ILUMINACIÓN NATURAL La luz, confort, métrica y diseño

Boris Véliz Gómez. Arquitectura Véliz

ILUMINACIÓN NATURAL

Naturaleza de la luz, percepción humana.

La Luz La luz es parte de la energía radiante, produce un estímulo especial en el ojo y permite la visibilidad de los objetos.

Una pequeña parte de la radiación entre 380 y 780 nanómetros, conforma el espectro visible por el hombre. Según las diferentes longitudes de onda apreciamos la luz como colores distintos (380-435nm, violeta),(780nm roja).

Nuestro sentido de la vista no reacciona de una forma lineal a todos los estímulos. Esto tiene un significado importante a la hora de diseñar una iluminación sana.

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Efecto visual y biológico

La Luz

Efecto visual de la luz,

Efecto visual de la luz La curva Vλ, aplicable al tipo de células llamadas conos es la base de todas las unidades de iluminación, como el lumen, el lux y la candela. Se denomina sistema fotópico. Gracias a la curva Vλ puede verse que el ojo no es muy sensible a la luz en el azul y en el rojo extremos y que tiene una sensibilidad máxima hacia la luz verdeamarilla

----Visión escotópica (formas)

Efecto biológico de la luz

___Visón fotópica (colores)

Efecto biológico de la luz,

__Sensibilidad visual __Acción biológica

Conexión nerviosa con un lugar en cerebro llamado núcleo supraquiasmático, que es el reloj biológico del cerebro. Al comparar las dos curvas resulta evidente de inmediato que la sensibilidad biológica hacia diferentes longitudes de onda de la luz es muy distinta de la sensibilidad visual. Mientras que la sensibilidad visual máxima se encuentra en la región de longitudes de onda del amarillo-verde, la sensibilidad biológica máxima se encuentra en la región azul del espectro.

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Efecto biológico del color

Confort La luz fría tiene un efecto biológico superior a la luz rojiza, La azul tiene un efecto activador mientras que el cielo rojo tiene un efecto relajante.

Van Bommel, W.J.M y Van den Beld, G.J, “La iluminación y el trabajo. Efectos visuales y biológicos” 2004, Holanda.

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Confort visual

Confort Sensación de bienestar que recibe el hombre cuando observa objetos o realiza tareas visuales sin molestias ni fatiga gracias a la adecuada combinación de calidad y cantidad de iluminación. El bienestar visual depende de:

_Nivel de iluminación adecuado.(Iluminancia media Eav) _Distribución espacial (Uniformidad Emin/Eav, y limitación del deslumbramiento: UGR). _Reproducción cromática correcta. (Ra)

El deslumbramiento: _Directo provenientes de fuentes de iluminación. _Por reflexión, proveniente de superficies de alta reflectancia que aparece en el campo del observador.

ILUMINACIÓN NATURAL Confort Norma europea de iluminación interior por actividades UNE EN 12464-1 Em (Iluminancia media y uniformidad) UGR (Índice de deslumbramiento unificado) Ra (Índice de rendimiento de colores)

Exigencias de calidad

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Concepto y magnitudes fundamentales

Métrica El brillo de la luz puede significar diferentes cosas: _Intensidad de flujo radiante que se propaga a través de un ángulo solido. (Intensidad luminosa) candela (cd) _Cantidad de luz procedente de una fuente (flujo luminoso) lúmenes (lm)

_Cantidad de luz que influye sobre una superficie, (Iluminancia) se mide en lm/m2, o lux (lx) _Cantidad de luz reflejada por una superficie (luminancia) cd/m2

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Concepto y magnitudes fundamentales

Métrica Intensidad luminosa (IL) Intensidad radiante y mide el flujo luminoso emitida por Producción una fuente en particular, que se propaga a través de un ángulo sólido (cd).

Flujo luminoso (ΦL) La cantidad de luz que viaja en una dirección Transmisión determinada Sus unidades son el lumen (lm). Iluminancia (EL) Corresponde a la irradiancia, es decir, es el flujo luminoso Incidente emitido o recibido por unidad de superficie y se expresa en (lm/m2). Los niveles de iluminación reglados para las distintas actividades y el brillo de la luz del sol medidos en un plano horizontal sin obstrucciones se expresa en esta magnitud. La luminancia (L) Es la intensidad luminosa recibida por unidad de Reflejada superficie, medida en (cd/m2). Importante ya que los objetos se perciben gracias a que existe contraste de luminancias entre ellos. El exceso de contraste o una luminancia excesiva provoca deslumbramiento.

