Validaciónde la iluminancia de los métodos experimentales CIE e IES es un modelo real con ventanas en dos orientaciones

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(1)UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE MADRID. VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Tesis Doctoral. Marina Pérez Pérez Arquitecta. 2007.

(2) DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA ARQUITECTÓNICA. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE MADRID. VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Autora: Marina Pérez Pérez Arquitecta. Director de la Tesis: Prof. Dr. RAFAEL GONZÁLEZ GONZÁLEZ Doctor Ingeniero en Construcción. 2007.

(3) D.12. Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día____________________________________________. Presidente: D __________________________________________________ Vocal: D ______________________________________________________ Vocal: D ______________________________________________________ Vocal: D ______________________________________________________ Secretario: D __________________________________________________. Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día________________ en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid. Calificación: ___________________________________________________. EL PRESIDENTE. LOS VOCALES. EL SECRETARIO.

(4) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Dedico este trabajo a todas aquellas personas que Dios ha puesto en mi camino para brindarme su apoyo hasta que este sueño es una realidad, en especial a mi padre y mi madre, hermanas y hermanos, sobrinos, profesores, amigos y a mi marido, porque de una u otra forma me han ayudado a que está tesis doctoral llegue a su fin.. I.

(5) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. AGRADECIMIENTOS. Está tesis doctoral es el resultado del apoyo constante y el esfuerzo de diversas personas que han jugado un papel importante:. Mi familia quienes en la distancia, me han acompañado con sus pensamientos en cada instante, aunque me haya separado por este proyecto de vida.. Mi director de tesis, D. Rafael González González quien desde que iniciamos este trabajo ha confiado en el y me ha orientado en todo momento.. La Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (UJAT) que me impulso ha hacer el doctorado y puso los medios económicos para iniciarlo.. El programa de colaboración de la Universidad Politécnica de Madrid con el Banco BSCH que me ha beneficiado con una beca para realizar la investigación.. El departamento de Construcción y Tecnología Arquitectónicas de la ETSAM que me ha permitido realizar apoyo en la investigación en la unidad docente. Benjamín, mi marido a quien Dios guió para que sea mi contrafuerte en todo momento, sin el no sería realidad este final. Agustín, Miriam y Ana, que han estado contagiándome con su optimismo para seguir adelante.. Todos han vivido conmigo mis ilusiones, mis agobios, mis desganas y alegrías, han mostrado una paciente comprensión hasta que está tesis doctoral han conseguido ver la luz.. II.

(6) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES INDICE. INDICE Agradecimientos................................................................................................................................I Resumen.......................................................................................................................................VIII Abstract..........................................................................................................................................XII Lista figuras..................................................................................................................................XVI Lista de fotografías........................................................................................................................XX Lista de tablas. .............................................................................................................................XXI. I.. INTRODUCCIÓN Objetivos..............................................................................................................................1 Metodología de la tesis.....................................................................................................................2. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN Capitulo 1. ANTECEDENTES 1.1. LA LUZ NATURAL……..…………………………......………....................…….……..6 1.1.1.. Naturaleza de la luz y sus definiciones………………..............…….............….…8. 1.2. EL SOL COMO FUENTE DE LUZ……………………………………...............……..10 1.2.1.. Disponibilidad de la luz natural por ubicación y orientación del local..........13. 1.3. INVESTIGACIONES REALIZADAS DE LA LUZ NATURAL EN EL INTERIOR DE LOS LOCALES.......................................................................................14 1.3.1.. Métodos de cálculo de iluminación natural.........................................................17. 1.4. NORMATIVAS PARA LA INCORPORACIÓN DE LA LUZ NATURAL............ 20. Capitulo 2. LA LUZ NATURAL EN LA ARQUITECTURA 2.1. LA ILUMINACIÓN NATURAL EN EL INTERIOR………………………………23 2.1.1. La relación de la luz natural y los usuarios........................................................27 III.

(7) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES INDICE. 2.1.2. La arquitectura con iluminación natural determinada por el usuario……........29 2.1.3. El Ambiente Luminoso Confortable……...........................…….......…….…..37 2.2. COMPONENTES DE ILUMINACIÓN NATURAL……...........................…......…47 2.2.1. La ventana como elemento básico de la Iluminación Natural...........................50 2.3. EL USO DE LA ILUMINACÓN NATURAL EN LA ARQUITECTURA .…...… 58 2.3.1. Reseña del Uso de la Iluminación Natural en la arquitectura.................….......59 2.4. RECOMENDACIONES DE DISEÑO CON ILUMINACIÓN NATURAL…….…66. Capitulo 3. MODELOS DE CIELOS EMPLEADOS EN LOS MÉTODOS DE CÁLCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL 3.1. TIPOS DE MODELO DE CIELO EXISTENTES........... …………......................…68 3.2. MODELOS DE CIELO DE CÁLCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL.............72 3.3. LÍNEA SIN CIELO…………………………………………………………………77. III. MATERIALES Y MÉTODOS Capitulo 4. EQUIPOS UTILIZADOS 4.1. MEDIDAS DE ILUMINANCIAS…………………………………………………..81 4.1.1. Características técnicas del Luxómetro 4.2. FOTOGRAFIAS DEL TIPO DE CIELO …………………….....…………………..82. Capitulo 5. LOCAL DE ESTUDIO DE LA INVESTIGACIÓN 5.1. DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL LOCAL…………………………………........……85 5.1.1. Localización del local…………………………………….…...…............……85 5.1.2. Descripción de paramentos interiores……………………..............…....…….90 5.2. REFLECTANCIAS DEL LOCAL DE ESTUDIO AMUEBLADO...........................92 5.2.1. Alzados Amueblados……...……………………………….…....…............….94 5.3. UBICACIÓN DE LAS VENTANAS………………………..........................…...….96 IV.

(8) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES INDICE. Capitulo 6. PROCEDIMIENTO DE MEDIDAS REALIZADO 6.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE MEDIDAS...........………..….…….98 6. 2. PERIODOS DE MEDIDAS………….………..………............………….…..……99 6. 3. HORARIOS DE MEDIDA........................................................................................99 6.4. UBICACIÓN DEL PLANO DE TRABAJO..............................................................99 6.5. UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE MEDIDA..................................................... 100 6.6. JUSTIFICACIÓN DE ELECCION DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES DE CÁLCULO CIE E IES PARA SU VALIDACIÓN CON UN MODELO REAL...........105. Capitulo 7.. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE CÁLCULO DE. ILUMINACIÓN NATURAL DE CIE (COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE) 7.1. MODELO DE CIELO CIE PARA EL CÁLCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL………….....…………………………………………………..……….108 7.2. PARÁMETROS DE CALCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL CIE PARA VENTANA LATERAL .................................................……………….....................…111 7.3. MÉTODO DE CALCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL CIE….................…118 7.3.1. Procedimiento Simplificado del método de cálculo de iluminación natural CIE.............................................................................................................................131. Capitulo 8.. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE CÁLCULO DE. ILUMINACIÓN NATURAL DE IES (ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY) 8.1. PARÁMETROS DE CALCULO IES DE ILUMINACIÓN NATURAL………134 8.2. MÉTODO DE CALCULO IES DE ILUMINACIÓN LATERAL……136. V.

