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Manual de la ILUMINACIÓN
C a li d a d A m b ie n ta l e n l a E d if ic a c ió n p a ra L a s P a lm a s d e G ra n C a n a ri a I sl a s C a n a ri a s M a n u a le s d e D is e ñ o II CC AA RR O O
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ILUMINACIÓN • Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria • Islas Canarias • Manuales de diseño
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Manuales de diseño
Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria • Islas Canarias
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con fondos FEDER del Programa Operativo Local.
DIRECCIÓN, RESPONSABLE CIENTÍFICODELPROYECTO Y AUTORDELOSCONTENIDOS
Manuel Martín Monroy
Profesor Titular de Universidad del Departamento de Construcción Arquitectónica de la Universidad de
Las Palmas de Gran Canaria
DIRECCIÓN TÉCNICA
Matías Ramos Trujillo
Jefe del Servicio Municipal de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria
Roberto Santana Rodríguez Servicio Municipal de Medio Ambiente del Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria
REVISIÓN DETEXTOS, DISEÑO GRÁFICOY MAQUETACIÓN
Isabel Corral Torres Laboratorio de Paisaje de Canarias
© Contenido: Manuel Martín Monroy
© Edición: Ayuntamiento de Las Palmas de Gran Canaria
ISBN: 84-690-0893-5 (obra completa) ISBN: 84-690-0651-7 (volumen I)
Esta obra ha sido elaborada y financiada por entidades públicas sin ánimo de lucro con fines docentes y de investigación aplicada. Contiene fragmentos de obras ajenas ya divulgadas,
a título de cita o para su análisis, comentario o juicio crítico (Art.32-RCL 1/1996), indicándose expresamente en cada caso
la fuente y el autor de la obra utilizada.
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Manual de
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Contenido
I
11 INTRODUCCIÓN
11 1. PRESENTACIÓN
11 2. OBJETIVOS
13 3. METODOLOGÍADELMANUAL
14 4. LIMITACIONES
17 I.0 - FUNDAMENTOS 17 1. LUZYCOLOR
17 2. MAGNITUDESDELALUZ
18 3. LEYESDELALUZ
19 4. PROPIEDADESDELOSMATERIALES
21 I.1 - COMODIDAD 21 1. VISIÓNHUMANA
21 1.1. Agudeza y campo visual
22 1.2. Adaptación a la intensidad de la luz 23 1.3. Rango de niveles de iluminación 24 2. OBJETIVOSDELAILUMINACIÓN
24 2.1. Nivel de iluminación
25 2.2. Factor de iluminación natural (FIN) 26 2.3. Estabilidad temporal
26 2.4. Zonificación y transición 27 2.5. Esquema luminoso de un local 27 2.6. Deslumbramiento
28 2.7. Modelado y uniformidad 28 2.8. Color y fidelidad cromática
29 2.9. Control del nivel luminoso y de la visión 29 2.10. Gestión sostenible de recursos
30 I.2 - MICROCLIMA LUMINOSO 30 1. INTRODUCCIÓN
30 2. FUENTESDELUZNATURAL
31 3. CONFIGURACIÓNDELENTORNO
33 4. CLIMALUMINOSO 34 5. CIELODEPROYECTO
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40 I.3 - PROYECTO LUMINOSO 40 1. INTRODUCCIÓN
40 2. CRITERIOSDEILUMINACIÓNNATURAL
43 3. INCIDENCIADELALUZNATURAL 44 4. PROYECTOLUMINOSODELENTORNO 45 4.1. Secciones
46 4.2. Patios
47 4.3. Reflectancia del entorno 47 5. ILUMINACIÓNNATURALDELOCALES
48 5.1. Cantidad de luz 48 5.2. Uniformidad de la luz 49 6. TOPOLOGÍADEPLANTAS 50 7. DISTRIBUCIÓNDEHUECOSDELUZ
54 8. ALTERNATIVASDEDISEÑO
54 8.1. Daylight Design Variations Book 55 8.2. Análisis detallado de un tipo de hueco 56 8.3. Comparación de dos tipos de huecos 56 8.4. Catálogo de ejemplos en el mundo real
57 I.4 - CONSTRUCCIÓN 57 1. INTRODUCCIÓN
58 2. ESTRATEGIASDECAPTACIÓNDELUZ
58 2.1. Acristalamiento 60 2.2. Vidrios especiales 61 2.3. Calidad de la visión 62 2.4. Carpinterías 63 2.5. Geometría del vano
64 2.6. Superficies reflectantes y difusoras de la ventana 66 2.7. Superficies reflectantes y difusoras del local 68 3. SISTEMASDECONTROLYREGULACIÓN
68 3.1. Criterios de protección solar de huecos 69 3.2. Protección solar de ventanas verticales 73 3.3. Protección solar de huecos de cubierta 75 3.4. Diseño constructivo de los parasoles 77 3.5. Sistemas de reflexión de luz natural 81 3.6. Ejemplo de aplicación
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82 I.5 - ACONDICIONAMIENTO 82 1. INTRODUCCIÓNALAEVALUACIÓN
82 2. METODOLOGÍADECONTROL
84 3. FACTORDEILUMINACIÓNNATURAL (FIN%) 86 4. ESTIMACIÓNDELAILUMINACIÓNNATURAL
88 5. MÉTODOSDECÁLCULO
89 6. MÉTODODECÁLCULOPARAVENTANASALTAS
92 7. CÁLCULODELFACTORDEPROTECCIÓN 94 8. ALUMBRADOCOMPLEMENTARIO
95 9. CTE-HE: AHORROELÉCTRICO
96 I.6 - ANEXO 96 1. REFERENCIAS 96 1.1. Bibliografía 96 1.2. Fuentes de Internet
97 2. DOCUMENTOSEN CD ATEXTOCOMPLETO
97 2.1. Normativa 98 2.2. Referencias 98 3. SOFTWARE
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INTRODUCCIÓN
Este manual docente es una guía de buenas prácticas que proporciona una aproximación al diseño integrado de la iluminación natural de locales en nuevos edificios. Se plantea como una referencia para las carreras de arquitec- tura o ingeniería, a través de un conjunto de pasos y reglas básicas, resaltando aspectos críticos y soluciones prácticas.
Sin embargo, la luz natural es una materia prima muy frágil y variable. Además, es complicada de controlar y compleja de manipular y, en ocasiones, de difícil conducción hasta donde se necesita en la cantidad y calidad deseada.
La redacción de un manual de iluminación natural en edificios, fácil de entender y de aplicar, plantea el proble- ma de tener que resumir el conjunto de conocimientos específicos necesarios para dominar los mecanismos de la luz y conseguir que los edificios ofrezcan un ambiente luminoso y agradable para sus ocupantes.
Al mismo tiempo, se ha querido proponer un método de diseño ambiental integral, donde la iluminación natural sea compatible con la comodidad térmica, acústica y del aire, que hemos denominado como estrategia ICARO.
En el volumen Guía de Aplicación se han resumido las diferentes recomendaciones de diseño para cada aspecto de la calidad ambiental, con el fin de que puedan ser aplicadas en las sucesivas etapas del proyecto del edificio.
