ESTUDIO DE LA RECONVERSIÓN DEL ALUMBRADO ARTIFICIAL POR ILUMINACIÓN NATURAL EN OFICINAS DE USO DIURNO. CASO DE APLICACIÓN A Pattini, L. Ferrón, L. Córica LAHV- INCIHUSA-CRICYT-CONICET- Av. Ruiz Leal s/n. Parque Gral. San Martín (5500) Mendoza Tel.: 0261-4288797 int. 270- Fax. 0261-4287370 – E-mail: [email protected]; [email protected] La necesidad de los usuarios de oficinas de optimizar los niveles de iluminación y confort visual, plantea la posibilidad de pensar en la aplicación de sistemas innovativos de iluminación natural. Actualmente, numerosas oficinas no están visualmente conectadas al exterior ya que el uso de iluminación artificial ha permitido la independencia de espacios de trabajo a la proximidad y existencia de ventanas. Para un caso de aplicación, el uso de una metodología específica determinó que la estrategia de iluminación natural más adecuada sería la redirección de la luz solar directa, trabajando en el diseño de la luz reflejada. Esto, sumado a la percepción de la mancha solar diurna para las distintas estaciones del año, referencia las condiciones climáticas exteriores permitiendo seguir la coreografía natural del paso del tiempo. La metodología propuesta, consta de análisis de la situación inicial, modelización de condiciones, y propuestas resolutivas de diseño, a través de evaluaciones lumínicas, evaluaciones subjetivas, construcción de maquetas reales y virtuales, y evaluación de las respuestas en heliodon y en programas de simulación. Este trabajo apunta a incrementar las aplicaciones de diseño de sistemas innovativos de iluminación natural, aplicando estrategias de redirección de la componente solar, que optimicen los niveles de iluminación hasta en un 40 %.

INTRODUCCIÓN: Las personas hoy en día pasan la mayor parte de las horas diurnas en espacios construidos (edificios). Estas se ven sometidas a permanecer en ambientes interiores por extensos períodos y se espera de ellas, la realización con eficiencia y satisfacion de sus correspondientes tareas. La primera revisión de como la gente reacciona a ventanas fue efectuada en respuesta a las tendencias de conservación de energía en el edificio a principios de los años 1970 (Collins, 1975). En vista de los avances de en los campos de iluminación artificial y la ventilación mecánica, se pensaba que una reducción sustancial del tamaño de ventanas, o su eliminación completa sería necesaria para reducir el consumo de energía excesivo. Collins (1975) sin embargo, encontró que las ventanas proporcionaron muchas funciones más para la gente que la sola función de ser fuentes de luz y aire. En su revisión de 88 estudios relacionados con la ventana conducidos en una variedad de espacios interiores (incluyendo fábricas, oficinas, y hospitales), encontró que las ventanas proporcionaron una vista al exterior, el conocimiento del tiempo y la referencia de la hora del día, alivio de los sentimientos de claustrofobia, monotonía o aburrimiento, un cambio de atención, aportando belleza al espacio e indica el estatus del espacio. Varios estudios revelan la opinión generalizada que a la gente no le gusta trabajar en oficinas sin ventanas. En un estudio de 139 oficinistas en los Estados Unidos (Ruys, 1970), el 90 % de los encuestados trabajando en espacios sin ventanas expresó el descontento por la carencia de ventanas. Casi el 50 % de estos trabajadores pensó que la carencia de ventanas afectó su trabajo desfavorablemente. Los motivos principales dados por los encuestados para tener aversión a sus oficinas sin ventanas eran; ninguna luz del día, ventilación pobre, carencia de información sobre el tiempo,