(9) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES INDICE. IV. RESULTADOS OBTENIDOS Capitulo 9.. APLICACIÓN. DEL. MÉTODO. CIE. (COMMISSION. INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE) AL LOCAL DE ESTUDIO CON VENTANA UNILATERAL PARA EL CÁLCULO DE LA ILUMINANCIA MÍNIMA INTERIOR 9.1. MÉTODO DE CALCULO CIE……………………………...…………....……….155 9.2. PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADO……………………………….…….……...165. Capitulo 10.. APLICACIÓN. DEL. MÉTODO. IES. (ILLUMINATING. ENGENEERING SOCIETY) AL LOCAL DE ESTUDIO PARA EL CÁLCULO DE LAS ILUMINANCIAS INTERIORES 10. 1. Cálculo de las Iluminancias interiores máxima, media y mínima del local de estudio según el método IES, para el 21 de diciembre., con cielo nublado………...…..175 10. 2. Cálculo de las Iluminancias interiores máxima, media y mínima del local de estudio según el método IES, para el 21 de junio, con cielo parcialmente nublado…....183 10. 3. Cálculo de las Iluminancias interiores máxima, media y mínima del local de estudio según el método IES, para el 21 de marzo y 21 de septiembre, con cielo claro………………………………………………………………………………....…..185. Capitulo 11. VALORES DE ILUMINANCIAS OBTENIDOS EN EL LOCAL DE ESTUDIO 11.1. FICHAS DE LAS ILUMINANCIAS DIARIAS EN LOS DIFERENTES PUNTOS Y DISTINTAS HORAS DE MEDIDA (Anexo A) 11.2. TABLAS DE LOS VALORES MÁXIMOS, MEDIOS Y MÍNIMOS DE LAS ILUMINANCIAS MENSUALES...................................................................................190. VI.

(10) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES INDICE. V. VALIDACIÓN. DE. LA. ILUMINANCIA. DE. LOS. MÉTODOS. EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Capitulo 12. ANÁLISIS. COMPARATIVO. DE. LOS. RESULTADOS. OBTENIDOS EN EL LOCAL DE ESTUDIO POR LA APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE CALCULO CIE E IES Y LOS VALORES MEDIDOS EN DICHO LOCAL 12. 1. ÁNALISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR EL MÉTODO CIE Y LOS VALORES MEDIDOS EN EL LOCAL DE ESTUDIO………………………… 206 12. 2. ÁNALISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR EL MÉTODO IES Y LOS VALORES MEDIDOS EN EL LOCAL DE ESTUDIO…………………………213. VI. CONCLUSIONES……………………………...………………….........…............224. VII. BIBLIOGRAFÍA………………………………...……………....…............……...229. VIII. ANEXOS. A. Fichas de las iluminancias diarias obtenidas en el local de estudio, en los diferentes puntos y distintas horas de medida. Anexo A 1/4 Fichas de datos Diciembre 2003 a marzo del 2004 Anexo A 2/4 Fichas de datos Abril a junio del 2004 Anexo A 3/4 Fichas de datos Julio a septiembre del 2004 Anexo A 4/4 Fichas de datos Octubre 2004 a enero del 2005.. VII.

(11) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES Resumen. RESUMEN. El arquitecto como diseñador de espacios habitables conoce las propiedades lumínicas al igual que los efectos que ocasiona a los usuarios. A lo largo de la historia de la arquitectura se ha trabajado con las cualidades de la luz natural, distinguiendo la orientación del edificio, la iluminación natural y la protección del exceso de sol, para completar la obra arquitectónica.. Esta investigación es el resultado de un estudio cualitativo y cuantitativo de la iluminación natural en un local de estudio situado en Madrid, así como la aplicación y la validación de los métodos de cálculo de iluminación natural CIE e IES, métodos institucionales de Europa y de Norteamérica respectivamente. El elevado número de parámetros para tener una base científica y técnica en el acondicionamiento luminoso de un edificio y el interés que está investigación se realice sobre datos reales, sirvieron de base para seleccionar como módulo para la investigación experimental, un local que de igual manera puede utilizarse como oficinas o como vivienda.. La información preliminar de diversos estudios y trabajos realizados sobre temas semejantes han permitido estructurar esta tesis doctoral.. La investigación se desarrolla en seis fases: I. Introducción II. Estado de la cuestión. VIII.

(12) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES Resumen. III. Materiales y métodos IV. Resultados obtenidos V. Validación de la iluminancia de los métodos experimentales CIE e IES en un modelo real con ventanas en dos orientaciones. VI. Conclusiones.. Estos apartados están formados por los capítulos de los temas correspondientes, una explicación de cada una se resume a continuación:. En la primera fase denominada INTRODUCCIÓN contiene los objetivos y la metodología empleada en el desarrollo de está tesis.. La segunda fase: ESTADO DE LA CUESTIÓN está constituido por tres capítulos: 1.. Antecedentes.. 2.. La luz natural en la arquitectura.. 3.. Modelos de cielos empleados en los métodos de cálculo de iluminación natural.. En estos capítulos se ha estudiado la problemática en general de la iluminación natural, su incidencia en la historia, la cultura y la arquitectura, y el beneficio en el comportamiento lumínico.. La tercera fase: MATERIALES Y MÉTODOS contiene los capítulos: 4.. Equipos utilizados.. 5.. Local de estudio de la investigación.. IX.

(13) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES Resumen. 6.. Procedimiento de medidas realizado.. 7.. Fundamentos del cálculo de iluminación natural de CIE.. 8.. Fundamentos del cálculo de iluminación natural de IES.. Se describe el equipo utilizado en la investigación, el local de estudio y un esquema del procedimiento aplicado en la investigación introducen al procedimiento aplicado; así como los parámetros de cálculo de los métodos experimentales CIE e IES.. La cuarta fase: RESULTADOS OBTENIDOS está formada por los capítulos: 9. Aplicación del método CIE al local de estudio con ventana unilateral para el cálculo de la iluminancia mínima interior. 10. Aplicación del método IES al local de estudio para el cálculo de las iluminancias interiores 11. Valores de iluminancias obtenidos en el local de estudio. Estos capítulos contienen los valores de la aplicación de CIE e IES y las tablas de los valores máximos, medios y mínimos de iluminación natural mensuales, de la iluminancia obtenida mediante medidas, incluidas en las fichas de los anexos.. La quinta fase: VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES formado por el capitulo: 12. Análisis comparativo de los resultados obtenidos en el local de estudio por la aplicación de los métodos de calculo CIE e IES y los valores medidos en dicho local.. X.