El concepto de arquitectura como “espacio modelado por la luz” es una premisa para el diseño ambiental luminoso.
La colección de manuales de diseño ICARO se inicia con el volumen de la Iluminación natural porque es el factor ambiental que más condiciona el diseño arquitectónico y constructivo de un edificio, por el hecho de depender exclusivamente de la luz exterior, siendo un recurso que hay que gestionar con sabiduría.
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PRESENTACIÓN2
OBJETIVOS”La Arquitectura es el juego sabio, correcto y magnífico de los volúmenes bajo la luz”.
Le Corbussier
12 Las habitaciones de los edificios necesitan de una ilumi-
nación adecuada para su utilización, que puede proce- der de fuentes artificiales o naturales. El alumbrado arti- ficial es un recurso siempre disponible, de fácil regula- ción y sobre el que es posible tener un gran control. Sin embargo, requiere de importantes inversiones en equi- pos y mantenimiento, convirtiéndolo por tanto en una alternativa idónea como apoyo o sustitución del alum- brado natural cuando no se pueda disponer de él.
Sin duda, el alumbrado natural es la mejor manera de iluminar los espacios habitados por su excelente calidad de luz, por la cantidad de energía luminosa que se puede disponer, y por sus propiedades direccionales o “moldea- doras” del espacio interior. La luz exterior cuenta con la ventaja de ser un recurso natural gratuito y no contami- nante, pero sujeto a grandes variaciones de disponibili- dad, unas veces por exceso y otras muchas por defecto, como en periodos nocturnos por ejemplo, siendo impres- cindible por tanto contar con el alumbrado artificial como fuente de iluminación alternativa.
La limitación más importante del alumbrado natural es la dificultad de transportar la energía luminosa desde la fuente –el espacio exterior– hasta la superficie donde se necesita. La luz natural suele proceder de fuentes difusas –bóveda celeste, reflexión del suelo–, penetra al edificio por huecos limitados –ventanas, claraboyas–, y se trans- mite por radiación y reflexión por el espacio interior has-
Análisis de un espacio interior modelado por la luz.
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METODOLOGÍA DEL MANUALta incidir con cierta inclinación sobre la superficie que se desea iluminar, perdiendo gran parte de su intensidad a lo largo del recorrido.
El principal objetivo del diseño luminoso es garantizar una elevada iluminación interior, incluso con un nivel reducido de luminosidad exterior. Otro objetivo es la necesidad de controlar y regular el posible exceso de luz y calor, median- te sistemas de protección solar que eviten la incidencia di- recta del sol, o con mecanismos de oscurecimiento para cuando exista demasiada luminosidad exterior, o para dar a los usuarios la libertad de oscurecer sus habitaciones.
El método de diseño propuesto en este manual se funda- menta en que las decisiones de diseño deberían hacerse en el contexto del conjunto del edificio como una unidad funcional, y no como un agregado de diferentes partes.
Esta aproximación al diseño integrado debería conside- rar las repercusiones de cada decisión de diseño en el conjunto del proyecto del edificio.
Las ventajas de un método de diseño integrado son máxi- mas cuando se aplica desde las primeras etapas del pro- yecto, cuando se dispone de un mayor margen de liber- tad de decisión, y sus beneficios se concretarán en la mejora de la calidad ambiental y en un ahorro de energía a lo largo de toda la vida del edificio.
El método se desarrolla en las mismas fases o etapas del proyecto que se proponen para otros aspectos ambien- tales, permitiendo así un diseño sincrónico o integral de la calidad ambiental. El manual aporta soluciones compa- tibles con las decisiones de diseño del acondicionamien- to térmico, de la renovación del aire y del control acústico.
El proceso propuesto se inicia determinando las deman- das de iluminación según el uso de los locales, para po- der compararlas con la iluminación natural que se pueda disponer en cada punto del interior, que dependerá de las fuentes de luz natural del espacio exterior o clima luminoso, del diseño espacial de los huecos y de los espa- cios iluminados o proyecto arquitectónico, y de los ele- mentos constructivos que modifican la penetración y distribución de la luz o diseño constructivo.
El diseño se debe complementar con la comprobación del acondicionamiento luminoso, mediante métodos de pre- dicción y evaluación, como paso previo al proyecto de las instalaciones del alumbrado artificial complementario, que ayude o sustituya aquellas demandas de iluminación que no se puedan garantizar con el alumbrado natural.
14 El esquema de desarrollo de la metodología es similar al
de los otros manuales de calidad ambiental en la edifica- ción, y se ha estructurado en las siguientes etapas:
0. Fundamentos. Conocer las propiedades básicas de la luz y su comportamiento físico.
1. Comodidad. Conocer el funcionamiento de la visión humana para poder estimar las necesidades visuales de los ocupantes en cada local.
2. Microclima. Predecir la dirección y la cantidad de luz natural que puede llegar hasta cada ventana.
3. Proyecto. Optimizar la penetración y distribución de la luz natural en un local, comparando para ello dife- rentes alternativas.
4. Construcción. Diseñar ventanas con una buena pene- tración de luz natural, que también se puedan oscure- cer o proteger del sol.
5. Acondicionamiento. Verificar el nivel y la uniformidad de la iluminación natural para corregir el diseño o com- plementarlo con alumbrado artificial.
6. Anexos. Información adicional sobre fuentes docu- mentales, normativa y referencias. Además, en el volu- men que contiene el CD se incluyen documentos a texto completo y programas informáticos de ayuda al diseño y dimensionado.
Es evidente que ningún manual puede responder a todas las preguntas de todos los usuarios; por ello, se considera conveniente señalar las siguientes limitaciones:
• Este manual no puede dar respuesta a todas las cues- tiones de iluminación natural, aunque proporcione los criterios de diseño más importantes para la mayoría de los edificios.
• Este manual se orienta al proyecto de edificios y loca- les de dimensiones normales y construcción conven- cional, fundamentalmente iluminados por ventanas exteriores.
• Este manual se orienta al proyecto de edificios de nue- va construcción, aunque sus criterios pueden aplicar- se a proyectos de rehabilitación con cierta precaución.
• Este manual ha sido desarrollado para el clima y la la- titud de las Islas Canarias, pero sus recomendaciones se pueden adaptar a otras regiones similares.
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LIMITACIONESILUMINACIÓN • Calidad Ambiental en la Edificación para Las Palmas de Gran Canaria • Islas Canarias • Manuales de diseño
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• Se presume que el usuario tiene un conocimiento bá- sico de la luz y de la iluminación natural; no obstante, en el manual se han incluido nociones mínimas de lu- minotecnia.
• Las recomendaciones se proponen como reglas prácti- cas y consejos empíricos, por lo que el usuario será el responsable final de las decisiones de diseño.
• Para obtener resultados más detallados o exactos será preciso recurrir a un técnico experto o a herramientas informáticas.
El autor ha procurado aportar informaciones y criterios de diseño sobre la calidad ambiental en los edificios ela- borados sobre bases científicas y datos experimentales.
