PRINCIPIOS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO: ILUMINACIÓN NATURAL

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1 Promueve: Con el apoyo de: PRINCIPIOS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO: ILUMINACIÓN NATURAL DESCRIPCIÓN La iluminación natural se basa en el uso de la fracción visible de la radiación solar (longitudes de onda entre 380 y 760 nm) para iluminar los espacios interiores de un edificio. Uno de los aspectos arquitectónicos que menos se tiene en cuenta en los diseños bioclimáticos es la iluminación natural. Sin embargo, este tipo de iluminación presenta una serie de ventajas como son el ahorro energético (reducción en el alumbrado artificial) y mejora de la calidad y confort del ambiente luminoso interior. CARACTERISTICAS Y APLICACIONES La luz natural que incide dentro de los espacios interiores es función de: o Nivel de iluminación exterior o Características formales, dimensionales y ópticas de los elementos del entorno a efectos de obstáculos y reflexiones. o Orientación en la que se encuentre la fachada, ya que la cantidad, calidad y uniformidad de la luz depende de ésta: Orientación sur: mayor ganancia solar en cantidad y periodo de tiempo, produciendo ambientes más luminosos. Existe posibilidad de deslumbramiento por lo que se recomienda la inclusión de filtros solares. Orientación este y oeste: deslumbramiento directo debido al bajo ángulo de inclinación solar en ambas orientaciones. Orientación norte: no hay problemas de deslumbramientos; es la orientación más adecuada a efectos de tareas de alta calidad visual como bibliotecas y centros de trabajo. o Tamaño de los huecos y espesor de los muros o Tipos de acristalamiento y elementos de control solar o Posición relativa de los huecos respecto al espacio a iluminar o Forma y dimensiones del espacio a ser iluminado o Color de las superficies del espacio interior y, en consecuencia, absortividad y reflectividad. Los acabados claros, de alta reflectividad, resultan adecuados a efectos de iluminación, siempre que no se produzcan deslumbramientos. Los componentes arquitectónicos involucrados en la iluminación natural pueden agruparse en tres familias: - 1

2 a) Componentes de conducción de la luz Componentes que llevan la luz natural del exterior al interior del edificio y distribuyen directa o indirectamente la luz: Galerías acristaladas: espacios cubiertos de la periferia del edificio, abiertos totalmente al paso de la luz exterior pero separados por un cerramiento acristalado. Permiten el paso de luz hacia zonas internas a las que están conectadas mediante componentes de paso. Porches: son espacios ocupables intermedios que iluminan las zonas interiores comunicadas con el porche con componentes de paso. Proporcionan un nivel de luz bajo y poco contrastado al interior, y protegen del sol directo y de la lluvia. Invernaderos: permiten la entrada de mucha radiación directa y difusa a través del cerramiento y hacia el espacio interior comunicado con el invernadero por componentes de paso. Patios: son espacios con condiciones lumínicas similares a las del exterior o en cualquier caso intermedias entre las condiciones interiores y las exteriores, de forma que permiten una cierta iluminación natural, así como la ventilación en las zonas interiores del edificio que están conectadas al patio mediante componentes de paso. Los acabados con colores claros mejoran su acción lumínica. Atrios: espacios de la zona interior del volumen de un edificio que están en contacto con el ambiente lumínico exterior por alguna de sus superficies envolventes, y están separados del mismo por un cerramiento acristalado. Permiten cierto acceso de luz natural a otros espacios subsidiarios conectados con el atrio mediante otros componentes de paso. Son muy utilizados en climas fríos y sobre todo en edificios públicos. Siempre que sea posible deberán disponer de elementos de control de la radiación para evitar sobrecalentamientos. Los acabados superficiales interiores de colores claros mejoran la distribución de la luz y, por lo tanto, la cantidad de luz natural que llega a los espacios que iluminan (Figura 1 y 2). Figura 1. Vista exterior del atrio de Lloyd s of London (Fuente: Figura 2. Vista interior del atrio de Lloyd s of London (Fuente: - 2