carencia de una vista al exterior, los sentimientos de aislamiento y sentimientos de depresión y tensión. Finnegan y Salomón (1981) supusieron que los trabajadores en un ambiente sin ventanas tendrían actitudes más desfavorables hacia sus empleos que aquellos con ventanas. Este estudio es uno de los primeros en la psicología en llamar la atención a la influencia de ventanas sobre la satisfacción de trabajo. Lamentablemente, ninguna información fue proporcionada por ellos sobre el tipo de ventana (tamaño de las ventanas, vidrios claros, etc.), paisaje que era visto desde la ventana (vistas a superficies construidas o naturales) o que grado de acceso a las mismas tenían los encuestados. Los efectos de ventanas sobre varios aspectos de la satisfacción ambiental en el trabajo también fueron estudiados por Boubekri y Haghighat (1993). Estos investigadores supusieron que aquellos trabajadores que ocupan puestos de trabajo próximos a ventanas estarían más satisfechos por los atributos del ambiente de trabajo en general. En una evaluación de postocupación (POE) de un edificio de oficinas, examinaron los efectos de proximidad a ventanas sobre las percepciones de oficinista de atributos de lugar de trabajo como la iluminación, la calidad del aire, la temperatura, la intimidad y la cantidad de espacio. Los autores relatan que la diferencia más significativa entre grupos en lo que concierne a la clasificación de atributos ambientales era la capacidad de tener una vista hacia fuera. El grupo próximo a ventanas percibió este atributo entre el menos importante mientras que el grupo sin ventanas tasó la vista como el segundo atributo más importante. Ne'eman, Sweitzer, y Vine (1984) encontraron una correlación negativa entre la satisfacción y la percepción de la importancia de tener una ventana; es decir, los que están menos satisfechos por la ventana lo perciben como más importante y los que están más satisfechos tienden a darlo por sentado y lo perciben como menos importante.

Trabajos para evaluar la importancia de la vista a través de una ventana de un paisaje natura, versus un paisaje urbano comentados por Farley, K. y Veithc, J.A (2001), concluyen en que el área de penetración de luz del sol está directa y positivamente relacionada con la satisfacción en el trabajo y el bienestar general y negativamente relacionada con la intención de retirarse de él. Además las vistas a paisajes naturales se relacionaban negativamente con la intención de retirase pero esta relación es mas débil. Estos resultados parecen indicar que la luz del sol podría funcionar por una vía más inmediata de influencia que la vista a paisajes naturales. Las vistas por otra parte, podrían actuar más sobre procesos de apreciación positiva del ambiente que mejora el impacto negativo y el stress laboral. Las conclusiones de este estudio sugieren que no es el nivel general de iluminación el motivo por el cual las ventanas son importantes, más bien el tamaño del área de luz solar de las ventanas y la proporción de elementos naturales de la vista disponible. Según los autores, es por estos mecanismos de influencia duales que las ventanas tienen efectos directos e indirectos sobre las actitudes de trabajo, intenciones conductuales y bienestar de usuarios. NORMAS DE ILUMINACIÓN EN OFICINAS Los niveles necesarios de iluminación sobre los distintos planos de trabajo del espacio destinado a oficinas se constatarán con los indicados por la norma IRAM AADL J 20-06 (Tonello, G., Sandoval, J.. 1997). Las mismas, dependiendo de la tarea, dan valores entre los 300 y 500 lux.

construcción de una maqueta, y simulación en base a maqueta virtual. Caso de estudio El presente trabajo se basa en el análisis de la iluminación natural de una oficina sin ventanas, pero con la presencia de lucernarios en el techo. La misma, se encuentra ubicada en un edificio de una planta (fig. 1). La latitud correspondiente a su emplazamiento es 32° 53 41", y su longitud 68 52” y su clima es semiárido.

Fig.:1Puestos de Trabajo El espacio tiene una superficie de 33 m2, y contiene 5 puestos de trabajos dispuestos por el uso de PC y trabajos de lecto-escritura en papel impreso. Para su acondicionamiento termolumínico cuenta con sistema de calefacción de radiadores de agua caliente (calefacción a gas natural). Para su iluminación artificial cuenta con 3. artefactos de 3 tubos fluorescentes de 40 Watt sin difusores. Los mismos se encuentran siempre encendidos.

Estos valores varían dependiendo del país del origen de la normativa o recomendación y también según la actuacilización de éstas en un mismo país. (Pattini, 2000) En cuanto al nivel de iluminación preferido Kirschbaum y Tonello (1997) mostraron en sus resultados que la iluminación de un local, destinado a oficinas, con muros claros e iluminados con lámparas fluorescentes luz día, fueron evaluados con una moderada apariencia atractiva y estimulante para niveles de iluminación entre 500 y 600 lux sobre el plano de trabajo. Incrementando los niveles de iluminación alrededor de 1200 lux, el local fue evaluado como claro, moderadamente atractivo, estimulante y cálido. Fontoynont (2002), reflexionando sobre si el comportamiento de los sistemas de iluminación natural debe ser evaluado por procedimientos objetivos, concluye en que los usuarios de un espacio interior iluminado perciben la calidad de la iluminación natural por sensación mixta. Por una parte, se espera que la iluminación natural cumpla con los requerimientos de niveles de iluminancia sobre plano de trabajo, sin generar deslumbramiento. Por otro lado, se espera que los resultados sean “visualmente” agradables. Por lo tanto, es preciso definir protocolos que exploren sobre las preferencias al mismo tiempo que parámetros objetivos que permitan realizar las tareas en confort visual.