Esta obra no está planteada como sustitución de los ser- vicios de los técnicos y organismos competentes en la edi- ficación, por lo que el autor y el editor no aceptarán responsabilidades por el uso o los resultados de la aplica- ción de los datos o procedimientos incluidos en esta obra.
Invitamos a los lectores a que nos comuniquen cualquier error, imprecisión u omisión que detecten, para su co- rrección en futuras ediciones.
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I.0
La luz es energía electromagnética visible por el ojo hu- mano, con un rango de longitud de onda entre 0.38 y 0.78 µm (10-6 m). Las fuentes de luz suelen ser superficies a alta temperatura, como el Sol (T = 5500 ºK) o el fila- mento de las lámparas incandescentes (T = 3300 ºK), que emiten un espectro continuo con longitudes de onda entre 0.3 y 3 µm del que sólo es visible el rango luminoso, denominado espectro luminoso.
El ojo humano es capaz de distinguir las diferentes longi- tudes de onda del espectro luminoso y las percibe como el color de la luz, correspondiendo los colores violeta- azul a las longitudes más cortas (cerca de 0.4 µm) y los colores naranja-rojo a las longitudes más largas (cerca de 0.70 µm).
El conjunto de los colores del arco iris se distribuye de forma continua en el espectro luminoso, y cuando la dis- tribución de la energía en cada longitud de onda es simi- lar a la luz del Sol se percibe el conjunto como luz blanca.
Las luces monocromáticas son radiaciones con una única longitud de onda, mientras que las fuentes térmicas de luz emiten radiación en todas las longitudes de onda del rango visible, por lo que se dice que tienen un espectro continuo. Ciertas fuentes de luz de descarga emiten ra- diación en sólo algunas longitudes de onda del rango visible, denominándose por ello espectro discontinuo.
La similitud del espectro de una fuente de luz discontinua con la luz solar de denomina índice de Rendimiento de color Rg, siendo Rg = 1 para la luz natural o de lámparas incandescentes y Rc = 0 para la luz monocromática, como las lámparas de sodio de baja presión, mientras que las lámparas fluorescentes tienen un Rg entre 0.7 y 0.9.
La tonalidad de color del espectro continuo de una luz se puede determinar por su Temperatura de color Tc (ºK), correspondiendo a la luz de día una Tc = 5500ºK. Las lámparas incandescentes tienen una Tc = 3000ºK aproxi- madamente, con una tonalidad rojiza (colores cálidos), mientras que la luz de la bóveda celeste tiene una Tc del orden de 10000ºK, de tono azulado (colores fríos).
MAGNITUDES DE LA LUZ
Se han comentado algunas magnitudes cualitativas de la luz, como la longitud de onda (λ µm), el rendimiento de color (Rg) o la temperatura de color (Tc ºK). La medición de la cantidad de luz se fundamenta en la Intensidad (I), siendo la candela (Cd) una de las unidades fundamenta- les del Sistema Internacional. Existen otras magnitudes
LUZ Y CALOR
FUNDAMENTOS
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Espectros de la luz (adaptado de K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild y www.osram.com).
18 derivadas como el Flujo, la Luminancia, la Iluminancia o
el Rendimiento luminoso, que se definen a continuación:
• La intensidad luminosa (I) es la energía luminosa emi- tida en una dirección. Su unidad es la candela (cd), que es un una unidad fundamental del S.I., y es aproxi- madamente la intensidad emitida por una vela.
• El flujo luminoso (Φ) es la cantidad de energía lumi- nosa emitida por una fuente. Su unidad es el lumen (lm), que es la energía emitida por un foco con inten- sidad de 1 candela (cd) en un ángulo sólido de 1 este- reorradián (1 m2 a 1 m de distancia).
• La iluminancia (E) o nivel de iluminación es la canti- dad de luz que recibe una superficie, su unidad es el lux (lx), que es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie (lux = lumen/m2). En luminotecnia es muy útil la ley E = I Cosϕ / d2 .
• La luminancia (L) o brillo es la intensidad (I) o flujo de luz (Φ) emitido por unidad de superficie. Sus unidades son el Stilb (cd/cm2) y el Lambert (lm/cm2).
• El rendimiento luminoso (R) es el flujo emitido por unidad de potencia de las fuentes luminosas (lm/W).
Por ejemplo, una lámpara incandescente tiene R = 14 lm/W.
LEYES DE LA LUZ
Las leyes que relacionan las diferentes magnitudes lumi- nosas se van a describir mediante ejemplos que sirvan para aclarar los conceptos, al tiempo que se resuelve un caso real.
Flujo luminoso Φ de una fuente. Es igual a la potencia por el rendimiento luminoso. Si se dispone de una lámpa- ra incandescente de potencia P = 100 W y rendimiento luminoso R = 14 lm/W, el flujo luminoso Φ será:
Φ = P x R = 100 x 14 = 1400 lm (lúmenes) Intensidad luminosa I. Si la lámpara emite con igual in- tensidad en todas direcciones distribuirá su flujo en el ángulo sólido ω de una esfera: 4π sr (estereorradián); por tanto la intensidad será igual al flujo emitido en el ángu- lo sólido ω de 1 sr:
I = Φ / ω = 1400 / 4π = 111.4 cd (candelas) Iluminancia E de una superficie. Se estima por la ley del cuadrado de la distancia, o ley de Lambert. Si hay una superficie a una distancia d = 2 metros y la luz llega con
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I.0
un ángulo de incidencia ϕ = 30º, la luminancia o nivel de iluminación será:
E = I cosϕ / d2 = 111.4 cos30º / 22 = 24.1 lx (luxes) Luminancia L de una superficie: El brillo o cantidad de luz que emite una superficie se aplica de forma diferente según sea el caso.
Si se trata de una fuente luminosa se suele aplicar el con- cepto de luminancia Lf = I / S, medida en Nit (cd/m2) o en Stilb medida en (cd/cm2). En el caso de una lámpara que emita con una intensidad I de 111.4 cd en todas di- recciones, desde una esfera de 5 cm de diámetro, equiva- lente a una superficie visible de 19.6 cm2, la luminancia Lf sería:
Si se trata del flujo reflejado de una superficie iluminada se suele aplicar el concepto de luminancia Lr = Φ / S, medida en (lm/m2) o lambert (lm/cm2). En caso de que la superficie sea un papel blanco que reciba una iluminancia de 24.1 lux y tenga un coeficiente de reflexión r = 0.8, la luminancia, L sería:
Las superficies iluminadas se pueden comportar de manera diferente ante la luz, distinguiéndose las superficies opa- cas en que la luz se absorbe o refleja, y los materiales traslúcidos en que además otra parte se transmite. Los coeficientes del flujo de luz incidente se denominan absor- tancia ααααα, reflectancia r y transmitancia τττττ respectivamente.
α + r + τ = 1
Ejemplo de cálculo de leyes luminosas.
