Por razones de facilidad constructiva y de costos, la mayoría de los aventanamientos para iluminación natural se realizan a través de los muros laterales. El factor más importante a tener en cuenta cuando se ilumina lateralmente es la orientación.
Los diseños con iluminación unilateral tienen tres problemas que resolver:
La mala distribución de la iluminación lateral.
La luz solar directa, que puede causar deslumbramientos.
El hecho de que sólo los locales con un muro al exterior o al techo (cielo) pueden ser iluminados con luz natural.
4.1. Bandejas reflectoras o estantes de luz
La distribución interior de la iluminación lateral, que ingresa por una ventana ubicada en la fachada norte, puede ser mejorada con la colocación de una bandeja o estante horizontal de material reflectante. Un estante de luz tiene el efecto de incrementar la componente reflejada y redireccionarla al cielorraso interior que trabaja como una fuente secundaria de luz natural.
La ubicación de los estantes de luz con respecto al plano del edificio afecta su exposición al cielo, y por ende su reflexión de luz sobre el cielorraso. Este tipo de estante de luz intermedio se utiliza dividiendo la parte superior e inferior del vidrio, reflejando luz adicional a través de la parte superior del vidrio, mientras actúa como un alero de sombra para la parte de abajo del vidrio en los meses de verano.
La contribución de los estantes de luz a la iluminación interior está directamente afectada por la reflectancia del cielorraso. El muro posterior también afecta la iluminancia, porque su aporte está limitado por su exposición directa a la luz solar y, en un grado menor, a la luz reflejada desde el techo; la exposición directa del muro posterior del reflector horizontal es despreciable.
Es un error de concepto generalizado que esta configuración aumenta la iluminancia en la parte posterior del local. En la práctica, la reflectancia adicional sobre la superficie del cielorraso no incrementa la luz directa del cielo que es obstruida por el estante. La principal ventaja del estante de luz intermedio es la reducción del deslumbramiento desde el cielo a los lugares próximos a la ventana, como se muestra en la figura 13.
4.2. Nuevos materiales
Se ha extendido la utilización de nuevos materiales que se aplican sobre los estantes de luz, como por ejemplo el sistema Valra, que utiliza un material reflexivo flexible que puede ajustarse estacionalmente. También se han desarrollado materiales difusores reflexivos basados en el mismo principio, formados por tablillas fijas —tipo cortina americana— que con la finalidad de optimizar su mantenimiento, y en consecuencia máxima duración con efectividad a lo largo del tiempo, se los puede colocar entre dos paños de vidrio.
4.3. Vidrios prismáticos
Se utiliza el efecto que produce un prisma de redirigir la luz por refracción, produciendo un efecto similar al de los estantes de luz: al llegar la luz del sol directamente a las superficies de los múltiples prismas del vidrio (o material plástico), es redirigida hacia el cielorraso. Con cielo nublado su efecto es despreciable. También en este caso, para un mantenimiento adecuado en el tiempo, estas placas prismáticas se colocan entre dos vidrios transparentes, en la parte superior de la ventana. Pueden construirse fijos o permitir algún tipo de movimiento de acuerdo a las estaciones. Una sofisticación es la realización de una película prismática adherente que puede ser aplicada sobre la superficie de la ventana.
4.4. Sistemas con hologramas
Estos tienen una propuesta similar a la anterior, pero en este caso, la difracción es creada por estructuras microscópicas y los elementos ópticos holográficos pueden ser usados tanto en soporte móvil como fijo. El efecto de arco iris puede hacer que no sea adecuado para todas las aplicaciones.
4.5. Lumiductos
Estos sistemas son utilizados cuando un local no tiene posibilidades de recibir la luz natural porque no tiene ningún muro expuesto al exterior o bien porque se considera insuficiente la luz natural que ingresa. En la figura 14 se muestra un ejemplo. Tienen tres partes constitutivas:
Un captador de luz solar
Un conductor de luz solar
Un emisor de luz al interior del local (o boca de salida)
Este sistema es sólo justificable en climas soleados y no responde con eficiencia a la luz natural difusa.
5. Tratamiento cuantitativo de la luz natural
La iluminación de un interior es cuantificada por la iluminancia en el Plano de Trabajo. El Plano de Trabajo de referencia, es un plano ficticio, horizontal, vertical o con una determinada inclinación (dependiendo del uso que se le dará al local: oficina, aula, museo, etc.) formado por una grilla de puntos equidistantes y de una altura correspondiente con la función (ej. 0,80 m para oficinas).