Vista

El horario de ocupación de la oficina es de 8 a 16hs. Entrevista a los usuarios. Los usuarios manifestaron incomodidades y malestares visuales y de estados de ánimo al finalizar la jornada laboral, atribuyéndole estos síntomas a las condiciones ambientales luminicas de su oficina. A través de entrevistas con preguntas abiertas se determinaron los principales inconvenientes detectados, a continuación se enumeran en orden de importancia manifestado por los usuarios. 12-

METODOLOGÍA: 3La metodología utilizada propone el análisis de la situación inicial de un caso de estudio particular, la modelización de las condiciones, y la elaboración propuestas resolutivas de diseño. Las evaluaciones lumínicas, serán realizadas sobre el espacio físico real, sobre un modelo escala a través de la

Imagen exterior de techo

Falta de vista con el exterior Falta de referencia de la condición climática (cielo nublado o soleado) No percepción de la hora del día, ni de los cambios estacionales.

En ningún caso los usuarios manifestaron que la cantidad de luz fuera insuficiente.

Mediciones Sobre la superficie del plano de trabajo se distribuyeron uniformemente 10 puntos de medición. Espacio físico: Se efectuaron mediciones de iluminancia sobre cada uno de los puestos de trabajo para el día 21 de Septiembre a las 12:00hs, como valor de referencia. Los resultados de los mismos se muestran en la fig. 2. Fecha

Puntos

21-Sep

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Edificios del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, California, Estados Unidos, dentro del marco del proyecto Iniciativas en Alumbrado Natural para la Transformación del Mecado, auspiciado por el Instituto Californiano de Eficiencia Energética (CIEE) y financiado por la firma Pacific Gas & Electric Company (PG&E)(fig. 4).

Iluminancias (Lux) 98 133 188 273 424 681 14497 263 263

Fig. 2 Modelo a escala: Para poder evaluar las condiciones de luz natural aportadas por los lucernarios en las estaciones básicas del año (solsticios y equinoccios) se construyó un modelo a escala. (fig. 3).

Fig.4: Vista Radiance

Análisis de datos obtenidos A partir de una primera evaluación de la luz natural del espacio destinado a los puestos de trabajo se detectó que puntualmente en los meses de Marzo y Septiembre hay una importante falta de uniformidad sobre los mismos con valores que se indican en la fig. 5. para los restantes meses del año, los valores de iluminación y uniformidad se encuentran dentro de los rangos que establecen las normas. La fig. 6 nos muestra con una vista en perspectiva como se ve en interior del espacio desde los tres modelos de analisis, en tanto que el grafico 1 permite ver gráficamente los rangos en una escala.

Fig. 3 Modelo escala Utilizndo un heliodon, se realizaron mediciones para todos los meses del año, con la intención de observar el comportamiento de la iluminación natural aportada por los lucernarios dentro del espacio. Para los meses de junio y diciembre se observó sólo la presencia de las componentes difusa y reflejada. Para los meses de marzo y septiembre, se notó que debido al ángulo de incidencia de la luz solar, ingresa un haz de luz directa a través de cada lucernario.

Maqueta virtual: a fin de evaluar y comparar la situación real y las propuestas de mejoramiento se realizó la simulación de las condiciones lumínicas mediante el software Desktop Radiance 2.0 BETA. Este programa fue desarrollado por el Departamento de Tecnologías de

Fig. 5 Distribución lumínica carente de uniformidad

Situación Real Fig. 6

Modelo escala

Modelo Virtual

16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1

2

3

4

5

espacio fisico

6

7

radiance

8

9

10

maqueta

Grafico 1 Comparación de valores para cada método. Propuesta de mejoramiento A fin de dar respuesta a la necesidad manifestada por los ocupantes de obtener en su ambiente laboral alguna referencia del estado del tiempo y del paso del mismo; se propone la reconversión de la iluminación artificial predominante por la utilización de la iluminación natural ingresada por la transformación de los lucernarios en lumiductos de superficies altamente reflectantes. (fig. 7)