(14) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES Resumen. Es la validación de las iluminancias medidas en el periodo de investigación y con las iluminancias resultado de los métodos de cálculo CIE e IES aplicados.. En el apartado de CONCLUSIONES se han obtenido como resultado de está investigación realizada, las conclusiones que aparecen en dicho apartado.. Finalmente se han anexado las fichas, gráficos y tablas de los datos de iluminancia obtenidos mediante medida, en el periodo de investigación en el local de estudio. A. Fichas de las iluminancias diarias obtenidas en el local de estudio, en los diferentes puntos y distintas horas de medida.. XI.

(15) VALIDATION OF THE ILUMINANCIA OF THE EXPERIMENTAL METHODS CIE AND IES IN A REAL MODEL WITH WINDOWS IN TWO ORIENTATIONS. Abstract. ABSTRACT. The architect like designer of inhabitable spaces knows the light estates the same as the goods that it causes the users. Along the history of the architecture one has worked with the qualities of the natural light, distinguishing the orientation of the building, the natural illumination and the protection of the excess of sun, to complete the architectural work.. This investigation is the result of a qualitative and quantitative study of the natural illumination in a study location located in Madrid, as well as the application and the validation of the methods of calculation of natural illumination CIE and IES, institutional methods of Europe and of North America respectively. The high number of parameters to have a scientific base and technique in the luminous conditioning of a building and the interest that investigation is carried out on real data, they served as base to select as module for the experimental investigation, a local that can be used as offices or house.. The preliminary information of diverse studies and made about similar topics have allowed to structure this doctoral thesis.. The investigation is developed in six phases: I. Introduction. II. State of the question. III. Materials and methods.. XII.

(16) VALIDATION OF THE ILUMINANCIA OF THE EXPERIMENTAL METHODS CIE AND IES IN A REAL MODEL WITH WINDOWS IN TWO ORIENTATIONS. Abstract. IV. Obtained results. V. Validation of the iluminancia of the experimental methods CIE and IES in a real model with windows in two orientations. VI. Summations.. These sections are formed by the chapters of the corresponding topics, an explanation of each an it is summarized next:. In the first phase denominated INTRODUCTION it contains the objectives and the methodology used in the development of this thesis.. The second phase: STATE OF THE QUESTION is constituted by three chapters: 1. Antecedents. 2. The natural light in the architecture. 3. Models of skies used in the methods of calculation of natural illumination. In these chapters the problem has been studied in general of the natural illumination, its incidence in the history, the culture and the architecture, and the benefit in the light behaviours.. The third phase: MATERIALS AND METHODS contain the chapters: 4. Utilized teams. 5. Local of study of the investigation. 6. Carried out procedure of measures. 7. Foundations of the calculation of natural illumination of CIE.. XIII.

(17) VALIDATION OF THE ILUMINANCIA OF THE EXPERIMENTAL METHODS CIE AND IES IN A REAL MODEL WITH WINDOWS IN TWO ORIENTATIONS. Abstract. 8. Foundations of the calculation of natural illumination of IES. The used team is described in the investigation, the study location and an outline of the procedure applied in the investigation they introduce to the applied procedure; as well as the parameters of calculation of the experimental methods CIE and IES.. The fourth phase: OBTAINED RESULTS are formed by the chapters: 9. Application of the method CIE to the study location with unilateral window for the calculation of the iluminancia minimum interior. 10. Application of the method IES to the study location for the calculation of the interior iluminancias. 11. Values of obtained iluminancias in the study location. These chapters contain the securities of the application of CIE and IES and the charts of the maximum values, means and monthly minima of natural illumination, of the obtained iluminancia by means of measures, included in the records of the annexes.. The fifth phase: VALIDATION OF THE ILUMINANCIA OF THE EXPERIMENTAL METHODS CIE AND IES IN A REAL MODEL WITH WINDOWS IN TWO ORIENTATIONS formed for the chapter: 12. Comparative analyses of the results obtained in the study location by the application of the methods of calculate CIE and IES and the values measured in this location. It is the validation of the iluminancias measured in the period of investigation and with the iluminancias of the calculation methods applied CIE and IES.. XIV.

(18) VALIDATION OF THE ILUMINANCIA OF THE EXPERIMENTAL METHODS CIE AND IES IN A REAL MODEL WITH WINDOWS IN TWO ORIENTATIONS. Abstract. In the section of SUMMATIONS they have been obtained as a result of realized investigation is the summations that you appear in that section.. Finally the records, graphics and charts of the data of obtained iluminancia have been annexed by means of measure, in the period of investigation in the study local. A. Records of the daily iluminancias obtained in the study local, in the different points and different hours of measure.. XV.

(19) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. LISTA DE FIGURAS, FOTOGRAFÍAS Y TABLAS. FIGURAS Figura II-1.1 Niveles de Luminancia, según ángulo de visión..........................................9 Figura II-1.2: Espectro Electromagnético de Radiación Solar........................................11 Figura II-2.1. Luminancia según la agudeza visual de las tareas, para campos de diferentes ángulos. ..........................................................................................................25 Figura II-2.2. Curvas de la eficacia espectral luminosa relativa del observador patrón en visión fotópica (diurna) y escotópica (nocturna). ..........................................................26 Figura II-2.6 La luz de la ventana crea una pendiente excesiva de iluminación en el local. ..............................................................................................................................50 Figura II-2.7 Un objetivo del diseño de iluminación natural es crear una pendiente de iluminación más aceptable. .............................................................................................50 Figura II-2.8 Los diagramas con los contornos a y b de igual iluminación, ilustran cómo la distribución de iluminación se mejora por la luz natural.............................................51 Figura II-3.1 Cielo con Iluminancia de Distribución Uniforme......................................72 Figura II-3. 2 Cielo Nublado con Distribución Normal o Standard en igualdad de luminosidad con respecto al acimut. ...............................................................................73 Figura II-3. 3 Cielo Claro con distribución Azul, mostrando luminosidad de las dos posiciones del sol, con referencia al acimut y la altitud. ................................................74 Figura II-3.4 La línea sin cielo es la unión de un punto en el interior del local y el borde superior del edificio más cercano, zona que es obstruida la luz día................................77 Figura II-3.5. Punto a partir del cual la luz natural no penetrará. ...................................78 Figura III-5. 3. Planta del local de estudio. ....................................................................85. XVI.

