y color de la luz, tal como lo muestra el Gráfico 3. En las horas de la mañana, la luz con efectos biológicos más altos es más apropiada; por la noche, debe evitarse la luz con efectos activadores, por lo menos dos horas antes de dormir. De esta forma se estabiliza el ritmo circadiano individual. La luz biológicamente efectiva durante el día promueve un mejor sueño en horas de la noche; pero esta misma luz, a dichas horas, puede reducir la producción de melatonina, ampliando la fase durante la que se concilia el sueño. Comparado con el sistema visual, el sistema biológico es significativamente más inactivo, pues los comportamientos de ascenso y descenso son más lentos. Cambios de luz rápidos y repetidos con frecuencia en un rango de segundos tienen efectos biológicos insignificantes, pero deben evitarse por razones de alteración de la percepción visual. Por el contrario, cambios repetidos en la intensidad de la luz en un rango de varios minutos, pueden ser tan efectivos como largas exposiciones a luz con una intensidad constante.
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Eficiencia energética para la iluminación biológicamente efectiva
Con el propósito de lograr efectos biológicos positivos, son necesarios altos niveles de iluminancia vertical, incluso mayores a los prescritos por la normatividad vigente. Los sistemas de iluminación diseñados que desconocen los efectos biológicos suelen incrementar el consumo energético; aunque para no caer en sobrecostos hace falta una planeación intencional y un diseño que incluya el aprovechamiento de la luz natural. La investigación sobre la exposición intermitente a la luz, por último, puede ser una manera para encontrar el equilibrio entre las necesidades energéticas adicionales y su uso mesurado.
GrÁfiCO 3 EJEmPLO DE DOs DinÁmiCAs PArA un DisEÑO DE iLuminACión COnDiCiOnADAs A LAs HOrAs DEL DÍA Dinámica orientada a la luz durante el transcurso del día
Dinámica que apoya la actividad durante el transcurso del día
X Y1 Y2
Hora del día Temperatura de color en K Iluminancia relativa en % Transcurso de la temperatura de color en K Transcurso de la iluminancia en %
Fuente: Extracto DIN SPEC 67600 (2013-04) “Biologically effective illumination – Design guidelines“, página 21
GrÁfiCO 4 funCiOnEs DE EfiCiEnCiA LuminOsA
Photopico Scotopico Circadiano empírico Fuente: Mark S. Rea Ph.D (2002): “Light – much more than vision”, 5th International Lighting Research Symposium
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GrÁfiCO 5 iLustrACión DE EsPECifiCACiOnEs PArA LA iLuminACión DE suPErfiCiEs En EsPACiOs CErrADOs
FUENTES 1. DIN SPEC 67600 (2013): “Biologically Effective Illumination – Design Guidelines”. 2. DIN EN 12464-1 (2011): “Light and Lighting – Lighting of Work Places, Part 1: Indoor Work Places”. 3. RETILAP (2010): Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público. 4. Ph.D Mark Rea (2002): “Light – Much More Than Vision”, 5th International Lighting Research Symposium. 5. C. Cajochen (2007): “Alerting Effects of Light”. Sleep Medicine Reviews, Vol. 11. 6. Blue Light Hazard (2013): “New Knowledge, New Approaches to Maintaining Ocular Health”. 7. C. Schierz y C. Vandahl (2012): “Biologische Wirkung von Licht”, TU Ilmenau. 8. Ámundadóttir, M.L. (2013): “Modelling Non-Visual Responses to Light: Unifying Spectral and Temporal Characteristics in a Single Model Structure”. 9. Terman, M. (2009): “Blue in the Face”, Sleep Medicine Reviews, Vol 10. 10. Hanna Wick, (2009): “Den Tag ins Zimmer Holen”, Neue Zürcher Zeitung.
Em 50 lx con U0 ≥ 0,1 sobre las paredes y Em 30 lx con U0 ≥ 0,1 sobre el techo
Algunos espacios como oficinas, salones y hospitales así como entradas, corredores y escaleras requieren paredes y techos mas claros. Por consecuente se recomienda una iluminación promedia mantenida de:
Em 75 lx con U0≥ 0,1 sobre las paredes y Em 50 lx con U0≥ 0,1 sobre el techo Fuente: DIN EN 12464-1:2011-08 , Capítulo 4.2.3
Conclusiones Si bien las investigaciones sobre el impacto biológico de la luz presentan información básica, el reporte DIN SPEC 67600 evidencia la falta de estudios más profundos que permitan formular recomendaciones aplicables al diseño de iluminación. Mark Rea comenta en este contexto que “hay suficiente evidencia para encaminar el trabajo hacia ciertas aplicaciones de iluminación biodinámica en, por ejemplo, niños y personas de la tercera edad; sin embargo, cuando se trata de la nueva iluminación para oficinas aún quedan muchas incógnitas sin responder”. Preguntas sobre los peligros a largo plazo de la exposición prolongada a la luz azul del espectro y el rol de los conos y bastones en los procesos no visuales, así como metodologías para definir la orientación de los receptores y el manejo de las diferentes necesidades y sensibilidades del ritmo circadiano de cada persona son cuestiones pendientes por descifrar. No cabe duda, en cambio, de que los efectos
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no visuales de la luz en los humanos son (o serán) parte de las regulaciones y códigos. Mientras que el DIN 12464-1 del año 2011 ya incluye el concepto de variabilidad de la luz y sus efectos en la salud y el bienestar humano para ser considerado como criterio de un proyecto de iluminación, la norma “experimental” DIN V5031 Sección 100 de 2009 y el reporte DIN SPEC 67600 de 2013 no dejan duda sobre el nuevo enfoque del “factor de eficiencia energética” (reacciones biológicas) de una persona. Las tendencias hacia la implementación de una iluminación biológicamente efectiva son, al mismo tiempo, una oportunidad y un riesgo. Por una parte, la industria descubrió un nuevo mercado ávido de una iluminación humana y activa; y por otra, los científicos, comités técnicos y los diseñadores de iluminación deben explorar este nuevo campo con prudencia, para alcanzar así un equilibrio entre el bienestar humano, la salud de los usuarios y la responsabilidad industrial.
Un reporte técnico DIN SPEC reúne los datos y resultados de una investigación especializada. Si bien no pretende ser publicado como estándar o pre-estándar, sirve como base para el desarrollo de futuras normas. Estos reportes pueden ser redactados por un comité de trabajo del Instituto Alemán de Normalización (DIN), o por la adopción de TR (Reportes Técnicos) de nivel europeo o internacional. Su publicación requiere la aprobación de la junta del DIN. 2 Células ganglionares retinales fotosensibles (pRGC). 1
Julia Erlhoefer Arquitecta de Interiores de la Universidad Politécnica de Maguncia en Alemania, con Maestría en Diseño de Iluminación Arquitectónica de la Universidad de Wismar, Alemania. Claro Oscuro Lighting Design mail@clarooscuro.co www.clarooscuro.co
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