La iluminación natural es la práctica de colocar ventanas , tragaluces , otras aberturas y superficies reflectantes de manera que la luz solar directa o indirecta pueda proporcionar una iluminación interna eficaz. Se presta especial atención a la iluminación natural al diseñar un edificio cuando el objetivo es maximizar el confort visual o reducir el uso de energía. Se pueden lograr ahorros de energía mediante el uso reducido de iluminación artificial (eléctrica) o mediante calefacción solar pasiva . El uso de energía de la iluminación artificial se puede reducir simplemente instalando menos luces eléctricas donde hay luz natural o atenuando o apagando automáticamente las luces eléctricas en respuesta a la presencia de luz natural, un proceso conocido como recolección de luz natural .
La cantidad de luz natural recibida en un espacio interno se puede analizar midiendo la iluminancia en una cuadrícula o realizando un cálculo del factor de luz natural . Los programas informáticos como Radiance permiten a un arquitecto o ingeniero calcular rápidamente los beneficios de un diseño en particular. La respuesta del ojo humano a la luz no es lineal , por lo que una distribución más uniforme de la misma cantidad de luz hace que una habitación parezca más luminosa.
La fuente de toda la luz del día es el sol. La proporción de luz directa a difusa influye en la cantidad y calidad de la luz natural. [1] La "luz solar directa" llega a un sitio sin dispersarse dentro de la atmósfera terrestre . La luz del sol que se dispersa en la atmósfera se denomina " luz diurna difusa ". La luz del sol reflejada en las paredes y el suelo también contribuye a la iluminación natural. Cada clima tiene una composición diferente de estas luces diurnas y una cobertura de nubes diferente , por lo que las estrategias de iluminación natural varían según la ubicación y el clima del sitio. En latitudes al norte del Trópico de Cáncer y al sur del Trópico de Capricornio , no hay luz solar directa en la pared del lado polar de un edificio entre el equinoccio de otoño y el equinoccio de primavera (es decir, desde el equinoccio de septiembre hasta el equinoccio de marzo). en el hemisferio norte, y desde el equinoccio de marzo hasta el equinoccio de septiembre en el hemisferio sur .) En el hemisferio norte , la pared orientada al norte es el "lado polar" y en el hemisferio sur, es la pared orientada al sur. . [2]
Tradicionalmente, las casas se diseñaban con ventanas mínimas en el lado polar, pero con ventanas más grandes en el lado ecuatorial (pared orientada al sur en el hemisferio norte y pared orientada al norte en el hemisferio sur). [3] Las ventanas del lado ecuatorial reciben al menos algo de luz solar directa en cualquier día soleado del año (excepto en los trópicos en verano ), por lo que son efectivas para iluminar áreas de la casa adyacentes a las ventanas. En latitudes más altas durante el pleno invierno , la incidencia de la luz es muy direccional y proyecta largas sombras. Esto se puede mejorar parcialmente mediante la difusión de la luz , conductos o tubos de luz y mediante superficies internas algo reflectantes. En latitudes bastante bajas durante el verano, las ventanas que miran al este y al oeste y, a veces, las que miran hacia el polo más cercano reciben más luz solar que las ventanas que miran hacia el ecuador. [2]
La iluminación natural pasiva es un sistema que consiste en recolectar la luz solar mediante sistemas estáticos, inmóviles y sin seguimiento (como ventanas, puertas corredizas de vidrio , la mayoría de los tragaluces , tubos de luz ) y reflejar la luz natural recolectada más profundamente en el interior con elementos como estantes de luz . Los sistemas de iluminación natural pasiva se diferencian de los sistemas de iluminación natural activa en que los sistemas activos rastrean y/o siguen al sol y dependen de mecanismos mecánicos para hacerlo.