(20) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. Figura III-5. 4. Perfil Urbano de la Fachada Sureste...................................................... 88 Figura III-5. 5. Perfil Urbano de la Fachada Suroeste. ...................................................89 Figura III.-5. 6. Planta Amueblada..................................................................................90 Figura III-5.7. Planta del local con indicación del amueblado y las secciones. .............94 Figura III.-5. 8. Alzado Amueblado en la Sección 1-1....................................................94 Figura III.-5. 9. Alzado Amueblado en la Sección 2-2....................................................95 Figura III.-5. 10. Alzado Amueblado en la Sección 3-3..................................................95 Figura III.-5. 11. Alzado Amueblado en la Sección 4-4..................................................95 Figura III-5. 12. Ubicación de las ventanas en la Planta del local de estudio.................96 Figura III-5. 13. Sección del local de estudio. ................................................................96 Figura III-6. 1. Ubicación del Plano de trabajo. ...........................................................100 Figura III-6.2 ubicación de las ventanas en el local de estudio. ...................................101 Figura III-6.3 situación de los puntos de medida con la ventana A abierta y las ventanas B y C cerradas. ..............................................................................................................102 Figura III-6.4 situación de los puntos de medida con la ventana B abierta y laS ventanas A y C cerradas...............................................................................................................103 Figura III-6.5 situación de los puntos de medida con la ventana C abierta y las ventanas A y B cerradas...............................................................................................................103 Figura III-6.6 situación de los puntos de medida con las tres ventana (A, B y C) abiertas. .......................................................................................................................................104 Figura III-7.1. Parámetros de diseño del local para el Cálculo de iluminación unilateral...... .................................................................................................................115 Figura III-7.2. Valores Mínimos de Iluminancia en el Exterior...................................119 Figura III-7.3. Factores de Iluminación Natural para ventanas unilaterales sin obstrucción externa........................................................................................................122 XVII.

(21) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. Figura III- 7. 4 Obstrucciones Externas y α ángulo de obstrucción..............................124 Figura III-7.5. Factor de Corrección por obstrucciones externas del factor de iluminación natural por ventana unilateral....................................................................125 Figura III-7.6. Iluminación Natural a través de ventana unilateral. Distancia a la Ventana en la que el Factor es el doble del factor de luz natural mínimo.....................127 Figura III-7.7. Iluminación Natural por ventana unilateral. Distancias a la Ventana en la que el Factor es cuatro veces el factor de luz natural mínimo.......................................128 Figura III-7.8. Iluminancia Interior a partir de la Iluminancia Exterior y el Factor de Servicio de Iluminación Natural....................................................................................131 Figura IV-9.1 Distancia del edificio donde está el local de estudio con el edificio más cercano...........................................................................................................................155 Figura IV-9.2 Ubicación del punto de iluminancia mínima, según CIE, en el local de estudio. ..........................................................................................................................156 Figura IV-10.1. Planta y sección del local con la ubicación de la ventana C abierta para la aplicación del método de cálculo IES. ......................................................................171 Figura IV-10.2. Planta del local con la ubicación de los puntos de niveles de iluminancia máximo, medio y mínimo según método de cálculo IES. ........................174 Figura V-12.1 Ubicación del punto en el que el método CIE aplica en cálculo de iluminancia mínima media anual. .................................................................................206 Figura V-12.2 Ubicación del punto de medida en el local de estudio, según el procedimiento de medida, más cercano al que el método CIE utiliza. .........................208 Figura V-12.3. Evolución de las Iluminancias mínimas medias mensuales obtenidas mediante medida en el local de estudio en el año 2004. Con la ventana C abierta y las ventanas A y B cerrada. ................................................................................................210. XVIII.

(22) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. Figura V-12.4. Iluminancias mínimas medias obtenidas mediante la aplicación del. método de cálculo CIE, (de 9 a 17 hrs.) y el valor medio anual obtenido mediante medida de (9 a 16 hrs.), en el 90% de disponibilidad de iluminancia en la jornada de trabajo, con la ventana C abierta y las ventanas A y b cerradas. ..................................212 Figura V-12.5 Ubicación de los puntos en los que el método IES aplica el cálculo de iluminancia para las iluminancias mínimas, medias y máximas. .................................213 Figura V-12.6 Ubicación de los puntos de medida según el procedimiento de medida en el local de estudio..........................................................................................................217 Figura V-12.7. Iluminancias mínimas medias y máximas obtenidas mediante medida en el local de estudio en el año 2004. Ventana C abierta y ventanas A y B cerradas........218 Figura V-12.8 Ubicación del punto de medida de validación según el procedimiento de medida IES y el proceso de medida, en el local de estudio. .........................................221. XIX.

(23) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. LISTA DE FOTOGRAFIAS Figura II-2.3 Monasterio de Santa Espina, Valladolid....................................................31 Figura II-2.4a Monasterio, Abadía de Fossanova, It. .....................................................31 Figura II-2.4b Abadía de Fossanova, It. .........................................................................31 Figura II-2.5a Notre Dame du Haut en Ronchamps, 1955. ............................................32 Figura II-2.5b Interior de Notre Dame du Haut en Ronchamps. ....................................32 Figura II-2.5c Las aberturas de diferentes tamaños, para dar paso a la luz. ...................32 Figura II-2.9 Detalle de Reconstrucción de Heliocaminus romano en Ostia. ................58 Figura II-2.10 Detalles de las Ruinas de Heliocaminus, Tivoli, Italia. ..........................59 Figura II-2.11 Edificio Fagus-Werk, en Alfeld, Alemania de Walter Gropius (1911) la primera obra en el que se usó un muro cortina................................................................63 Figura II-2.12 Villa Savoye, Poissy, Fr. Le Corbusier: 1929-1931................................ 63 Figura II-2.13 Galería de Pintura de Dulwich de John Soane. ................................ 64 Figura II-4.1. Aparato de medidas LUXOMETRO........................................................ 81 Figura II-4.2. Cámara Fotográfica. ................................................................................ 82 Figura III- 5. 1. Localización del edificio en el que está ubicado el local modelo de estudio............................................................................................................................. 85 Figura III- 5. 2. Plano de localización del edifico en el que está ubicado el local modelo de estudio........................................................................................................................ 86. XX.

(24) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. LISTA DE TABLAS. TABLA II-2.1. Uniformidades y Relación Entre Iluminancias de Áreas Circundantes Inmediatas al Área de Trabajo.........................................................................................41 TABLA II-2.2 Iluminancia Mínima, Recomendable y Óptima en Diferentes Tipos de Locales.............................................................................................................................42 TABLA II-2.3 Valores de Iluminancia de Acuerdo al Grado de Tarea, según IES........43 TABLA II-2.4 Márgenes de Iluminación según IES para algunos Tipos de Tareas......43 TABLA II-2.5 Reflectancias Medias Especulares y Difusas..........................................44 TABLA II-2.6 Reflectancias Medias de Materiales Utilizados en Construcción...........45 TABLA II-2.7 Tipos de Ventanas y Relación Altura–Anchura de las mismas..............55 Tabla III.4.1. Resolución de Medida del Luxómetro..................................................... 82 Tabla III.4.2. Características de la cámara fotográfica. ................................................. 83 Tabla III- 5. 1. Descripción de los elementos interiores del Local de Estudio............... 90 Tabla III- 5.2. Transmitancia de los vidrios de las ventanas del Local de Estudio........ 91 Tabla III- 5. 3. Reflectancias de los elementos interiores del Local de Estudio............. 92 Tabla III- 5. 4. Calculo de las Reflectancias de los elementos interiores del Local de Estudio............................................................................................................................ 93 TABLA III-7.1. Profundidades limite para locales iluminados lateralmente (m)........ 112 TABLA III-7. 2. Iluminancia mínima necesaria de acuerdo al tipo de actividades..... 113 TABLA III-7. 3. Factores de Iluminación Natural....................................................... 117 TABLA III-7. 4. Iluminancia Media para Cielos Nublados......................................... 117 TABLA III-7.5. Porcentajes para usar el gráfico de la figura III-7.2........................... 120 TABLA III-7.6. Factores de Iluminación Natural para Ventanas Unilateral Sin Obstrucción Externa, en distintas relaciones de proporción de ventana (%)....123. XXI.