3 Conductos de luz o iluminación: son conductos que captan parte de la luz natural que incide en la parte superior del edificio y la conducen hacia estancias internas, normalmente carentes de aberturas al exterior. Proporcionan normalmente luz difusa y también pueden facilitar la ventilación a zonas internas, siempre que no estén muy alejadas de la periferia. Conductos solares: canales cuya boca está orientada hacia el sol y diseñada para captar la radiación directa recibida con diversos ángulos, funcionan provocando múltiples reflexiones especulares en el interior de un conducto dirigido hacia el local a iluminar. Sirven para iluminar locales de grandes dimensiones, sótanos o semisótanos (Figura 3). b) Componentes de paso de la luz Figura 3. Conductos solares (Neila, 2004) Elementos constructivos que conectan dos ambientes luminosos permitiendo el paso de la luz de uno a otro. Estos componentes se definen por sus características geométricas (tamaño, ubicación en el cerramiento y forma geométrica de la abertura), y por la composición de los elementos que los forman que controlan y regulan las acciones lumínicas, visuales y de paso de aire. Se dividen en tres grupos según la dirección de incidencia de la luz en los espacios habitables: i. Componentes de paso laterales: la luz penetra por un plano vertical en el espacio que se quiere iluminar. Ventanas y ventanales: permiten la entrada lateral de la luz y de la radiación solar directa, la visión y la ventilación natural. Incrementan mucho el nivel lumínico del local junto a la ventana. Pueden incorporarse a ellas todo tipo de elementos de control. Balcones: favorecen la penetración lateral de la luz natural y del sol directo, la visión del exterior, el paso de de personas y la ventilación. Crean un alto nivel lumínico junto al balcón. También pueden - 3

4 incorporar diversos elementos de control para regular la entrada de luz. Muros cortina Muros y forjados traslúcidos: orientados a sur, difunden la radiación solar antes de que acceda al interior. ii. Componentes cenitales: la luz llega preferentemente desde arriba al interior. Se sitúan en cerramientos horizontales de la cubierta o del interior de los edificios Lucernarios y claraboyas: estos sistemas de iluminación permiten alumbrar zonas profundas del edificio, incluso varias plantas más debajo de la cubierta. Los lucernarios son elevaciones sobre el plano de la cubierta de un espacio, con aberturas verticales o inclinadas en uno de los laterales. Permiten la entrada de la luz y protegen o redirigen la radiación solar directa hacia el espacio inferior. Pueden permitir la ventilación natural sin visión exterior y crean niveles altos de iluminación en el ambiente interior, con luz normalmente difusa (Figura 4). Figura 4. Lucernarios (Neila, 2004) Las claraboyas son aberturas situadas en la cubierta de un espacio habitable, que permiten la iluminación cenital de las zonas que están bajo las mismas. En algunos casos son practicables y por tanto, permiten la ventilación del espacio inferior. Pueden incorporar una gran variedad de elementos de control. Cubierta monitor: sector de la cubierta que se levanta dejando aberturas laterales por donde penetra la luz. Incrementa el nivel lumínico y permite la ventilación si las aberturas tienen elementos de cerramiento practicables. iii. Componentes de paso globales: no hay dirección que predomine y por lo tanto el acceso de luz a los espacios interiores es global. Los componentes de paso de luz globales son los formados por una parte del mismo cerramiento de un volumen edificado que, compuesto por una superficie de material transparente o translúcido, rodea total o parcialmente un ambiente y permite la entrada global de la luz natural. - 4

5 Permiten la entrada generaliza de la luz y crean un alto nivel interior uniforme, parecido a las condiciones exteriores. Sin embargo, pueden provocar problemas de exceso de radiación en climas cálidos, especialmente en verano, por ello es aconsejable complementarlos con elementos de control de la radiación. c) Elementos de control de la luz Dispositivos que controlan la dirección e intensidad del paso de la luz natural a través de los componentes de paso. Además de su comportamiento lumínico, estos elementos de control pueden actuar en otras funciones ambientales de los componentes de paso, como pueden ser la ventilación, la posibilidad de visión controlada, la protección térmica de espacios interiores o la seguridad del edificio. Vidrios Carpinterías Pantallas flexibles Toldos Cortinas Pantallas rígidas Reflectores: pantallas situadas para reflejar los rayos solares procedentes de orientaciones determinadas. Parteluces horizontales y verticales: dirigen la luz hacia un punto profundo del techo. Parasoles horizontales, verticales y paralelos Filtros solares Celosías: de muchas formas y materiales posibles. Lamas: eliminan la zona luminosa próxima a la fachada. Tratamientos superficiales del vidrio Obstrucciones solares Persianas: se puede encontrar un amplio abanico de posibles formas y materiales. Contraventanas VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS Estrategia pasiva de ahorro energético en la edificación: permite el aprovechamiento de los recursos ambientales exteriores para cubrir una necesidad energética básica, limitando el consumo energético de fuentes no renovables. Ahorro energético debido a la reducción en el alumbrado artificial. - 5