Las ventanas son la forma más común de dejar entrar la luz del día en un espacio. Su orientación vertical hace que admitan selectivamente la luz solar y la luz diurna difusa en diferentes momentos del día y del año. Por lo tanto, normalmente es necesario combinar ventanas con múltiples orientaciones para producir la combinación de luz adecuada para el edificio, dependiendo del clima y la latitud. Hay tres formas de mejorar la cantidad de luz disponible en una ventana: [4] (a) colocar la ventana cerca de una pared de color claro, (b) inclinar los lados de las aberturas de las ventanas para que la abertura interior sea más grande que la abertura exterior , o (c) usar un alféizar grande de color claro para proyectar luz en la habitación. Además de permitir la entrada de luz natural al edificio, las ventanas cumplen otra función en la práctica de la iluminación natural, proporcionando vistas al exterior. [5] Para mejorar la calidad de la vista vista desde una ventana, se deben garantizar tres variables principales: ver el contenido (lo que se puede ver en la vista), ver el acceso (cómo se puede ver la vista de la ventana) y ver claridad (con qué claridad se puede ver la vista). [6] La claridad de la visión a menudo se ve influenciada por la cantidad de sombra proporcionada por las persianas o los dispositivos utilizados para proteger a los ocupantes de la luz natural intensa (por ejemplo, deslumbramiento ) o por razones de privacidad visual. Los criterios ambientales sirven como criterios importantes para medir la calidad del contenido de la vista de ventana. [7] Estos criterios se pueden resumir en cinco factores importantes, a saber: ubicación, tiempo, clima, personas y naturaleza. En particular, las vistas que pueden ofrecer a los habitantes de los edificios un contenido de la naturaleza superan con creces los otros cuatro criterios de información medioambiental.
Los diferentes tipos y calidades de vidrio y los diferentes tratamientos de ventanas también pueden afectar la cantidad de transmisión de luz a través de las ventanas. Una cuestión importante es el tipo de acristalamiento , expresado por su coeficiente VT (Transmitancia Visual), [8] también conocido como transmitancia de luz visual (VLT). Como sugiere el nombre, este coeficiente mide cuánta luz visible deja pasar la ventana. Un VT bajo (por debajo de 0,4) puede reducir a la mitad o más la luz que entra en una habitación. Pero también tenga en cuenta el alto VT del vidrio: números altos de VT (por ejemplo, superiores a 0,60) pueden ser una causa de deslumbramiento. Por otro lado, también hay que tener en cuenta los efectos indeseables de los grandes ventanales.
Las ventanas se adaptan a paredes translúcidas (abajo).
Otro elemento importante a la hora de crear iluminación natural es el uso de ventanas tipo triforio . Se trata de ventanas altas colocadas verticalmente. Se pueden utilizar para aumentar la ganancia solar directa cuando se orienta hacia el ecuador. Cuando miran hacia el sol, los triforios y otras ventanas pueden admitir un resplandor inaceptable . En el caso de una casa solar pasiva , los triforios pueden proporcionar un camino de luz directo hacia las habitaciones del lado polar (norte en el hemisferio norte; sur en el hemisferio sur) que de otro modo no estarían iluminadas. Alternativamente, los triforios se pueden utilizar para admitir luz diurna difusa (del norte en el hemisferio norte) que ilumina uniformemente un espacio como un salón de clases o una oficina.
A menudo, las ventanas del triforio también brillan en las superficies de las paredes interiores pintadas de blanco u otro color claro. Estas paredes se colocan de manera que reflejen la luz indirecta hacia las zonas interiores donde es necesaria. Este método tiene la ventaja de reducir la direccionalidad de la luz para hacerla más suave y difusa, reduciendo las sombras.
Otra alternativa de vidrio en ángulo para el techo es un techo en dientes de sierra (que se encuentra en las fábricas más antiguas). Los techos en dientes de sierra tienen vidrio de techo vertical alejado del lado del ecuador del edificio para capturar la luz difusa (no la fuerte ganancia solar directa del lado del ecuador). [9] La parte angular de la estructura de soporte de vidrio es opaca y está bien aislada con un techo fresco y una barrera radiante . El concepto de iluminación del techo en dientes de sierra reduce parcialmente el problema del tragaluz del "horno solar" en verano, pero aún permite que el aire interior cálido suba y toque el vidrio exterior del techo en el frío invierno, con una importante transferencia de calor indeseable. [10]
Los tragaluces son ventanas transmisoras de luz (productos que llenan las aberturas en la envolvente de un edificio que también incluye ventanas, puertas, etc. [ ¿según quién? ] ) que forman todo o una parte del techo de un espacio de edificio. Los tragaluces se utilizan ampliamente en el diseño de iluminación natural en edificios residenciales y comerciales, principalmente porque son la fuente de luz natural más eficaz por unidad de superficie.
Una alternativa a una claraboya es una linterna de techo . Una linterna de tejado es una cúpula de iluminación natural que se sitúa sobre un tejado, a diferencia de una claraboya que se integra en la construcción de un tejado. Las linternas de techo sirven como característica arquitectónica y como método para introducir luz natural en un espacio y, por lo general, son estructuras de madera o metal con varios paneles de vidrio esmaltado.