Los procedimientos para calcular la iluminación interior en cada uno de los puntos de la grilla del Plano de trabajo, proveniente de fuentes naturales han sido propuestos por diferentes países desde hace más de 90 años (Fontoynont, 1998). En general en la actualidad se pueden clasificar en dos:
5.1. Métodos que proveen iluminancia relativa (los valores se expresan en porcentajes).
Los métodos de análisis que determinan la iluminancia relativa, le permiten al diseñador o analista hacer una predicción del porcentaje de la Luz Natural exterior que es utilizada para iluminar el interior analizado. La iluminancia relativa es frecuentemente percibida como una constante que no varía con la hora del día ni con la orientación de la abertura (Factor de Luz Natural).
5.2. Métodos que proveen valores absolutos de iluminancia interior de un local (los valores se expresan en lux).
Estos métodos le otorgan al analista o diseñador una predicción de la cantidad de iluminación interior provista por la Luz Natural en cada punto considerado del local. La iluminancia absoluta varía con el tiempo (hora, mes, estación), con la orientación de la abertura, y con las condiciones de cielo (claro, parcialmente nublado y cubierto)
5.3. Factor de luz natural
Este método ha sido desarrollado para condiciones de cielo nublado, pues la iluminancia relativa es una constante, lo que no ocurre bajo condiciones de cielo claro.
El Factor de Luz Natural (FLN) es la relación entre la iluminancia en un punto interior (Ei) y la iluminancia horizontal en una superficie exterior no obstruida (Ee) medidas en forma simultánea, de manera que:
FLN = (Ei/Ee) x 100
Obteniéndose:
Ei = (FLN/100) x Ee
Como la iluminación externa está en constante cambio, la iluminancia interior la acompaña, de manera que la iluminancia cambia su valor en el tiempo t:
Ei(t) = (FLN/100) x Ee(t)
En esta ecuación el término Ee(t) representa el aporte del cielo como luminaria y el término FLN/100 depende del diseño de arquitectura.
El Factor de Luz Natural es una expresión de la eficacia de utilizar la luz del cielo para proveer iluminancia horizontal en un interior, es decir que este factor indica en qué medida el edificio y su interior -muros y cielorraso-, así como las obstrucciones externas, restringen la potencial disponibilidad de iluminancia. El FLN podría ser del 100% en ausencia de un edificio o de una obstrucción.
En una forma simplificada se puede decir que el FLN considera los tres componentes siguientes:
1. La componente de cielo (Cc): es la proporción de luz que aporta de la porción de cielo que ¨ve¨ el punto interior donde se calcula la iluminancia.
2. La componente reflejada del exterior (Cre): es la proporción de luz reflejada que llega al punto interior donde se calcula la iluminancia desde todas las superficies del exterior.
3. La componente reflejada del interior (Cri): es la proporción de luz reflejada que llega al punto interior donde se calcula la iluminancia desde todas las superficies interiores.
FLN = Cc + Cre + Cri
El Factor de Luz Natural cuantifica todos los efectos del exterior y del interior en la iluminancia de un punto interior considerado, siendo una función de:
La posición de un punto considerado
Las dimensiones interiores
Las reflectancias de las superficies interiores
La localización, tamaño y estructura de la abertura
La localización, tamaño y reflectancias de las obstrucciones externas
Las reflectancias del suelo (albedo)
Si se analiza ahora el FLN en distintos puntos del ambiente interior (Plano de Trabajo), y para un dado valor de Ee en el tiempo, el mismo cambia de un punto a otro de la misma forma que lo hace la iluminancia del interior, es decir, tiene igual distribución. Esto significa, que una curva de distribución de iluminancia Ei (lux) tendrá una forma similar a la curva de FLN (%).
En general se especifican los siguientes valores críticos del Factor de Luz Natural:
Valor de FLN promedio
Valor de FLN mínimo
Valor de uniformidad FLNmin/ FLNprom
que, de acuerdo a lo dicho en el párrafo precedente, están en relación directa con los valores respectivos de iluminancia en el interior.
5.4. Mediciones en modelos a escala
La evaluación de la luz natural en modelos a escala (Pattini y otros, 1993) es muy utilizada porque además de permitir un análisis cuantitativo (valores interiores medidos) otorga datos cualitativos de la distribución de la iluminancia interior. La luz no tiene dimensión escalar, por lo tanto, los valores de iluminancia medidos en maqueta serán los mismos que se registrarán en el local de interés. El único factor de posible distorsión está referido a las reflectividades de las superficies interiores, es decir que habrá que utilizar en el interior de las maquetas superficies con valores de reflexión similares a los que se utilizarán para pintar el local en la realidad.
