Efecto del diseño de ventanas en la iluminación y el consumo eléctrico

El acceso a la luz natural a través de las ventanas tiene un importante efecto en el consumo de energía en iluminación y climatización. Actualmente, se han desarrollado diversos estudios para resaltar la importancia de optimizar el diseño de estos elementos arquitectónicos. De acuerdo a los resultados del Centro de Investigación en Iluminación (Lighting Research Center), se estima que entre el 30% y el 50% de los espacios en edificios públicos tienen acceso a la iluminación natural a través de las ventanas. Sin embargo, esta situación es desaprovechada la mayoría de las veces con lo cual se desperdicia una importante posibilidad de ahorro eléctrico [115].

Al respecto, Mardaljevic [116] observa que cuando existe luz natural disponible, el consumo de energía eléctrica para iluminación puede ser disminuido por los ocupantes o por mecanismos de control. Por tanto, propone un rango de iluminación natural útil autónoma de 500-2500 lux pues considera que dichos niveles son adecuados para la mayoría de las tareas, situación que contribuye a disminuir la probabilidad del encendido de las luces eléctricas. El autor realiza estudios mediante el método de cálculo basado en el clima, para lo cual analiza dos tipos de edificios residenciales con varias configuraciones de ventanas y de obstrucciones internas. Evalúa un total de diez configuraciones de edificios con combinaciones de 8 orientaciones y 6 zonas climáticas, mediante simulación computacional con Radiance [116].

Otro estudio relativo es el realizado por Pellegrino y Lo Verso [117], quienes se concentran en estimar la variación de la demanda de energía eléctrica en iluminación. Ellos analizan aspectos del diseño de los edificios, tales como la orientación (norte y sur), profundidad del espacio, tamaño de la ventana y obstrucciones externas. Mediante simulaciones computacionales con Daysim y Radiance, consideran la disponibilidad de la luz natural a través de archivos climáticos para Turín, Italia. Concluyen que la máxima demanda de energía coincide con la mínima disponibilidad de la luz natural. Además, observan que la demanda de energía disminuye a su nivel más bajo cuando el wwr

aumenta, los ángulos de las obstrucciones reducen y la profundidad del espacio disminuye [117].

Esquivias, Navarro y Muñoz [118] cuantifican y determinan niveles de df, da, udi y radiación solar para distintas configuraciones de ventanas, mediante la variación de la superficie relativa, azimut, elevación, forma y proporción. Sus estudios los realizan mediante simulaciones computacionales con Daysim y Ecotect, utilizando el archivo climático de Sevilla, España. Los resultados arrojan que existe una tendencia lineal proporcional al aumento de la superficie relativa de la ventana. Es decir, a mayor superficie se obtiene mayor df, uniformidad y autonomía, pero también mayor deslumbramiento pues la radiación solar predomina en la superficie de trabajo. Además, encuentran que la ubicación de la ventana (azimut y elevación) influye en la cantidad y en las condiciones de distribución de la luz; por ejemplo, el df disminuye cuantitativamente sobre el plano de trabajo en las posiciones extremas del paramento, lo cual se atribuye a la presencia de un plano perpendicular en el límite de la ventana que produce reflexiones. Asimismo, observan que las ventanas cenitales centradas son las que aportan mayor uniformidad, mientras que las ventanas verticales centradas en las cuatro orientaciones cardinales presentan menos uniformidad. Con respecto a la forma, encuentran que las variaciones que produce son apenas relevantes mientras se conserve la superficie relativa. Concluyen que el parámetro que presenta mayor incidencia en casi todas las variables es la superficie relativa, tanto en el incremento como en la reducción de los niveles de iluminación [118].

En otro trabajo relacionado, Wu [119] señala que es posible encontrar un rango óptimo de superficie relativa de ventana (con respecto a la superficie del muro) que aporta ahorros de energía en calefacción e iluminación para cada orientación. Su estudio lo realiza mediante los simuladores Equest y diva, para dos climas locales de luz natural correspondientes a California: CZ06 (Los Ángeles) y CZ15 (Blythe). Los parámetros de ventana que estudia son orientación, superficie relativa, posición, proporción, transmitancia del vidrio y niveles de lux. Wu cuantifica consumos eléctricos (W/ft) y de equipamiento (W/m2). Sus resultados arrojan que la superficie relativa más óptima es del 10-30%

en el sur y del 30-60% en el norte, este y oeste. Asimismo, las posiciones de 0.10 y 0.70 metros de la altura del cerramiento generan consumos energéticos similares; mientras que la posición centrada en la altura del muro es la que consume más energía. Respecto a la superficie relativa de la ventana, cuando es más pequeña, los niveles de iluminación disminuyen de 500 lux a 350 lux. En el parámetro proporción, Wu obtiene las relaciones ancho/alto de ventana más óptimas para las diferentes orientaciones. Así, las proporciones 4/1 y 2/1 son recomendadas para el sur; 2/1 y 1/1 para el norte, y 2/1 para el este y oeste. En todas las orientaciones, las ventanas verticales en proporción 1/2 no son recomendadas; mientras que las horizontales son las más adecuadas para la conservación de la energía. Por otro lado, la transmitancia de los vidrios permite aumentar los ahorros, sobre todo en las ventanas de mayor tamaño orientadas al sur [119].

De los trabajos anteriores podemos observar que existe una preocupación por el estudio del diseño de las ventanas para optimizar el aprovechamiento de la luz natural. Esto a raíz de que la ventana es un componente de los edificios que puede y debiera ser diseñado desde el comienzo de los proyectos como una fuente de iluminación. Asimismo, los estudios encontrados al respecto, coinciden en la necesidad de contemplar la variabilidad anual y diaria de la luz natural. Por tanto, es necesario replantear las normativas y recomendaciones actuales de manera que puedan incluir tales aspectos. Los avances en las técnicas de cálculo contribuyen con este fin y cada vez es más fácil el acceso a los programas computacionales, con lo que se abre una importante oportunidad de diseño que permite optimizar el aprovechamiento de la luz natural específico por localidades y, en consecuencia, disminuir el consumo eléctrico en iluminación y climatización artificial.

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