Como elemento arquitectónico , una laylight es un panel acristalado que generalmente se coloca a ras del techo con el fin de admitir luz natural o artificial. [11] Las Laylights suelen utilizar vidrieras o lentes en su acristalamiento, pero también pueden utilizar materiales alternativos. [12] [13] Por ejemplo, la Galería de la Asociación de Arte de Lyme utiliza luces de muselina blanca translúcida debajo de sus tragaluces. [14] Una claraboya se diferencia de una claraboya acristalada (o cerrada) en que una claraboya funciona como una ventana o abertura para el tejado, mientras que una claraboya está al ras del techo de un espacio interior. [15] [16] Cuando se combina con una linterna de techo o una claraboya en un techo inclinado, una luz lay funciona como un difusor de luz interior. [17] Antes de la llegada de la iluminación eléctrica, las laylights permitían la transmisión de luz entre pisos en edificios más grandes y no siempre se combinaban con tragaluces. [18]
Un atrio es un gran espacio abierto ubicado dentro de un edificio. A menudo se utiliza para iluminar una circulación central o un área pública con luz natural que entra a través de un techo o una pared de vidrio. Los atrios proporcionan algo de luz natural a las áreas de trabajo adyacentes, pero la cantidad suele ser pequeña y no penetra muy lejos. [19] La función principal de un atrio es proporcionar una experiencia visual y un grado de contacto con el exterior para las personas en las áreas de trabajo. La iluminación natural de las sucesivas plantas de las habitaciones contiguas a un atrio es interdependiente y requiere un enfoque equilibrado. [20] La luz del cielo puede penetrar fácilmente en los pisos superiores, pero no en los inferiores, que dependen principalmente de la luz reflejada desde las superficies internas del atrio, como la luz reflejada en el suelo. [21] Los pisos superiores necesitan menos área de ventanas que los inferiores, y si las paredes del atrio son de color claro, las paredes superiores reflejarán la luz hacia los pisos inferiores. [9]
Las paredes hechas de ladrillos de vidrio son de translúcidas a transparentes. Tradicionalmente son huecos y están rejuntados con una fina lechada de hormigón, pero algunas paredes modernas de ladrillos de vidrio son de vidrio fundido macizo [22] rejuntado con un pegamento transparente. [23] [24] Si el pegamento coincide con el índice de refracción del vidrio, la pared puede ser bastante transparente.
Al aumentar la cantidad de concreto, las paredes de las botellas incrustan botellas que atraviesan la pared, transmitiendo luz. También se han realizado muros de hormigón con prismas de vidrio que los atraviesan. Con la llegada de fibras ópticas más baratas y paredes de hormigón de fibra óptica , la luz del día (y las imágenes de sombras) pueden pasar directamente a través de una pared de hormigón sólida, volviéndola translúcida; La fibra óptica conducirá la luz en las curvas y a lo largo de decenas de metros. [25] Por lo general, solo se transmite un pequeño porcentaje de la luz (el porcentaje de transmitancia es aproximadamente la mitad del porcentaje de la superficie que son fibras y, por lo general, solo se utilizan ~5% de fibras). [26] [27]
Tanto el vidrio como el hormigón conducen bastante bien el calor cuando son sólidos, por lo que ninguna de estas paredes aísla bien . Por ello, se suelen utilizar en exteriores, como separador entre dos espacios climatizados (ver imágenes), o en climas muy templados .
Las paredes (y los techos) de los invernaderos están hechos para transmitir la mayor cantidad de luz y la menor cantidad de calor posible. Utilizan una variedad de materiales y pueden ser transparentes o translúcidos.
Es posible proporcionar algo de luz natural a espacios que tienen poca posibilidad de ventanas o tragaluces a través de dispositivos de distribución remota como espejos, prismas o tubos de luz . Esto se llama iluminación anidólica , de la óptica anidólica (que no forma imágenes) . La respuesta no lineal del ojo humano a la luz significa que difundir la luz a un área más amplia de una habitación hace que la habitación parezca más brillante y hace que una mayor parte esté útilmente iluminada.