Lf = I / S = 111.4 cd / 19.6 cm2 = 5.68 stilb (cd/cm2) = 56800 nit (cd/m2)
Lr = E x r = 24.1 x 0.8 = 19.3 lm/m2 = 0.00193 lambert (lm/cm2)
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES20 Además, la luz reflejada se puede reemitir en la misma
dirección en las superficies especulares, o dispersarse en todas direcciones en las superficies difusas.
En el caso de materiales traslúcidos, la luz se puede trans- mitir en la misma dirección en las superficies transparen- tes, o dispersarse en todas direcciones en los materiales opalinos. En la práctica, muchos objetos dispersan la luz de forma combinada, como las superficies satinadas o los materiales esmerilados.
Propiedades luminosas superficiales (adaptado de K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).
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El ojo humano es un órgano complejo que convierte la luz procedente del campo visual en un estímulo nervioso que será interpretado por el cerebro como una sensa- ción que denominamos visión.
A continuación se comentan algunos procesos fisiológi- cos de la visión humana, de gran importancia para el di- seño luminotécnico de los espacios habitados.
1.1. AGUDEZAYCAMPOVISUAL
El ojo tiene un campo visual bastante amplio, pero con distinta agudeza visual. Por un lado tiene una mayor ca- pacidad de resolución en el foco de la visión, mientras que por otro dicha capacidad disminuye hacia la perife- ria. Se pueden distinguir los siguientes campos visuales:
• Campo focal
Tiene un diámetro de tan sólo 1º y en su eje se alcanza la máxima agudeza visual. Por ejemplo, para leer el ojo se orienta continuamente para apreciar los deta- lles del entorno.
• Campo de trabajo
Tiene un diámetro de unos 30º. En este campo el ojo percibe una visión del entorno con una agudeza vi- sual buena y aprecia bien la profundidad mediante la visión estereoscópica.
• Campo estereoscópico
Su diámetro de unos 60º. El ojo percibe aquí una vi- sión del entorno con una agudeza visual media y se mantine la apreciación de la profundidad mediante la visión estereoscópica.
• Campo periférico
Abarca hasta una desviación lateral e inferior de 90º.
En este campo cada ojo percibe una visión de baja resolución del entorno, pero su alta sensibilidad al mo- vimiento ayuda a la orientación y a la prevención de riesgos.
El campo visual está limitado a unos 60º por encima de la dirección focal, lo cual permite la autoprotección del ojo de fuentes intensas de luz procedentes del cielo, como el sol, o del techo, como las luminarias artificiales.
La agudeza visual es la capacidad de percibir detalles de la visión, y su resolución es máxima en el campo focal.
Depende de factores externos, como el nivel luminoso de la superficie observada, pero también de la edad y de la ausencia de defectos visuales, como la miopía, la hiper- metropía o el astigmatismo.
COMODIDAD I.1
VISIÓN HUMANA
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Esquema del ojo humano (Nave, C.R./ http://hyperphysics).
Áreas del campo visual humano (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).
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Ambiente típico Exterior de día Interior de día Interior de noche Exterior de noche Diámetro de la pupila (mm) 1.5 2.5 4.5 8
Porcentaje del flujo de luz (%) 3 10 30 100
1.2. ADAPTACIÓNALAINTENSIDADDELALUZ
El ojo es sensible a la intensidad de la luz que procede de las superficies del entorno. Dicha intensidad se denomina
“luminancia” o brillo, y puede proceder de fuentes de luz dentro del campo visual, como luminarias o pantallas de TV, o llegar como luz reflejada en superficies iluminadas del entorno.
El brillo que procede de las superficies iluminadas depen- de del nivel de iluminación que reciben (iluminancia) y de su coeficiente de reflexión, distinguiendo entre la reflexión difusa (superficie mate) y la especular (superficie espejada).
El ojo humano puede adaptarse para la visión en ambien- tes con diferentes niveles de iluminación, desde más de 100.000 lux en días soleados, hasta menos de 0.1 lux en una noche con luna. En la vida cotidiana, son frecuentes variaciones bruscas con factores entre 1/10 y 1/100. El ex- ceso de luz puede llegar a ser doloroso, si bien el ojo tiene mecanismos de adaptación rápida a niveles de ilu- minación altos. Por el contrario, la falta de luz no es mo- lesta y la adaptación suele ser mucho más lenta.
En una misma escena pueden coincidir superficies con diferencias de nivel de iluminación mayores de 100/1, como la vista de un paisaje desde cualquier ventana de una habitación. El ojo adapta su sensibilidad a la luz para poder tolerar las superficies más brillantes, pero si el contraste es demasiado alto se puede producir deslumbramiento.
Sabemos que el ojo, mediante la dilatación de la pupila, tiene una capacidad de acomodación casi instantánea para adaptarse a las variaciones del nivel de iluminación entre el triple y un tercio del nivel de un momento dado, lo que le permite multiplicar la cantidad de luz que lo penetra, como se puede apreciar en el siguiente cuadro:
Otra propiedad del ojo es la capacidad de aumentar la sensibilidad de la retina, lo cual le permite adaptarse a niveles de iluminación nocturna, como en el exterior en una noche oscura. Tiene como inconveniente la lentitud de la adaptación, hasta más de 30 minutos para la máxi- ma sensibilidad, aunque el proceso inverso se puede rea- lizar en segundos. Cuando el ojo está adaptado a la visión nocturna, si recibe un destello de luz intensa se puede producir una ceguera momentánea que se describe como deslumbramiento nocturno.
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Cuando se requiera una percepción exacta de los colo- res, como en el trabajo de artes gráficas, además de ne- cesitar un nivel elevado de iluminación, será importante que la fuente de luz tenga una buena calidad cromática, tanto en temperatura de color (tonalidad roja-azul) como en fidelidad cromática, siendo óptima la luz natural. Tam- bién hay que considerar que cuando el ojo está adapta- do a la visión nocturna tiene una menor capacidad de percepción de los colores, y que la máxima sensibilidad a la luz se desplaza hacia los azules.
Un elevado nivel de iluminación es adecuado para redu- cir la fatiga visual en actividades que requieran una gran concentración, cuando se precise una gran rapidez de percepción (deportes, maquinaria), o cuando se tenga que reducir el riesgo por errores o accidentes. También la agudeza visual o capacidad de distinguir los pequeños detalles aumenta con la intensidad de la luz, por lo cual se precisan mayores niveles de iluminación cuando se rea- licen tareas visuales de gran detalle o finura.
1.3. RANGODENIVELESDEILUMINACIÓN
Para facilitar su aplicación, se incluye una tabla de lumi- nancia o niveles de iluminación (lux), con saltos aproxima- dos de múltiplos de 3 y referencia a iluminaciones típicas de diferentes ambientes y actividades que se pueden de- sarrollar con comodidad.
Considerando que la visión del espectador suele vagar por las diferentes superficies de un entorno, en un local con un nivel de iluminación medio convendrá que exista una diferencia reducida de nivel de iluminación entre las zonas en primer plano con nivel alto y las zonas de fondo con nivel bajo, siendo conveniente que dichas transicio- nes tengan una relación menor de 3 a 1.