Fig. 8 Esquema de propuesta Resultados En las mediciones realizadas de los resultados obtenidos después de la aplicación de los dispositivos, podemos observar una importante mejora en cuanto a los niveles de iluminación y coeficiente de uniformidad sobre las superficies de los planos de trabajo. En las siguientes imágenes se expresan grafica y analíticamente los valores de niveles de lux obtenidos en cada punto de medición sobre el plano de trabajo, y el correspondiente coeficiente de uniformidad para cada grupo de datos. Fig.9, 10 – Graf. 2

Fig. 7: Detalle Lucernario Como primera medida, se propone como objetivo de diseño procurar la uniformidad de la luz natural sobre los planos principales de trabajo, siendo esto una posible causa de dificultades visuales manifestadas por los usuarios del espacio laboral. La propuesta se basa en la redirección del flujo luminoso hacia el techo para generar allí una fuente de luz natural secundaria que mejore la uniformidad del flujo final sobre la línea de montaje de los planos de trabajo (fig. 8).

Los resultados expuestos gráficamente corresponden al día 21 del mes de septiembre, fecha elegida como parámetro referente por ser la situación lumínica que se presenta durante esa época del año la mas critica a resolver. Cabe aclarar que, durante el resto de los meses del año en que la luz captada por los lucernarios es predominantemente difusa y reflejada, el dispositivo propuesto mantiene los niveles de uniformidad e iluminación habituales del recinto.

de redirección de la componente solar, permite no solo optimizar los niveles de iluminación, sino que también puede mejorar otros aspectos de la iluminación de un espacio, como puede ser la uniformidad o la complementacion con los sistemas de alumbrado artificial.

Referencias:

Fig. 9 Modelo a escala con difusores–21 sep

Punto maqueta sin maqueta con medido difusor difusor 1 188 424 2 304 450 3 350 464 4 441 600 5 436 632 6 578 592 7 14630 532 8 426 533 9 395 485 10 342 362 coeficiente de 0,10392482 0,713441072 uniformidad Fig. 10 Valores medidos y coeficiente de uniformidad

1000 800 600 400 200 0 1

2

3

4

5

maqueta sin difusor

6

7

8

9

10

maqueta con difusor

Graf. 2 Perfomancia de uniformidad obtenida

Conclusiones El presente estudio fue realizado a partir de una solicitud específica por parte de los usuarios, lo que nos permite decir en primera instancia que, a pesar de estar desenvolviéndose en un espacio acorde a los niveles de iluminación recomendados por las normas vigentes, esta situación no es suficiente desde el punto de vista del confort visual. Como segundo punto a mencionar, es importante destacar que la posibilidad de adaptar e incrementar las aplicaciones de diseño de sistemas innovativos de iluminación natural, aplicando, por ejemplo, estrategias

Finnegan, M. C. & Solomon, L. Z. (1981). Work attitudes in windowed vs. windowless enviroments. The Journal of Social Psychology, 115, 291-292. Boubekri, M., Hull, R. B.& Boyer, L. L. (1991). Impact of window size and sunlight penetration on office workers’ mood and satisfaction: A novel way of assessing sunlight. Environment and Behavior, 23, 474-493. Ne’eman, E., Sweitzer, G., & Vine, E. (1984). Office worker response to lighting and daylighting issues in workspace environments: A pilot survey. Energy Buildings, 6, 159-171. Sato, M., & Inui, M. (1994). Human behavior in windowless office spaces. Journal of Light and Visual Environment, 18, (1), 26-37. Farley, K. y Veithc, J.A (2001). A Room with a View: A Review of the Effects of Windows on Work and Well-Being. IRC-RR-136. NRC. Fontoynont, M. (2002). Perceived Performance of dalylighting systems: lighting efficacy and agreeableness. Solar Energy Vol. 73, No. 2, pp.83-94. Tonello, G. y Sandoval, J. (1997). Recomendaciones para iluminación de oficinas AADL. Kirschbaum C,Tonello G. (1997).Visual Appearance of Office Lighting,4th European Conf. on EnergyEfficient Lighting,Denmark,Vol.I, Noviembre143-148.