Los sistemas remotos de distribución de luz natural tienen pérdidas y cuanto más lejos tienen que transmitir la luz natural y cuanto más complicado es el camino, mayor es la ineficiencia. [28] La eficiencia de muchos sistemas de distribución remota también puede variar drásticamente desde cielos despejados hasta cielos nublados. No obstante, cuando no existe otra posibilidad de dotar de luz natural a un espacio, se pueden valorar sistemas de distribución remota. [19]
El reflector de luz ajustable manualmente, que alguna vez se usó ampliamente en edificios de oficinas, rara vez se usa hoy en día, ya que ha sido reemplazado por una combinación de otros métodos junto con la iluminación artificial. El reflector se había popularizado allí donde la elección de la luz artificial proporcionaba una iluminación deficiente en comparación con la iluminación eléctrica moderna.
Los estantes de luz son una forma eficaz de mejorar la iluminación de las ventanas en el lado de una estructura que mira al ecuador; este efecto se obtiene colocando un estante de luz de metal blanco o reflectante fuera de la ventana. [19] Por lo general, la ventana estará protegida del sol directo de la temporada de verano mediante un alero saliente. El estante luminoso se proyecta más allá de la sombra creada por el alero y refleja la luz del sol hacia arriba para iluminar el techo. Esta luz reflejada puede contener poco calor y la iluminación reflectante del techo normalmente reducirá las sombras profundas, reduciendo la necesidad de iluminación general. [29]
En el frío invierno, se crea una plataforma de luz natural cuando hay nieve en el suelo, lo que la hace reflectante. El sol bajo del invierno (ver Ruta del Sol ) se refleja en la nieve y aumenta la ganancia solar a través del vidrio orientado hacia el ecuador entre uno y dos tercios, lo que ilumina intensamente el techo de estas habitaciones. Es posible que se requiera control del deslumbramiento (cortinas).
El uso más antiguo de los prismas para la iluminación natural bien puede ser el de los prismas de cubierta , que se introducen en las cubiertas de los barcos para transmitir la luz desde abajo. Más tarde, se utilizaron luces de acera o luces de bóveda para iluminar los sótanos debajo de las aceras. [30]
Más tarde se hicieron populares los prismas que utilizaban la reflexión interna total para arrojar luz hacia los lados, iluminando las partes más profundas de una habitación. Las primeras baldosas prismáticas de vidrio fundido, gruesas y de enfriamiento lento, a menudo se conocían como "baldosas de lujo" en honor a un importante fabricante. [30] Se utilizaron y se utilizan en las partes superiores de las ventanas, y algunos creen que contribuyeron a la tendencia de los interiores victorianos oscuros y subdivididos a los de planta abierta y de colores claros. [ cita necesaria ]
La película para ventanas que redirige la luz del día (DRF) es una versión plástica delgada de las antiguas losas de prisma de vidrio. Puede utilizarse como sustituto de las persianas opacas. [31]
Otro tipo de dispositivo utilizado es el tubo de luz, también llamado dispositivo tubular de iluminación natural (TDD), que se coloca en el techo y deja pasar la luz a un área enfocada del interior. Estos se parecen un poco a las lámparas empotradas en el techo. No permiten tanta transferencia de calor como los tragaluces porque tienen menos superficie.
Los TDD utilizan tecnología moderna para transmitir luz visible a través de paredes y techos opacos. El tubo en sí es un componente pasivo que consta de un simple revestimiento interior reflectante o un haz de fibra óptica conductora de luz. Con frecuencia está rematado con un "colector de luz" tipo cúpula transparente montado en el techo y rematado con un conjunto difusor que admite la luz del día en los espacios interiores y distribuye la energía lumínica disponible de manera uniforme (o eficientemente si el uso del espacio iluminado es razonablemente fijo). , y el usuario deseaba uno o más "puntos brillantes").
El dispositivo tubular de iluminación natural fue inventado por Solatube International en 1986 y lanzado al mercado por primera vez en Australia en 1991. [ dudoso ]
La iluminación natural activa es un sistema de recolección de luz solar mediante un dispositivo mecánico para aumentar la eficiencia de la recolección de luz para un propósito de iluminación determinado. Los sistemas de iluminación natural activa se diferencian de los sistemas de iluminación natural pasiva en que los sistemas pasivos son estacionarios y no siguen ni siguen activamente al sol. [32] Hay dos tipos de sistemas activos de control de iluminación natural: sistemas de seguimiento solar de circuito cerrado y sistemas de seguimiento solar de circuito abierto .