También hay que tener en cuenta que durante la noche, en locales con iluminación artificial, puesto que el ojo suele estar adaptado a un nivel de iluminación inferior, será
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Sensibilidad cromática según la adaptación de ojo (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).
Lux Ambiente Actividad cómoda
100000 Mediodía pleno sol Umbral máximo, empieza el dolor por exceso de luz 30000 Día semicubierto Circulación exterior diurna, paseo
10000 Día cubierto Actividad excepcional (quirófanos)
3000 Zonas de transición Actividad muy detallada, iluminación puntual 1000 Interior luminoso Actividad detallada (cocina, aseo), iluminación zonal 300 Interior medio Estancia, actividad media, iluminación general diurna 100 Interior bajo Reposo, actividad baja, iluminación general nocturna 30 Calle iluminación alta Circulación interior, calle de noche con mucho tráfico 10 Calle media Calle con trafico medio, densidad urbana media 3 Calle baja Calle con tráfico bajo, densidad urbana baja 1 Calle mínima Aparcamientos o muelles, sólo orientación 0.1 Luz de luna Necesita periodo de adaptación para orientarse 0.01 Luz de estrellas Umbral mínimo, oscuridad prácticamente absoluta
24 OBJETIVOS DE LA ILUMINACIÓN
La iluminación de los espacios interiores de un edificio requiere un cuidadoso estudio para garantizar la seguri- dad de uso y facilitar la comodidad visual de los ocupan- tes cuando realicen sus tareas habituales.
Un correcto diseño luminoso permitirá resaltar la arqui- tectura interior del propio edificio, valorizando las super- ficies y objetos contenidos y creando una atmósfera que motive a los ocupantes.
Por tanto, cada zona del edificio requerirá de un estudio detallado en razón de la función, características espacia- les y ambiente psicológico que se pretenda. Además, hay que tener en consideración los aspectos luminotécnicos fundamentales requeridos para garantizar una visión con- fortable, los medios técnicos disponibles, y otros aspec- tos tales como la economía y la durabilidad.
A continuación se expone un programa genérico de pres- taciones de iluminación para un proyecto, aconsejadas como base para el posterior diseño de los sistemas de iluminación específicos para cada zona del edificio.
2.1. NIVELDEILUMINACIÓN
Cada sector del edificio, y cada zona de dichos sectores, dispondrá de un nivel de iluminación suficiente para la tarea visual que allí se desarrolle, garantizando que no existen riesgos para las personas.
Como ya se ha comentado, un requisito general será exi- gir mayores niveles de iluminación para aumentar la agu- deza visual en tareas de gran detalle o finura, para evitar la fatiga visual en actividades que requieran una gran con- centración, cuando se precise una gran rapidez de per- cepción (deportes, uso de maquinaria) o una percepción posible reducir los niveles de iluminación hasta 1/3 en periodos nocturnos (adaptación de la retina a condicio- nes de baja luminosidad). A modo de ejemplo, se consi- deran adecuados los siguiente esquemas de iluminación en interiores.
2
Lux Actividad interior diurna Actividad interior nocturna 1000 Primer plano, actividad detallada (Exceso de luz)
300 Plano medio, actividad media Primer plano, actividad detallada 100 Plano general, actividad baja Plano medio, actividad media 30 (Falta de luz) Plano general, actividad baja
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exacta de colores, así como cuando se tenga que reducir el riesgo por errores o accidentes.
En el siguiente cuadro de niveles de iluminación recomen- dados se ha considerado que la visión humana se adapta con bastante eficacia a los cambios de nivel de ilumina- ción, siendo tolerables variaciones en relación 1:3, las va- riaciones con relación 1:2 son también perfectamente admisibles, y transiciones con relación 1:1.5 pueden ser casi imperceptibles.
2.2. FACTORDEILUMINACIÓNNATURAL (FIN)
En el caso de locales con iluminación natural es interesan- te estimar el Factor de iluminación natural (FIN), como relación entre el nivel de iluminación de cada punto inte- rior del local (Ei) con el nivel de iluminación difusa hori- zontal al exterior del espacio (Ee): FIN = Ei/Ee x 100 (%).
Dicho valor es una constante característica de los huecos, geometría y reflectancia de las superficies del local.
Se estima que en Canarias (Lat = 28ºN), el nivel de ilumi- nación horizontal exterior con cielo totalmente cubierto es del orden de 9.000 lux y que será mayor de 11.000 lux el 90% del periodo entre las 9:00 y las 17:00 horas, pu- diendo superar los 100.000 lux a mediodía con un cielo despejado.
Con carácter general se recomienda alcanzar valores de factor de iluminación natural del orden de FIN = 3% para usos generales, con lo que dispondríamos entre 300 lux con cielo cubierto y 3.000 lux con cielo despejado. Para usos secundarios no conviene descender de FIN > 1%, mientras que tampoco suele ser conveniente superar el FIN > 9%, por el exceso de iluminación y por las grandes ganancias o pérdidas de calor debido a una excesiva su- perficie de los huecos.
Relación de nivel Recomendación (lux) 1/1.5 1/2 1/3 Tarea visual
3000 Quirófanos (localizado)
1000 1000 1000 Tareas muy finas
750 Tareas finas
500 500 Dibujo
300 300 Lectura
220 220 Estancia
150 Almacenaje
100 100 100 Circulaciones 75
50 50
30 30 Zonas de paso
22 22
15
10 10 10 Alumbrado público
I.1
26 2.3. ESTABILIDADTEMPORAL
En el caso de iluminación natural, el nivel luminoso exte- rior variará lentamente según la hora solar, si bien se pue- den dar grandes fluctuaciones con cielos nubosos por el tránsito brusco entre nubes y claros. Se recomienda limi- tar la fluctuación del nivel luminoso a un factor de 1/3 respecto al nivel medio (por ejemplo 100 ← 300 → 1.000 lux) en periodos cortos (algunos segundos).
Para mantener estable la luz natural conviene que predo- mine la luz difusa captada de la bóveda celeste y evitar la luz solar directa, especialmente si se dispone de ilumina- ción cenital (claraboyas), diseñando protecciones solares adecuadas.
En grandes espacios con elevada ocupación puede ser interesante disponer de sistemas de regulación fotoeléc- trica que limiten la fluctuación del nivel luminoso, ya sea limitando este exceso mediante persianas mecanizadas o compensando las zonas oscuras con alumbrado artificial de apoyo.
2.4. ZONIFICACIÓNYTRANSICIÓN
En el diseño interior de los edificios conviene planificar de antemano los requisitos de iluminación de las diferen- tes zonas en comunicación, en función de la iluminación requerida por cada uso y de los posibles tránsitos entre ellas. Se pueden considerar algunas de las siguientes zo- nas características, ordenadas según el nivel requerido de iluminación.
Para permitir una adecuada transición visual entre zo- nas del edificio con distintos niveles luminosos conviene limitar la relación de iluminancia entre locales contiguos a un factor de 1/3. Un buen ejemplo sería disponer de
Fluctuación de la iluminación interior en cielos parcialmente cubiertos.