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Iluminancia del cielo

Métrica Iluminancia del cielo _Debido a la dispersión atmosférica y la reflexión de las nubes la bóveda celeste emite una luz difusa, que varia notablemente en dependencia de las condiciones ambientales. Lo que provoca que la distribución de la luz cambie incluso a cada minuto. _La comisión internacional de Iluminación (CIE), ha desarrollado modelos matemáticos de distribuciones de Modelos estandarizados luminosidad ideal para diferentes condiciones del cielo. _Para calcular el factor de día se recomienda utilizar el peor escenario de cielo cubierto. _La iluminancia varia notablemente con la latitud, si disponemos datos precisos podemos introducirlos, sino es recomendable trabar con la recomendación del software para la latitud. Cielo claro, Cielo uniforme y claro uniforme cubierto

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Factor de día

Métrica Dayligth factor _Es la relación porcentual entre el nivel de iluminación natural en un punto en el interior de un local, y el nivel de iluminación natural exterior, sobre un plano horizontal sin obstrucciones, e iluminado por la luz difusa proveniente de toda la bóveda celeste. _Un factor de luz natural del 5% sobre una superficie interna significa que recibe 1/20 de la máxima luz natural disponible. _Como referencia menos del 2% es considerada poca y por encima del 5% revisar ganancia térmica.

Imagen, AutodeskEcoworkshop

Algunos valores de Iluminancia de referencia: _Soleado, verano (70000-100000 lux) _Nublado, verano (20000 lux) _Nublado invierno (3000 lux) _Necesario para leer (100 lux) _Trabajo de oficina (300-800lux)

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Factor de día, método de flujo dividido.

Métrica El método manual más usado para calcular el factor de día:

SC- Sky Component Iluminación directa proveniente de la bóveda celeste. ERC-Ext. reflected component. Luz reflejada por el entrono exterior. IRC-Internal reflected component Luz reflejada por el entorno interior. F= SC+ ERC + IRC

Imagen, Ecotect, wiki

Ecotect usa este método de base geométrico para calcular la iluminación.

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Limitaciones de Ecotect

Métrica El método de base geométrico para calcular la iluminación, aunque esta reconocido internacionalmente tiene ciertas limitaciones: _El ray-tracing no considera múltiples reflexiones, por lo tanto subestima las reflexiones de la luz indirecta de múltiples superficies.

Ecotect

_Ecotect nos permite, exportar RADIANCE, software libre de Lawrence Berkeley Laboratories, que utiliza una técnica de ray-trace para resolver iterativamente el intercambio del luz radiante entre la superficies

Radiance Imagen, AutodeskEcoworkshop

ILUMINACIÓN NATURAL Métrica Useful Daylight Illuminances (UDI) Porcentaje de horas de trabajo que se pueden cubrir las necesidades con luz natural _Comparativa entre la iluminancia por el factor de día y los requisitos de la actividad en el tiempo.

Cuantifica además los niveles de luz demasiado altos o bajos sobre las siguientes consideraciones: _Insuficiente menos de 100lux _Útil entre 100 y 2000 lux _Molestia mas de 2000 lux Imagen, AutodeskEcoworkshop

Autonomía por luz natural.

ILUMINACIÓN NATURAL Métrica _Las áreas de alto iluminación junto a zonas de poca luz genera deslumbramiento y molestias. _Una bombilla desnuda en su escritorio puede proporcionar luz suficiente pero genera un brillo directo muy molesto.

_Controlar el deslumbramiento de la luz natural es especialmente importante por su alta intensidad.

Imagen, AutodeskEcoworkshop

Deslumbramiento

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Deslumbramiento, niveles y medición

Métrica _Es muy difícil de medir, ya que la cantidad de luz que se percibe es subjetiva y depende de varios factores (incluyendo edad de la persona) En el análisis de la iluminación natural, el brillo se evalúa a menudo mediante las vistas de ojo de pez a la altura de la cabeza de un trabajador.

La métrica se basa en la iluminancia en el campo de visión de una persona, medida desde un punto de vista específico (cd/m2). Es la cantidad de luz que refleja una superficie en el ojo de un espectador.

Algunas reglas útiles de _Entre objeto de trabajo y su fondo 3:1 contraste de lIuminancias _Entre objeto de trabajo y la superficie 5:1 _Evitar contrastes en zonas de trabajo superiores a 10:1 _Evitar valor absoluto de iluminancia mayor que 2000lux. _Contraste 20:1, significa que los ocupantes ven siluetas. _Contraste 50:1, causa molestias, debe ser evitado.

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Luz ambiente y luz de trabajo, Uniformidad

Métrica Una buena distribución de la luz requiere un equilibrio entre la luz de trabajo y la luz ambiental. _Una persona para dibujar puede necesitar 1000 lux _Para papeleo ordinario solo necesita 500lux _El resto de la estancia solo necesita 150 lux La luz ambiental requiere mucho menos brillo que la luz de escritorio. Un estrategia de eficiencia energética consiste en separar las fuentes de iluminación ambiental de las fuentes de iluminación de trabajo. Uniformidad UNE EN12464-1 (relación luz trabajo-ambiente)

Imagen, AutodeskEcoworkshop

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Temperatura del color

Métrica 

_La luz debe tener un color adecuado para garantizar el confort visual. La temperatura del color se mide en grados Kelvin.  _La norma establece apariencias de color a luminarias.