(25) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. TABLA III-7.7. Factores de Corrección de Obstrucciones Externas Sobre el Factor de iluminación natural mínimo.......................................................................................... 126 TABLA III-7.8. Distancia a la ventana en la que el Factor es el doble del Factor de Luz Natural Mínimo. .......................................................................................................... 127 TABLA III-7.9. Distancia a la ventana en que el Factor es cuatro veces el Factor de Luz Natural Mínimo. .......................................................................................................... 129 TABLA III-7.10. Factores de Corrección por Transmitancia...................................... 129 TABLA III-7.11. Factor de Corrección por la Acumulación de Suciedad...................130 TABLA III-8.1 Iluminancia Vertical Exterior “Ec” procedente del cielo, para Día Claro en Kilolux..................................................................................................................... 135 TABLA III-8.2 Iluminancia Vertical Exterior”Ec” procedente del cielo, para Día Parcialmente Nublado en Kilolux................................................................................. 141 TABLA III-8.3. Iluminancia Vertical Exterior “Ec” procedente del cielo, en Día Nublado, para cualquier orientación, en Kilolux.......................................................... 143 TABLA III-8.4. Iluminancia Horizontal Exterior en Kilolux...................................... 144 TABLA III-8.5. Reflectancias de Materiales de Construcción y Superficies exteriores.......................................................................................................................146 TABLA III-8.6. Datos de Transmitancia de Vidrio y Materiales de Plástico...............147 TABLA III -8.7 Factores de Pérdida de Luz para Diseño con Iluminación Natural.....148 TABLA III- 8.8. Coeficientes de utilización de los factores “C” Y “K”, para tipos de cielo............................................................................................................................149 TABLA III- 8.9. Coeficientes de utilización de los factores “C” Y “K”, para tipos de suelo............................................................................................................................150 TABLA IV-9.1 Datos del local de estudio....................................................................156 Tabla IV-10.1 fechas y horas en las que se aplicó el método ce calculo IES................171 XXII.

(26) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. Lista de Figuras, Fotografías y Tablas.. Tabla IV-10.2 Fotografías del tipo de cielo que se observó en el periodo de investigación en las fechas y horas en las que se aplicó el método ce calculo IES.......172 Tabla IV- 10. 3 Datos del Local de estudio...................................................................174 Tabla V-12.1 Valores obtenidos mediante la aplicación del método de calculo CIE...207 Tabla V-12.2. Valores obtenidos mediante medida......................................................209 Tabla V-12.3 iluminancias interiores resultantes de la aplicación del método CIE y mediante medida............................................................................................................211 Tabla V-12.4. Fotografías del tipo de cielo que se observó en el periodo de investigación, en las fechas y horas en las que se aplicó el método de calculo IES al local de estudio..............................................................................................................214 Tabla V-12.5 Valores obtenidos mediante la aplicación del método de calculo IES....215 Tabla V-12.6. Valores obtenidos mediante la aplicación del método de calculo IES. Para orientaciones complementarias......................................................................................216 Tabla V-12.7. Valores obtenidos mediante medida......................................................218 Tabla V-12.8. Iluminancias resultantes de la aplicación del método IES y los valores mediante medida............................................................................................................219 Tabla V-12.9. Iluminancias resultantes de la aplicación del método IES y los valores mediante medida, en el punto medio del local de estudio.............................................222. XXIII.

(27) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES IES Y CIE EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES.. I. INTRODUCCIÓN.

(28) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES I. INTRODUCCIÓN 1. Objetivos.. OBJETIVOS 1. Medir los niveles de iluminancia, en diferentes puntos interiores de un local real con ventanas en dos orientaciones, durante un tiempo mínimo de un año.. 2. Aplicar los métodos de cálculo de iluminación natural CIE e IES al local de estudio.. 3. Validar los datos obtenidos de iluminancia por la aplicación de los métodos de cálculo de CIE e IES con las iluminancias obtenidas mediante medidas.. 1.

(29) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS DIRECCIONES I. INTRODUCCIÓN. 2. Metodología de la Investigación. 2. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. Las actividades de está investigación se han desarrollado en cuatro etapas: 1. Se analizaron las tesis doctorales que hacen referencia al tema de los cálculos de iluminación natural, con el objetivo de conocer el alcance que obtuvieron y acotar el campo de estudio de está tesis.. 2. Determinado los objetivos de está investigación la fase de consulta se realizó con las fuentes de la Biblioteca Nacional, la biblioteca de la ETSAM, la biblioteca del INM (Instituto Nacional de Meteorología) y la biblioteca del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) así como las páginas de Internet relativas al tema propuesto en la tesis.. También se estudiaron los métodos de cálculo de luz natural, más usuales en Norteamerica y Europa, CIE e IES.. 3. La fase de investigación de campo se realizó en el periodo de catorce meses seguidos, en cuatro periodos al día, se midió el nivel de iluminancia en 39 puntos ubicados en un plano de trabajo imaginario a la altura modelo de las mesas de trabajo, en un modelo real con ventanas en dos direcciones.. 2.

(30) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS MÉTODOS EXPERIMENTALES CIE E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS DIRECCIONES I. INTRODUCCIÓN. 2. Metodología de la Investigación. Para obtener un mayor numero de datos que sirvieran en la investigación, las medidas de las iluminancias, se realizaron considerando el flujo que se lograba según la ventana abierta, siendo que el local de estudio tiene tres ventanas, se obtuvo un numero de datos variables que permitieron la comparación en la evolución de la luz natural que incide en el interior del local.. 4. Con los datos obtenidos y la información recopilada, de las fuentes consultadas, se ha realizado un análisis de los resultados obtenidos, se han validado estos datos con los resultados de la aplicación de los métodos de cálculo CIE e IES al modelo real y con esas bases se han llegado a unas conclusiones.. 3.

(31) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES IES Y CIE EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES.. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 4.

(32) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES IES Y CIE EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES.. II. Capitulo 1 ANTECEDENTES. 5.