Iluminación Trabajo Estancia Circulación
Nivel alto Tareas detalladas Tareas activas Entorno del edificio Nivel medio Reunión y relación Ocio o relación social Vestíbulo exterior Nivel moderado Almacenamiento Descanso Distribuidor principal Nivel bajo Circulación Circulación Circulación interior Exigencia Sensación FIN % Ei mínimo Ei máximo
visual visual con Ee = 10.000 lux con Ee = 100.000 lux
Muy alta Muy luminoso >10 % > 1.000 lux > 10.000 lux
Alta Luminoso 6 % 600 lux 6.000 lux
Normal Normal 3 % 300 lux 3.000 lux
Baja Oscuro 1 % 100 lux 1.000 lux
Muy baja Muy oscuro <0.3 % <30 lux <1.000 lux
Valores de FIN recomendados según la exigencia visual.
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100 lux en circulaciones, 200 lux en locales de estancia y 400 lux en locales de trabajo.
Una transición breve por un espacio con poca luz sería admisible de no existir riesgos, mientras que una estancia breve en un local excesivamente iluminado reducirá la sen- sibilidad del ojo, que tardaría minutos en recuperar. Con- viene prestar una atención especial al recorrido de acceso a los edificios, ya que la iluminación natural puede variar con un factor entre 30 y 100 en pocos metros.
2.5. ESQUEMALUMINOSODEUNLOCAL
Los contrastes entre zonas de un mismo local se gradua- rán de manera que la relación del nivel de iluminación entre ”primer plano” y ”plano general”, y entre ”plano general” y ”fondo”, sea inferior a 1/3, sin necesidad de que los niveles sean totalmente uniformes para permitir una ambientación luminosa y un ahorro energético con alumbrado artificial. Un buen esquema sería de 400 lux en el área de trabajo, 200 lux en el resto de la mesa de trabajo y 100 lux en el fondo del local.
Con carácter general se fijan los siguientes esquemas de niveles de iluminación, considerando que en interiores con luz artificial será posible reducirlos a 1/3.
2.6. DESLUMBRAMIENTO
Cualquier flujo de luz intensa que incida directamente en los ojos de los ocupantes puede producir deslumbramien- to. Con el fin de limitarlo convendrá situar las fuentes luminosas fuera del campo visual, ocultarlas mediante pan- tallas o reducir su brillo con difusores.
Las fuentes de luz situadas a más de 60º sobre el horizon- te no suelen ser visibles, produciendo molestias modera- das por debajo de 45º y elevadas por debajo de 30º.
También son muy molestos los reflejos brillantes que pro- ceden de debajo del horizonte.
En el caso de que la iluminación natural penetre horizon- talmente desde ventanas, conviene evitar que las posicio- nes de los ocupantes estén enfrentadas por producir deslumbramiento directo, y de espaldas debido a las som- bras arrojadas y los reflejos en pantallas de ordenadores
I.1
Transición de la iluminación entre locales según la actividad.
Zonificación de la iluminación entre zonas de un local.
Actividad interior Día Noche
(Exceso de luz) 3000 lux 1000 lux
Primer plano, actividad detallada 1000 lux 300 lux Plano medio, actividad media 300 lux 100 lux Plano general, actividad baja 100 lux 30 lux (Falta de luz) 30 lux 10 lux
Control del deslumbramiento según el ángulo de incidencia.
28 o televisores. Por tanto, deberá procurarse una posición
lateral siendo preferible que la luz proceda del lado iz- quierdo para la escritura de diestros.
En general, conviene que las fuentes luminosas visibles y otras áreas brillantes dentro del campo de visión no ten- gan una relación de brillo superior a 20/1 respecto al en- torno, siendo aconsejable su reducción a 10/1.
2.7. MODELADOYUNIFORMIDAD
Para resaltar la visión espacial de las personas y los obje- tos tridimensionales conviene que la luz proceda de va- rias fuentes o de una fuente extensa. Ello evitará las sombras duras y permitirá tener una visión aceptable en las zonas en sombra. Los paramentos y techos de locales de colores claros contribuyen a redistribuir la luz y com- pensan las áreas a contraluz. En general, la relación del nivel de iluminación entre “luz” y “sombra” conviene que sea inferior a 5/1.
Para acentuar la iluminación de las superficies planas de exposición (cuadros) se procurará una iluminación lo más uniforme posible (diferencia centro-borde inferior a 3/1) y un control elevado de los reflejos.
En los espacios públicos de circulación es interesante una alta iluminancia vertical sobre los pavimentos, controlan- do no obstante los reflejos molestos. Los paramentos con relieves superficiales se pueden iluminar con luz rasante para resaltar su textura.
2.8. COLORYFIDELIDADCROMÁTICA
Cuando se pretendan realizar tareas que requieran una alta precisión cromática, además de necesitar altos nive- les de iluminación, convendrá utilizar fuentes de luz con temperaturas de color similar a la luz de día (5.500 ºK).
Sin embargo, si se utilizan niveles de iluminación relativa- mente bajos son recomendables fuentes de luz más cáli- das, con temperaturas de color sobre los 3.000-4.000 ºK.
Para garantizar una excelente reproducción cromática se exigirá un índice de reproducción cromática Rg superior al 90%, siendo óptima la luz natural.
Espectro cromático de luz natural (arriba) y de luz incandescente (abajo).
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A efectos de reducir al máximo los posibles daños sobre las superficies fotosensibles se tomará en consideración la intensidad de las radiaciones de onda corta, limitándo- se la intensidad de la iluminación y la duración de la ex- posición, suprimiendo la radiación ultravioleta.
2.9. CONTROLDELNIVELLUMINOSOYDELAVISIÓN
El nivel de iluminación natural de los locales suele depen- der directamente del nivel exterior, que puede oscilar entre 10.000 a 100.000 lux según la hora y la nubosidad. Pero un local también puede recibir demasiada luz si no existe una protección contra la radiación solar directa. Por otro lado, ciertas actividades requieren una regulación preci- sa del nivel de iluminación, como por ejemplo para ver la televisión o descansar, llegando incluso a necesitar el os- curecimiento total para dormir o ver cine.
Una función similar a la iluminación es la visión a través de los huecos, tanto desde el punto de vista de ver el exterior (paisaje) como de ser visto (intimidad), y tiene gran importancia para la comodidad psicológica. Conven- drá por ello proteger visualmente aquellas actividades que requieran una elevada intimidad.
2.10. GESTIÓNSOSTENIBLEDERECURSOS
Una cuestión fundamental del proyecto de iluminación será disponer los locales principales con los huecos hacia el exterior, con el fin de aprovechar al máximo la ilumina- ción natural según la geometría del edificio, su entorno, el régimen horario de uso, y la compatibilidad de la acti- vidad que se pretenda desarrollar.
Evidentemente, se deberá disponer de una instalación de alumbrado artificial para uso nocturno, tanto para la ilu- minación de locales sin huecos al exterior, o como com- plemento a la iluminación natural diurna. Las prestaciones de las instalaciones luminotécnicas se definirán en fun- ción de las posibilidades técnicas y económicas requeri- das para su instalación, conservación y mantenimiento.