6 La calidad de la luz natural es la más adecuada para el ojo humano. Mejora de la calidad y confort del ambiente luminoso interior. La iluminación 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. INCONVENIENTES La iluminación natural está sujeta a grandes variaciones de disponibilidad, unas veces por exceso y otras por defecto (periodos nocturnos). La falta de control total de la iluminación natural puede provocar un descontrol en el exceso de energía térmica que genera. Sin embargo, la luz natural genera tan solo entre el 50 y el 20% del calor que genera una lámpara, reduciendo significativamente las necesidades de refrigeración. Pérdidas y ganancias de calor a través de los huecos acristalados. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN La satisfacción de las necesidades de iluminación de un edificio debe ser tenida en cuenta a la hora de plantear un diseño energéticamente eficiente minimizando, por un lado, el consumo de energía de las fuentes artificiales de luz y, por otro lado, obteniendo el máximo provecho de la iluminación natural durante el día. El aprovechamiento del mayor número de horas de luz natural es el punto de partida del diseño del edificio, siendo los tres criterios esenciales los siguientes: i. Ahorro de energía: alcanzar un nivel de iluminación suficiente en cualquiera de los planos de trabajo o actividad. Huecos de mayores dimensiones con proporciones adecuadas para permitir una distribución más uniforme de la luz. Huecos situados en los cerramientos con radiación solar más elevada, teniendo en cuenta el sobrecalentamiento que se pueda producir en verano. Proporción, posición y forma de los huecos. ii. Mejora de la eficiencia laboral: evitar reflejos que puedan provocar deslumbramiento y dificultar las tareas. El bienestar visual se alcanza cuando se tiene: Nivel de iluminación adecuado Ausencia de deslumbramiento Reproducción cromática correcta - 6

7 iii. Función psicológica: relacionar el ambiente interior con el exterior para apreciar el transcurrir de las horas del día, la variación de tiempo atmosférico, etc. Para calcular la iluminación natural es necesario conocer la distribución uniforme de la iluminancia en la bóveda celeste y la uniformidad del cielo una vez nublado. Para esto se deben realizar una serie de cálculos numéricos determinando los siguientes factores: o Iluminancia en el interior y el exterior (lux) o Factor de Iluminación Natural (FIN) o Eficacia luminosa, que relaciona la iluminancia y la irradiancia de una fuente. Existen diferentes sistemas de cálculo de la iluminación natural en espacios interiores: analíticos (método lúmen, método del factor luz de día o FIN, simulación informática ) o gráficos (diagrama de Waldram, diagrama de granos de pimienta, método BRS ). En Neila (2004) y Martín Monroy (2006, Manual de Iluminación) se explican algunos métodos de cálculo para dichos parámetros y se puede consultar tablas con los niveles de iluminancia requeridos según los usos del edificio. Las alternativas de diseño para la iluminación natural pueden ser muy numerosas, así que lo mejor sería conocer de antemano los resultados de diferentes soluciones de diseño para comparar sus prestaciones y resultados sobre edificios concretos. Para ello, se puede consultar la página web Daylight Design Variations Book que es una herramienta para diseñar huecos de luz natural, y muestra un gran número de huecos de iluminación y su impacto en el espacio de un local. EJEMPLOS DE APLICACIÓN La página web Daylight Design Variations Book, comentada anteriormente, también 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. REFERENCIAS TÉCNICAS Diepens, J., F. Bakker y L. Zonneveldt (2000) Daylight Design Variations Book. TNO- TUE Centre for Building Research: Ibáñez, M., J.R. Rosell y J.I. Rosell (2004) Tecnología solar. Colección de Energías renovables. Mundi-Prensa Libros. 545 pp. Martín Monroy, M. (2006) Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria. Islas Canarias. Manuales de Diseño ICARO (Manual de Iluminación) ( Neila, F.J. (2004) Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible. Editorial Munilla-Lería, Madrid. 443 pp. Serra, R. y H. Coch (1995) Arquitectura y energía natural. Edicions UPC, Universitat Politècnica de Catalunya. 395 pp. - 7