La evaluación en modelos a escala puede realizare bajo una bóveda celeste natural o en cielo artificial. Este último permite sólo estudiar configuraciones comparativas, ya que no permite el análisis de la presencia estacional del sol. En general, los cielos artificiales reproducen las condiciones exteriores similares a las de la bóveda celeste uniformemente cubierta.
Para medir la cantidad de luz interior de maquetas se utiliza un luxímetro, midiendo sobre una grilla que simula la altura del plano de trabajo, o bien con varios censores de lectura simultánea.
Para poder establecer los valores de FLN pueden realizarse mediciones de iluminancia exterior e interior simultáneas.
5.5. Modelos matemáticos para el análisis de la iluminación natural interior de edificios
Los modelos matemáticos ofrecen ventajas en su modo de obtener los valores de iluminación interior:
Permiten un análisis rápido de varias configuraciones de aperturas para modificar o verificar diferentes conceptos de diseño, incluyendo la forma del local, el tamaño de ventanas, la orientación de las aberturas y otras variables.
La mayoría de las técnicas de modelización matemáticas están disponibles en forma de programas computaciones comerciales.
Pueden utilizarse para determinar el rendimiento de los sistemas de iluminación (natural y artificial) en un período de tiempo determinado, con posibilidad de visualizar los ambientes interiores, ya sea en monitor de PC o en impresos en papel.
Desventajas:
Las simplificaciones asumidas por los modelos matemáticos utilizados como herramientas simples de diseño a menudo limitan su uso y reducen su exactitud y precisión en comparación con el comportamiento del edificio o respecto a un modelo a escala.
Los modelos matemáticos más avanzados utilizan el método de transferencia de flujo del que es imposible su cálculo manual.
Las técnicas de modelización matemática están limitadas por el número de casos que han sido estudiados para desarrollar el modelo matemático.
Los trabajos de cálculos lumínicos basados en modelos matemáticos pueden hoy ser realizados con un importante número de simuladores que se ajustan a cada necesidad de respuesta, pero el debate sobre la validación del simulador que se debe utilizar se centra en conocer si los mismos parten de datos que sean válidos para calcular los aportes en las condiciones similares en donde se emplazaran los edificios bajo análisis (cielos típicos).
Como dato general podemos decir que ninguno de ellos tiene el grado de precisión que puede lograrse con evaluaciones en modelos a escala. Pero son de gran utilidad en las etapas de prediseño y evaluación comparativa de estrategias. Esto es importante conocerlo, principalmente en los climas soleados, en los que conviene manejar con mayor grado de ajuste los diferentes aspectos que intervienen en los sistemas de iluminación natural para evitar en la práctica posibles situaciones de disconfort térmico y/o deslumbramientos.
Los programas más utilizados como herramientas de predicción son: SuperLite y Radiance desarrollados por el Laboratorio Lawrence Berkeley de California, Estados Unidos, Lumen Micro de Lighting Technologies, y el Genelux desarrollado en Francia.
En el siguiente sitio de internet pueden obtenerse herramientas de cálculo sin costo:
http://www.aud.ucla.edu/energy
Conclusiones
La iluminación natural constituye un recurso sustentable para la iluminación de edificios y es una alternativa preferida por los usuarios.
Para el aprovechamiento de la luz natural en edificios y sus partes constituyentes, es necesario comprender los principios de la iluminación natural, para integrarlos adecuadamente desde el inicio del proceso de diseño. Esta comprensión comienza con el conocimiento adecuado del sol y sus radiaciones luminosas para la obtención de clasificaciones características para las distintas regiones, pues los trabajos de normas y recomendaciones sobre aprovechamiento de luz natural derivan del conocimiento que tienen los países que poseen datos y modelos verificados.
En cuanto al desarrollo preliminar del diseño de un edificio, el criterio visual interior y los requerimientos básicos de iluminación deben ser definidos a priori, teniendo en cuenta disponibilidad de la luz natural regional como un requerimiento para realizar los cálculos de valores absolutos y relativos de luz natural. Es fundamental el conocimiento, tanto de la cantidad como de la duración y características de la luz natural en el Hemisferio Sur, particularmente en nuestro país en donde una gran cantidad de territorio se encuentra en condiciones de cielo claro.
El aprovechamiento de la luz solar ofrece una real oportunidad para el ahorro de energía eléctrica, con los consiguientes beneficios ambientales que ello otorgaría, en espacios creados para el bienestar, en el marco de un desarrollo y utilización responsables de los recursos naturales que aún hoy disponemos.
Andrea Pattini
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