También será conveniente la previsión de los riesgos de accidentes u otros daños que puedan ser ocasionados por una mala iluminación natural en determinadas zonas del edificio, o por la falta de alumbrado de seguridad o emergencia cuando existan riesgos de averías o fallos en el suministro eléctrico, de vital importancia en locales públicos o de gran ocupación.
Por último, será deseable una correcta integración entre el alumbrado natural y el artificial, previendo la posibili- dad de que predomine la iluminación natural durante el día, utilizando el alumbrado artificial exclusivamente como iluminación de apoyo para aquellas zonas o situaciones que realmente lo necesiten.
I.1
30 La iluminación natural del interior de un local depende
directamente de la cantidad y dirección de luz que llega al exterior de cada hueco de ventana. Frente a cada ven- tana puede haber sectores de cielo visible y de superficies reflectantes, que a su vez pueden ser fuentes de luz na- tural con una dirección e intensidad distinta.
Podemos definir como entorno luminoso a la configura- ción geométrica del exterior de cada ventana, conside- rando su orientación e inclinación y las propiedades reflectantes de las superficies visibles. En la práctica se puede considerar el entorno como un escenario sin cam- bios temporales.
El clima luminoso de un lugar se define como el conjun- to de valores estadísticos de la luminosidad del cielo a diferentes horas del día, considerando el recorrido solar según la latitud y la estación del año, teniendo en cuenta también la influencia de la nubosidad.
El clima luminoso se puede resumir para facilitar el diseño en determinadas condiciones típicas mediante modelos simplificados de cielo de proyecto.
Sin embargo, para un diseño más detallado y exacto es necesario realizar una estimación de la luminosidad del cielo para poder predecir luego el nivel de iluminación exterior en ventanas. Estos cálculos se suelen realizar con la ayuda de programas informáticos, ya que el recorrido diario del sol proyectará luces y sombras sobre cada ven- tana y su entorno exterior, produciendo cambios cons- tantes en el escenario visible.
Si consideramos que desde una ventana se tiene una vi- sión hemisférica (de semiesfera) del entorno, en dicho espacio se pueden distinguir varios tipos de fuentes de luz natural denominados: componente solar directa (CSD) y difusa (CSdf), y componente reflejada del terreno (CRT) y de obstáculos (CRO).
• Luz solar directa (CSD). El recorrido del sol frente a una ventana puede iluminarla con un rayo solar direc- to, unidireccional y de gran intensidad, que varía con- tinuamente de posición y que puede anularse periódicamente por la nubosidad. Es la fuente de luz natural más potente, pero también la más incómoda por sus grandes fluctuaciones y por el riesgo de pro- vocar deslumbramiento al crear una mancha extrema-
INTRODUCCIÓN
1
Entorno visible desde una ventana vertical.
FUENTES DE LUZ NATURAL
2
Componentes de la luz natural del entorno.
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I.2
damente luminosa en el interior del local. Por tanto, se recomienda prescindir de ella.
• Luz solar difusa (CSdf). Es la luz procedente de la bó- veda celeste, excluida la luz solar directa, producida por la dispersión luminosa de la atmósfera (cielo azul) y la reflexión y difusión de las nubes. Tiene una menor intensidad pero es muy estable en el tiempo y puede proceder de un gran sector del hemisferio visible. Es la fuente de luz natural preferible, y suele ser el criterio fundamental para el proyecto arquitectónico.
• Luz reflejada de obstáculos (CRO). Los obstáculos del entorno visible desde la ventana, que sobresalen del horizonte, ocultan la luz solar difusa procedente del cielo, pero al mismo tiempo reflejan parte de la luz que reciben según su coeficiente de reflexión. Su in- tensidad puede variar durante el día según los obstá- culos verticales estén soleados o en sombra, y fluctuar según la nubosidad. Es el segundo factor más impor- tante para el diseño arquitectónico por anular parte de la componente solar difusa y porque la inclinación de dicha luz sobre la horizontal puede hacer que pe- netre profundamente.
• Luz reflejada del terreno (CRT). Es la luz procedente de las superficies del entorno por debajo del horizon- te, ocupando la mitad del hemisferio visible desde una ventana vertical. Puede tener intensidad elevada se- gún su coeficiente de reflexión medio (albedo) y la radiación que reciba de la componente celeste, como suma de la luz solar directa y difusa, por lo cual tam- bién puede estar sujeta a grandes fluctuaciones tem- porales por la nubosidad.
El entorno visible desde una ventana está configurado por la hemisfera enfrente del plano del hueco, que en el caso de ventanas horizontales o claraboyas sería la semies- fera de la bóveda celeste. En ventanas verticales se vería el terreno bajo el horizonte ocupando la mitad de la hemis- fera y los obstáculos visuales invadiendo parte de la mitad superior, ocultando así un sector de la componente solar difusa y pudiendo obstruir parte de la trayectoria solar a determinadas horas, suprimiendo con ello la componente solar directa.
Existen varios métodos gráficos para representar dicha hemisfera; algunos de ellos pueden ser fotografías con lentes ojo de pez o diagramas polares, si bien en este estudio se propone la representación cilíndrica por su fa- cilidad para transportar los ángulos de la silueta de los obstáculos visuales.
CONFIGURACIÓN DEL ENTORNO
3
Ángulos de inclinación θ y orientación φ del plano de una ventana respecto al entorno.
Luminosidad difusa procedente de la bóveda celeste (Marsch, A / www.squ1.com).
32 En el capítulo de clima/soleamiento del manual del calor
se describe en detalle la representación de obstáculos so- lares en la carta solar cilíndrica, que también se puede utilizar para representar el hemisferio visible desde el pla- no de una ventana, definido según la orientación φ del plano respecto al sur y la inclinación θ sobre el plano ho- rizontal.
Los obstáculos del entorno se pueden representar por las coordenadas polares de cada vértice de su silueta, me- diante su dirección o azimut Z respecto al sur y la altura Ah del punto sobre el horizonte teórico.
En el siguiente ejemplo se aprecia el sector hemisférico visible desde una claraboya horizontal (θ = 0º), y desde una ventana vertical (θ = 90º) orientada entre el sur y el suroeste (φ = +30º). En el ejemplo también se ha repre- sentado una silueta del horizonte real de los obstáculos visuales, con una altura Ah sobre el horizonte teórico para cada dirección Z.
En el caso de una ventana con una inclinación θ = 50º y orientada hacia φ = +30º el sector de cielo visible tendría la silueta del gráfico, en el que se ha señalado el foco o dirección hacia donde apunta la normal al plano.
Esquema de la inclinación de la ventana y la altura de obstáculos en la carta cilíndrica.
Carta cilíndrica del entorno con los obstáculos visuales y los sectores visibles desde una ventana horizontal y vertical.
Carta cilíndrica del entorno con el sector visible desde una ventana inclinada 50º.