(33) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. 1 ANTECEDENTES. 1.1. LA LUZ NATURAL. La luz natural en el interior de un espacio arquitectónico logra: el confort lumínico y la reducción del consumo de luz artificial con el consiguiente ahorro energético.. El objetivo principal, de incorporar la luz natural, es evitar el uso exclusivo de la luz artificial durante el día; la dimensión, proporción, ubicación y orientación de los huecos es fundamental, para optimizar la captación de la luz reflejada y la graduación de la luz necesaria, iluminando en función de la actividad a realizar en los espacios habitables.. Los avances técnicos y de diseño de los controles de la luz natural demuestran el grado de interés por la reducción del uso de la luz artificial en los edificios en las horas de disponibilidad de luz natural, iniciativas que han permitido aumentar el uso de la luz natural en los locales.. Con el fin de evitar la inconveniencia que podría originarse por la penetración de la luz natural y el consecuente calentamiento provocado por la radiación solar, que afectan a los locales que tienen luz solar directa; y obtener los beneficios en el. 6.

(34) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. uso de la luz natural –el entorno, la ventilación natural y la protección solar– La Comission Internationale de L’Eclairage (CIE) 1 , la Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) 2 y otros autores recomiendan que en el cálculo de la iluminación natural se consideren: •. Los factores humanos.. •. La trayectoria solar.. •. El ángulo de proyección de las sombras.. •. Los efectos del terreno, del paisaje y de los edificios próximos.. •. La orientación del edificio.. •. Las características de los materiales empleados.. •. Los efectos de la luz natural en los materiales y en el mobiliario del local.. •. Las aperturas, la geometría interior, los sistemas de control de iluminación y la luz artificial.. Con estas recomendaciones como referencia, el ambiente interior y el exterior se unen en la mente del diseñador en conceptos como “edificios verdes" o “edificios saludables", originalmente desarrollados para edificios no domésticos. Sin embargo, la luz natural incide en la evaluación de todo tipo de espacios habitables, aportando importancia a los siguientes factores de diseño: a) Las variaciones en la cantidad y dirección de la luz natural. b) La iluminancia y su distribución en el cielo. c) Las variaciones de intensidad de la luz y de su dirección. d) El espacio exterior, jardines y edificios cercanos.. 1 2. "Daylight International recommendations for the calculation of natural daylight" CIE n° 16/1970 IES, Handbook 2000. 7.

(35) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. 1. 1. 1. NATURALEZA DE LA LUZ Y SU DEFINICIONES. Físicamente, la luz es una radiación electromagnética cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 380 y 780 nanómetros. En este margen de radiación se estimula la percepción visual. Las fuentes de luz directa pueden tener su origen en la luz natural o en la luz artificial, todas las superficies que reflejan la luz son fuentes indirectas.. Los movimientos diarios y estacionales de la luz del sol, con respecto a la orientación de un edificio, producen un modelo impredecible de variación gradual en la cantidad y dirección de luz disponible en el interior. Por supuesto, la variación también es causada por los cambios de nubosidad.. La luz intensa en el interior es lograda a través de las ventanas y superficies con apariencia luminosa superior a la superficie en que se proyecta.. Luz Intensa es la "condición de visión en la que hay incomodidad o reducción en la habilidad de ver detalles u objetos, producida por una distribución impropia de la luz o por niveles de iluminancia, o bien por contrastes extremos” definición que CIE da de Luz Intensa referida en Daylighting in the Architecture3 (1993).. La influencia que la luz intensa tiene en el usuario, se manifiesta en las siguientes maneras:. 3. Commission of the European Communities. Daylighting in the Architecture (1993).. 8.

(36) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. 1. Luz Intensa Directa. 2. Luz Intensa Indirecta.. 1. La luz Intensa Directa, es la producida por las fuentes de iluminación directamente visibles en el campo de visión. Se advierte cuando la luz solar está en el campo de visión y específicamente cuando está en el centro. Debido a que el ojo humano no puede aceptar altos niveles de luminancia, directamente en el área de visión, existe una diferencia considerable entre el nivel aceptable de luminancia en la línea de visión de una persona y en el área periférica. En la figura II-1.1 se muestran los diferentes Niveles de Luminancia aceptables, en función de la posición (ángulo de visión) del campo de visión.. a) 2500 cd/m², 45º b) 1800 cd/m², 35º c) 1250 cd/m², 25º d) 850 cd/m², 15º e) 580 cd/m². 5º. Figura II-1.1 Niveles de Luminancia, según ángulo de visión4.. 2. La luz Intensa Indirecta, puede ser de dos formas: Reflejada y por Reflexión. a) La Luz Intensa Indirecta Reflejada es producida por superficies brillantes o vidriadas que reflejan imágenes de las fuentes de iluminación.. 4. Commission of the European Communities. Daylighting in the Architecture (1993).. 9.

(37) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. b) La Luz Intensa Indirecta por Reflexión se presenta cuando la luz de una fuente luminosa es proyectada en superficies del plano de trabajo, reduciendo el contraste entre las superficies y los ambientes inmediatos.. A su vez la Luz Intensa Indirecta por Reflexión puede presentarse como Luz Intensa de Invalidez o Luz Intensa de Incomodidad.. •. La Luz Intensa de Invalidez es la luz que disminuye la habilidad de ver. con precisión. En la mayoría de los casos causa incomodidad visual. Por ejemplo, las reflexiones excesivas del papel blanco brillante pueden causar luz intensa de invalidez al leer, o puede presentarse cuando se tiene en visión directa un objeto luminoso.. •. La Luz Intensa de Incomodidad ocurre cuando, incluso sin la. reducción significante de la habilidad de ver, la presencia de fuentes excesivamente luminosas en el campo de visión causan dificultad para ver; las fuentes pueden ser demasiado luminosas con respecto a los ambientes más oscuros o totalmente incómodos en condiciones extremas.. 1.2. EL SOL COMO FUENTE DE LUZ. La fuente luminosa natural por excelencia es el sol, estrella formada fundamentalmente por hidrógeno en constante fusión nuclear que produce helio y otros elementos. Esta fusión se realiza con gran desprendimiento de energía, la. 10.

(38) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. temperatura de la corteza solar o fotosfera es de aproximadamente 5.527° C. Esta energía una vez que atraviesa la atmósfera, se manifiesta en forma de radiaciones ultravioletas, visibles e infrarrojas, según se puede observar en la Figura II-1.2: Espectro Electromagnético de Radiación Solar.. Figura II-1.2: Espectro Electromagnético de Radiación Solar5. La cantidad de energía visible en el espectro solar varía según la atmósfera; obedece a la posición del sol sobre el horizonte y a las condiciones atmosféricas variables como la humedad y el polvo.. 5. FEIJÓ M. J. (1994) Instalaciones de Iluminación en la Arquitectura. 11.