_Incluso para ciertas temperaturas del color, determinadas partes del espectro pueden permanecer ausentes.



_La integridad del espectro de luz se mide por el índice de rendimiento del color. Ra



_Se debe garantizar que a los colores de seguridad rojo, amarillo, azul, blanco y negro sean visibles. Norma ISO 3864.

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Estrategias, proporción y forma del hueco

Diseño _Huecos alargados = Iluminación homogénea

_Hueco a media altura buena iluminación en una masa cercana. _Hueco en la parte alta iluminará mejor una mesa situada en el lado opuesto de la habitación. _Hueco alto pero estrecho, proporciona una distribución más uniforme en profundidad que a lo ancho.

_Hueco ancho que ocupe el frente y altura reducida, distribuirá mejor en anchura que en profundidad.

Neyla, Javier, Arquitectura bioclimática

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Iluminación Lateral

Diseño _La luz de día útil se conseguirá en las 2,5 veces la altura de la parte alta de la ventana de acceso. En este caso entre 5 y 7m de profundidad. _La introducción de ventana a ambos lados de la estancia favorece una distribución más homogénea de la iluminación. _En condiciones de cielo cubierto la luz cerca del horizonte es alrededor de 1/3 de la luz del cenit, por lo tanto la ventanas horizontales delgadas no proporcionan tanta iluminación como ventanas verticales más altas.

Imagen, AutodeskEcoworkshop

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Sistemas reflectores de ventana

Diseño _El uso de estantes de luz nos permite dirigir parte de la luz hacia arriba, y los reflejos del techo la difundirán más en profundidad en el espacio.

_Con estantes de luz horizontales y profundos, la direccionalidad general de luz que entra en el espacio será más horizontal, haciendo sombras largas y disminuyendo el contraste.

Imagen, AutodeskEcoworkshop

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Superficies reflectoras, variables

Diseño _Superficie reflectora a la altura del antepecho, combinación iluminación directa y reflejada.

_Superficie a media altura permite llevar la iluminación hacia la zona más profunda de la estancia.

_Un sistema de lamas, introduce la luz en la habitación y reduce parcialmente la iluminación en la zona contigua a la ventana. Neyla, Javier, Arquitectura bioclimática

ILUMINACIÓN NATURAL Diseño _La iluminación por claraboyas planas ofrecen unas excelentes características de uniformidad, si bien es necesario introducir mecanismo de protección de la radicación solar directa y utilizar vidrios que limiten la ganancia por radiación directa. _Lucernarios de diente de cierra orientados al norte y protegidos de la radiación baja del amanecer y del final del día, Iluminación uniforme y de calidad. _Es relevante el uso de deflectores claros en el techo de los lucernarios y el control de la radiación.

Lucernarios

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Atrio acristalado

Diseño _Una forma de llevar la luz a espacios de gran profundidad.

_Ratio de altura en relación a la anchura para un buen aprovechamiento de la luz no debe ser superior a 2:1.

Neyla, Javier, Arquitectura bioclimática

El uso de reflectores o difusores suspendidos en el espacio permitirá potenciar el efecto de la luz en zonas interiores más profundas.

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Conductos de paso

Diseño

Neyla, Javier, Arquitectura bioclimática

_En locales muy profundos, sótanos o espacios con dificultades para acceder a la radiación. _Canales, cuya boca orientada al sol y diseñada para captar la radiación directa recibida con diversos ángulos, que provocan múltiples reflexiones especulares en el interior del conducto, dirigido al local a iluminar.

ILUMINACIÓN NATURAL Diseño Conducción de la luz natural a través de fibra óptica:

_Un capturador /concentrador de luz natural basado en la utilización de un lente Fresnel. _Un conductor de fibra óptica que transporta por múltiples reflexiones la luz natural. _Una lente óptica que reproduce la luz en el espacio a acondicionar.

Almusaed, Amjad, Biophilic and bioclimatic architecture, London 2011

Fibra óptica y luz natural

ILUMINACIÓN NATURAL Flujo de trabajo, Autodesk

BIBLIOGRAFÍA _Van Bommel, W.J.M. y Van den Beld, G.J. “La iluminación en el trabajo: Efectos visuales y biológicos”. Philips Lighting, Holanda 2004.

Almusaed, Amjad, “Biophilic and bioclimatic architecture”, London 2011 _Baruch, Givoni. ”Man, climate and architecture”. Elseveir Publishing Company. Amsterdam 1969. _Alemany Barreras, Alba, “Climatología, iluminación, acústica, aplicación en la arquitectura”, La Habana, ISPJAE, 1975 _Neíla González, F. Javier “Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible” Editorial Munilla-Lería, Madrid 2004 _UNE 12464.1, Norma europea sobre Iluminación para interiores. _Granados Menéndez, Helena. “Principios y estrategias del diseño bioclimático en la arquitectura y el urbanismo, eficiencia energética”. Consejo Superior de los Colegios de Arquitectos de España, 2006. http://wiki.naturalfrequency.com/wiki/Lighting_Design