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Mediante estas construcciones se puede hacer ya una pri- mera evaluación de la disponibilidad de luz natural pro- cedente de los diferentes sectores de componente solar difusa (CSdf) y reflejada del terreno (CRT) o de los obstá- culos (CRO). Es importante señalar la importancia relativa que tienen los sectores más próximos al foco correspon- diente a la dirección normal del hueco, por la ley del co- seno, distancia angular que se podría estimar mediante trigonometría esférica.
Para definir el clima luminoso de un lugar conviene de- terminar por separado la radiación solar directa que pue- da incidir sobre los huecos, para el proyecto de los elementos de protección solar, y la radiación difusa pro- cedente de la bóveda celeste, que es la que suele intere- sar para una iluminación interior segura y uniforme.
La radiación solar directa sobre una ventana se puede predecir mediante el estudio del recorrido solar diario en las diferentes estaciones del año. Para ello conviene utili- zar la carta solar de la latitud del lugar, como en el si- guiente gráfico correspondiente a la carta solar de Las Palmas de Gran Canaria (Lat = 28 ºN), calculada median- te el programa Solea-2.
En este ejemplo se ha introducido como dato del progra- ma un plano X con inclinación = 90º y orientación = +30º, para que represente el sector de cielo visible desde una ventana vertical.
El gráfico del recorrido solar se puede combinar con el estudio del entorno visible desde una ventana, ya desa- rrollado en el apartado anterior. En el siguiente gráfico se han hecho coincidir las proporciones de anchura y al- tura del gráfico del entorno, utilizando un sencillo pro- grama de edición gráfica, para superponer los recorridos solares sobre el hemisferio visible desde la ventana.
Componentes CDdf, CRO y CRT visibles desde una ventana vertical.
I.2
CLIMA LUMINOSO
4
Superposición de los recorridos solares sobre el hemisferio visible desde una ventana vertical (gráfico inferior).
34 CIELO DE PROYECTO
5
Ya se ha comentado que la estimación de la luminosidad del hemisferio celeste es una labor bastante complicada, al ser específica de la situación geográfica y del clima de cada lugar, variando según la posición del sol en cada estación y a cada hora, y que además dependerá muchísi- mo de la nubosidad del momento. Cuando se pretende averiguar la luminosidad del cielo frente a una ventana también habrá que considerar la inclinación y orientación de dicho plano. Como conclusión, lo más práctico será utilizar un modelo simplificado del cielo, o cielo de pro- yecto, que reproduzca sus cualidades más importantes, e intentar cuantificar la magnitud de la iluminación mediante valores estadísticos.
La observación del cielo, ya sea visual o mediante regis- tros fotográficos, muestra que la distribución de la lumi- nosidad no es uniforme, variando según la posición del sol, de la humedad o transparencia de la atmósfera, y de la nubosidad.
La “Commission International de l’Eclairage” (CIE) ha de- sarrollado una serie de modelos matemáticos de distribu- ciones ideales de la luminosidad del cielo, siendo las más comunes las del cielo uniforme, cielo cubierto y cielo despejado. Estos modelos se aplican a los programas de simulación para calcular el nivel de iluminación natural en edificios. El modelo de cielo más utilizado es el de cielo cubierto, porque en dichas condiciones se suele estimar la luminosidad mínima del cielo para garantizar un cierto nivel de iluminación natural en el interior de los edifi- cios durante una elevada proporción de tiempo al año.
El modelo de cielo cubierto se caracteriza porque la lumi- nosidad en el cenit es el triple que en el horizonte. En el modelo de cielo despejado predomina la componente solar directa, con más del 80% de la luminosidad total del cielo, mientras que la componente solar difusa se con- centra entorno al sol y en un sector opuesto del hemisfe- rio celeste.
La luminosidad del cielo se suele estimar según el nivel de iluminación o iluminancia Ehe (lux) que produce sobre una superficie horizontal exterior sin obstrucciones, equi- valente a un flujo de lúmenes por metro cuadrado (E = Φ/S). Estos valores son adecuados para ser aplicados al Factor de Iluminación Natural (FIN %) de cada punto de un local, que relaciona la iluminancia interior como un porcentaje de la iluminancia horizontal exterior.
ESTIMACIÓN DE LA LUMINOSIDAD
6
Imágenes de diferentes estados luminosos del cielo (Marsh.A / www.squ1.com).
Esquemas de modelos CIE de cielo uniforme, cielo cubierto y cielo despejado (K. Berg / www.egt.bme.hu/ecobuild).
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I.2
Estado del cielo (horas de sol efectivas/teóricas) Despejado (0.9) Cubierto (0.1) Solsticio de invierno (21 diciembre) 75.000 lux 30.000 lux Solsticio de verano (21 junio) 110.000 lux 45.000 lux
Iluminancia máxima horizontal exterior (Ehe lux) al mediodía en Canarias.
6.1. ILUMINANCIAHORIZONTALEXTERIOR
La iluminancia horizontal exterior (Ehe lux) varía a lo lar- go del día, con valores máximos a mediodía cuando el sol tiene su altura máxima, y depende por tanto de la latitud del lugar y de la estación del año. En Canarias (Lat = 28ºN) se puede estimar que se alcanzan los siguientes ni- veles máximos de iluminación horizontal exterior.
A primeras y últimas horas del día no existe prácticamen- te componente solar directa sobre la horizontal, mien- tras que en las horas centrales la distribución entre componente solar difusa y directa depende de la nubosi- dad, entre un 15 % de luz difusa en cielos claros hasta prácticamente el 100% en cielos totalmente cubiertos. En días nubosos, en los que se alternan claros y nubes, se produce una gran fluctuación de la luz natural y de su distribución entre componente directa y difusa.
Existe una relación entre la radiación solar y la luz solar, o rendimiento luminoso, que depende de si la radiación es directa (100 lm/W) o de si la luz procede de la bóveda celeste (R = 130 lm/W), siendo común utilizar el valor medio de R = 115 lm/W como rendimiento luminoso de la ra- diación solar. Esto permite deducir la luminancia exterior a partir de datos de radiación solar, como los siguientes registros realizados en un día despejado y otro semicu- bierto de agosto en la ciudad de Las Palmas.
Es interesante señalar que la curva inferior de las gráficas corresponde a la componente difusa del cielo y la supe- rior a la radiación total, destacando el gran incremento producido por la componente directa durante un día des- pejado. En el gráfico de un día cubierto con algunos claros conviene señalar el incremento medio de intensi- dad de la componente difusa y la gran fluctuación de la componente directa, que cuando brilla el sol permiten alcanzar intensidades totales de más de 1.000 W/m2, equi- valente a más de 115.000 lux.
6.2. ILUMINANCIADELCIELODEPROYECTO
Los valores del cielo de proyecto se deducen de estudios estadísticos para determinar el nivel de iluminación hori- zontal exterior que se supera el 85% del tiempo entre las 8 de la mañana y las 5 de la tarde a lo largo de un año.
Dicho valor representa el nivel de iluminación que convie- ne considerar en el cálculo de la iluminación natural para
Medidas de radiación solar durante un día despejado y otro casi cubierto de agosto en Las Palmas.