(39) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. La posición del sol con respecto a un punto de referencia normalmente es expresada en dos formas, altitud solar que es el ángulo vertical del sol sobre el horizonte y acimut solar que es el ángulo horizontal del sol en la línea sur que forma la vertical del punto con la meridiana geográfica, oscila entre los 0º y los 360º.. Al ser el sol la principal fuente de luz, para el cálculo de la luz natural, es importante conocer su trayectoria en las distintas estaciones del año 6 . Estas trayectorias solares producen diferentes niveles de radiación sobre las fachadas verticales: en invierno la fachada sur recibe la mayor radiación debido a que la trayectoria del sol está más próxima al horizonte, mientras que las otras orientaciones apenas reciben radiación. Sin embargo, en verano, cuando el sol está más alejado del horizonte al mediodía, la fachada sur recibe menos radiación directa, mientras que en las fachadas este y oeste se proyecta la luz solar por las mañanas y por las tardes.. La iluminancia producida en superficies horizontales no obstruida puede variar entre 0 a 120.000 lux, dependiendo principalmente de la altitud del sol, de la cantidad de nubes y del nivel de contaminación ambiental.. 6 Hay sólo dos días del año en los que el eje de rotación es perpendicular al plano de traslación: el equinoccio de primavera (22 de marzo) y el equinoccio de otoño (21 de septiembre). El día dura exactamente lo mismo que la noche. Después del equinoccio de primavera, los días son cada vez más largos, y el sol alcanza cada vez mayor altura a mediodía. La salida y la puesta de sol se desplazan hacia el norte (es decir, tiende a salir cada vez más por el noreste y a ponerse por el noroeste). Esta tendencia sigue hasta el solsticio de verano (21 de junio), el día más largo del año, para seguir después la tendencia contraria hasta llegar al equinoccio de otoño. Después del equinoccio de otoño, los días son cada vez más cortos, y el sol cada vez está más bajo a mediodía. La salida y la puesta de sol se desplazan hacia el sur (es decir, tiende a salir cada vez más por el sureste y a ponerse por el suroeste. Esta tendencia sigue hasta el solsticio de invierno (21 de diciembre), el día más corto del año, para seguir después la tendencia contraria hasta llegar al equinoccio de primavera.. 12.

(40) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. 1. 2. 1. DISPONIBILIDAD DE LUZ NATURAL POR UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN DEL LOCAL. La luz reflejada en el suelo circundante al edificio o en otra superficie exterior es un factor importante en el diseño con Iluminación Natural, sin embargo, como ocurre con otras fuentes de iluminación, es necesario controlar está luz. La luz reflejada por el suelo a las fachadas puede representar del 10-15% de la luz natural total que alcanza la ventana; este valor varía por las características del suelo, el color y la textura, ya sea arenoso, de vegetación u otro acabado.. La eficacia luminosa (K) de la luz solar depende de la altitud del sol. Su valor comienza en cero en el horizonte y su uniformidad se incrementa a partir de los 20º; por encima de este ángulo su valor está entre 105 y 120 lm/w variable localmente.. La Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) normaliza la luminancia de un punto del cielo y la luminancia del cenit para obtener los valores absolutos de la luminancia en cada punto.. Los diversos niveles de iluminancia son datos básicos para el uso de la luz natural en un espacio habitable. La información detallada de la distribución de iluminancia o de la disponibilidad de luz natural es un dato cuantitativo de importancia en el cálculo de la iluminación natural.. 13.

(41) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. 1.3.. INVESTIGACIONES REALIZADAS DE LA LUZ NATURAL EN EL INTERIOR DE LOS LOCALES.. La disponibilidad de la Luz Natural en un edificio queda definida por la cantidad de iluminancia aprovechable en un punto específico, en hora y fecha. Los valores de la disponibilidad de iluminancia de Luz Natural han sido determinados por diversas investigaciones durante los últimos 60 años; estas investigaciones han proporcionado datos de referencias similares.. En España se han realizado diversos trabajos de investigación relacionados con la iluminación natural, en Madrid el investigador del C.S.I.C. Dr. D. Jorge Juan y J. Cruz realizó en 1971 estudios y medidas de las iluminancias medias, en el Instituto de Óptica “Daza de Valdés” del cielo de Madrid.. Por su parte D. Guillermo Yañez Parare en sus publicaciones ha profundizado en el tema de la luz natural relacionándolas con la Energía Solar, edificación y clima; la arquitectura solar pasiva.. En Barcelona el Dr. D. Rafael Serra ha realizado investigaciones para el cálculo de la luz natural y ha diseñado un método de cálculo por ordenador, que los ha publicado en sus libros.. El Colegio Oficial de Arquitectos de Cataluña ha publicado la tesis doctoral de D. Elías Torre “Luz Cenital”, en 2005, un estudio detallado de la luz natural cenital.. 14.

(42) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. La Universidad Politécnica de Catalunya tiene dos tesis publicadas, relacionadas con el tema de la iluminación natural:. •. MURO Soteras Rafael. (1984) Geometría e iluminación natural (introducción de la iluminación natural en el proceso de control grafico del diseño).. •. MOREL Correa Fichtner Silvia R. (1997) La luz natural y luz artificial. Integración de sistemas y su aplicación en proyectos de escuelas.. En la Universidad Politécnica de Madrid existen cinco tesis publicadas, referentes al tema de la iluminación natural, de estás cuatro se han realizado en la ETSAM, en las cuales y de acuerdo con sus autores tratan de los siguientes temas:. •. PUENTE García Raquel (1988) estudia el consumo energético. el. acondicionamiento de edificios partiendo del análisis de la iluminancia en el laboratorio de luminotecnia de la ETSAM. En la tesis “Gestión y control del consumo energético en el acondicionamiento espacial de edificios. Bases de diseño y sistematización”.. •. OTEIZA SanJosé Pilar (1990) determina las iluminancias y las irradiancias en un caso específico de aula de clase en un centro docente. En su tesis “Estudio combinado de Iluminación Natural y ganancia solar térmica pasiva en edificios docentes”.. 15.

(43) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. •. VAZQUEZ Molini Daniel (1994) hace una estimación cuantitativa de la radiación luminosa en Madrid, obtiene una formula experimental para el cálculo de la iluminación natural en el interior de los locales, así como un análisis de la transmisión de la radiación luminosa a través de superficies acristaladas. y. por. último. estudia. diferentes. dispositivos. para. el. redireccionamiento de la luz natural.. •. LAZCANO Arredondo Alejandro S. (1996) estudia el comportamiento en el tiempo de la radiación solar y como se conforman las fachadas en relación con la iluminación natural. En su tesis “Diseño de un modulo Constructivo de cerramiento multifuncional que optimitice el comportamiento térmico y lumínico de la edificación”.. •. ROBLEDO Díaz Luis (1997) analiza el modelo de Pérez para el cálculo de iluminancias e irradiancias en superficies inclinadas y propone un modelo en base a este estudio; y otros modelos de eficacia luminosa para superficies horizontales. En la tesis “Modelización de la Iluminación Natural y de la Radiación Solar en Superficies Diversas orientaciones e inclinaciones en Madrid.. En la Universidad de Sevilla se ha publicado una tesis de NAVARRO, Casas Jaime (1983) Sobre Iluminación Natural en Arquitectura.. Campos Baeza (en un articulo publicado en la revista Arquitectura Viva del 2000) menciona que Lorenzo Bernini, tenía unas tablas para el calculo de la Luz. 16.

(44) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. Natural, sabía que la luz podía medirse, clasificarse y ser controlada científicamente. También comenta que Le Corbusier usó algunas de estás tablas y controló la luz con precisión7.. Nick Baker y Koen Steemers en “Daylight design of buildings” indican que normalmente sólo se relaciona a la superficie de la ventana como un mínimo del 12.5% de la superficie del suelo de espacios habitables8, de esta relación CIE no hace comentarios, ni IES hace referencia alguna.. 1.3.1. MÉTODOS DE CÁLCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL De las diversas investigaciones realizadas se han desarrollado métodos de cálculo de iluminación natural en varios países, entre otros:. PAÍS. NÚMERO DE MÉTODOS. Australia. 5. Alemania. 13. Bélgica. 1. Checoslovaquia. 5. Dinamarca. 1. Francia. 1. Gran Bretaña. 10. Países Bajos. 2. Suecia. 6. Uruguay. 1. USA. 9. URS. 2. Yugoslavia. 2. 7. http://www.campobaeza.com/_total00.htm Nick Baker and Koen Steemers, Daylight design of buildings. Publicada por James & James, Londres, 2002. ISBN 1 873936 88 5. 8. 17.

(45) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. Estos Métodos, para el cálculo de la iluminancia, consideran: - diferentes tipos de cielos. - los conceptos basados en el Factor de Iluminación Natural (FIN). - distintos tipos y ubicación de la ventana. - locales experimentales de formas regulares.. De estos métodos aplicados para el cálculo de la iluminación natural en el interior se han seleccionado dos métodos para está investigación:. - El Método de Cálculo CIE (Commission Internationale de L´Eclairage) - El Método de Cálculo IES (Illuminating Engineering Society of America). Por ser los métodos de cálculo más usuales en el Continente Europeo y Americano respectivamente.. La Comission Internationale de L’Eclairage (C.I.E.) realizó el cálculo basado fundamentalmente en los métodos numéricos, que normaliza el cálculo de iluminación natural a través del factor de iluminación interior (FIN).9. El método “está concebido para un fácil cálculo de luz natural para locales sencillos en condiciones Standard”. Con este método se determinan las. 9. En el capitulo 7 FUNDAMENTOS DEL MÉTODO DE CÁLCULO DE ILUMINACIÓN NATURAL DE CIE (COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE) se da una exposición de los parámetros de diseño del método CIE.. 18.

(46) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. condiciones mínimas de iluminancia exterior, que permiten calcular el nivel de luz especificado para el interior.. El método de cálculo es gráfico, toma como modelo de diseño el cielo nublado estándar C.I.E. y establece un Factor luz día (Factor de Iluminación Natural) en base a que la Iluminación Interior del local es proporcional a la Iluminación Exterior; este factor depende de la proporción y posición de la ventana, de las características del acristalamiento, de la ubicación del local, etc. El método de cálculo permite una mejor utilización de la luz natural en el interior y la iluminancia que se alcanzará en un punto de iluminancia mínima en el local. También intervienen el límite de la profundidad máxima del local o el tipo de acristalamiento de la ventana, con el fin de tener determinada la cantidad de Iluminación Natural que se alcanzará o superará en el local de estudio.. La Illuminating Engineering Society of America, realiza el método de cálculo de Iluminación Natural. 10. basado en la utilización de tablas de datos de la. disponibilidad de la iluminancia en las orientaciones básicas, aportando datos para: 1. determinar las iluminancias horizontales exteriores en días claros, parcialmente nublados y nublados. 2. calcular iluminancias verticales exteriores en un día claro para las cuatro orientaciones. 3. iluminancias verticales exteriores en días parcialmente nublados y en días nublados.. 10. Vease el Capitulo 8: FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE ILUMINACIÓN NATURAL SEGÚN IES (ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY). 19.

(47) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. Aunque las condiciones del cielo suelen ser inconstantes, los dos métodos emplean un tipo modelo de cielo para sus cálculos: el cielo nublado. Los niveles de Iluminación Natural calculada en está condición puede ser de utilidad, para otros tipos de cielo.. 1.4. NORMATIVAS. PARA. LA. INCORPORACIÓN. DE. LA. LUZ. NATURAL. Entre 1942 y posteriormente en 1972, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) normalizó los tipos de modelos de cielo utilizados para el cálculo de iluminación natural, en cielo claro y cielo nublado como los más comunes en las zonas. templadas;. diversas. organizaciones. desde. 1949. han. publicado. recomendaciones para la utilización de la luz natural, en 1970 CIE aprobó una normativa de carácter internacional.. C.I.E. inició la preparación de las recomendaciones internacionales para el cálculo de la Iluminación Natural en 1957, que publicó en 1970; en la "Daylight International recommendations for the calculation of natural daylight" CIE n° 16/1970 y la "Guide on interior lighting" CIE n° 29/1975 son las primeras normativas para el diseñado de iluminación de interiores que afectan fundamentalmente a aspectos tecnológicos.. 20.

(48) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES CIES E IES EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES. II. ESTADO DE LA CUESTIÓN. 1. Antecedentes. En el Congreso Internacional de Iluminación celebrado en Mayo del 2005 se mencionó que la nueva normativa obligará, a partir del 2006, al sector de la construcción de viviendas a mejorar el aprovechamiento de la luz natural en el diseño de edificios11. Estas nuevas directrices de las normativas están recogidas en la "Guía técnica para el aprovechamiento de la Luz Natural en la Iluminación de Edificios" presentada en el Congreso y redactada conjuntamente por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE) y el Comité Español de Iluminación (CEI).. En los últimos dos años, desarrollado desde el 2006 y obligatorio a partir de marzo del 2007- existe una nueva normativa en España que es el Código Técnico de la Edificación (CTE) en la que los criterios de iluminación interior incluyen los cálculos de la luz natural, con una metodología precisa y detallada.. Considerando la problemática aquí expuesta vinculada con el quehacer de la arquitectura, es conveniente profundizar en el campo de investigación de la luz natural para la configuración de los huecos y espacios a partir del ambiente luminoso para mejorar los aspectos de confort del usuario, el ahorro energético y el impacto sobre el medio ambiente.. 11. Director general del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, en el Congreso de Iluminación de 2005 http://www.invertia.com/noticias/noticia.asp?idnoticia=1290805. 21.

(49) VALIDACIÓN DE LA ILUMINANCIA DE LOS METODOS EXPERIMENTALES IES Y CIE EN UN MODELO REAL CON VENTANAS EN DOS ORIENTACIONES.. II. Capitulo 2 LA LUZ NATURAL EN LA ARQUITECTURA. 22.