Vidrio inteligente es el nombre que se le da a una clase de materiales y dispositivos que se pueden cambiar entre un estado transparente y un estado opaco, translúcido, reflectante o retrorreflectante. [34] La conmutación se realiza aplicando un voltaje al material o realizando alguna operación mecánica simple. Ventanas, claraboyas, etc., fabricadas con vidrio inteligente, se pueden utilizar para ajustar la iluminación interior, compensando los cambios de intensidad de la luz en el exterior y de la luminosidad requerida en el interior. [35]
El uso de helióstatos , espejos que se mueven automáticamente para reflejar la luz solar en una dirección constante a medida que el sol se mueve por el cielo, está ganando popularidad como método de iluminación energéticamente eficiente. Se puede utilizar un helióstato para hacer brillar la luz solar directamente a través de una ventana o tragaluz, o hacia cualquier disposición de elementos ópticos, como tubos de luz, que distribuyan la luz donde se necesita. La imagen muestra un espejo que gira sobre una montura altazimutal impulsada por un motor y controlada por computadora .
Las farolas solares levantan fuentes de luz que funcionan con paneles fotovoltaicos generalmente montados en la estructura de iluminación. El panel solar de este sistema fotovoltaico fuera de la red carga una batería recargable , que alimenta una lámpara fluorescente o LED durante la noche. Las farolas solares son sistemas de energía independientes y tienen la ventaja de ahorrar en costos de zanjas, paisajismo y mantenimiento, así como en las facturas de electricidad, a pesar de su mayor costo inicial en comparación con el alumbrado público convencional. Están diseñados con baterías suficientemente grandes para garantizar el funcionamiento durante al menos una semana e incluso en la peor situación, se espera que se atenúen sólo ligeramente.
El Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) ha desarrollado una nueva alternativa a los tragaluces llamada iluminación solar híbrida. Este diseño utiliza un colector de luz montado en el techo, fibra óptica de gran diámetro y accesorios de iluminación fluorescente eficientes modificados que tienen varillas transparentes conectadas a los cables de fibra óptica. Básicamente, no se necesita electricidad para la iluminación interior natural durante el día.
Las pruebas de campo realizadas en 2006 y 2007 de la nueva tecnología HSL fueron prometedoras, pero la producción de equipos de bajo volumen sigue siendo costosa. HSL debería ser más rentable en un futuro próximo. Una versión que pueda resistir tormentas de viento podría comenzar a reemplazar los sistemas de iluminación fluorescente comerciales convencionales con implementaciones mejoradas en 2008 y en adelante. El proyecto de ley de energía de EE. UU. de 2007 proporciona financiación para la investigación y el desarrollo de HSL, y varios edificios comerciales grandes están listos para financiar un mayor desarrollo e implementación de aplicaciones HSL.
Por la noche, ORNL HSL utiliza balastros de control electrónico de iluminación fluorescente de intensidad variable. A medida que la luz del sol disminuye gradualmente al atardecer, la lámpara fluorescente se enciende gradualmente para brindar un nivel casi constante de iluminación interior desde la luz del día hasta que oscurece afuera.
HSL pronto podría convertirse en una opción para la iluminación interior comercial. Puede transmitir aproximadamente la mitad de la luz solar directa que recibe. [36]
En un edificio bien diseñado con captación solar aislada y con solárium, terraza acristalada, invernadero, etc., suele haber una cantidad importante de vidrio en el lado del ecuador. También se puede agregar una gran área de vidrio entre el solárium y la vivienda interior. El vidrio de seguridad para puertas de patio producido en gran volumen y de bajo costo es una forma económica de lograr este objetivo.
Las puertas utilizadas para ingresar a una habitación deben estar opuestas al vidrio interior del solárium, de modo que el usuario pueda ver el exterior inmediatamente al ingresar a la mayoría de las habitaciones. Los pasillos deben minimizarse y, en su lugar, utilizarse espacios abiertos. Si es necesario un pasillo para tener privacidad o aislar la habitación, se puede colocar vidrio de seguridad económico para puertas de patio a ambos lados del pasillo. Se pueden utilizar cortinas sobre el cristal interior para controlar la iluminación. Opcionalmente, las cortinas se pueden automatizar con controles de motor eléctrico basados en sensores que tienen en cuenta la ocupación de la habitación, la luz del día, la temperatura interior y la hora del día. Los edificios solares pasivos sin sistema de aire acondicionado central necesitan mecanismos de control para las variaciones horarias, diarias y estacionales de temperatura y luz diurna. Si la temperatura es correcta y la habitación está desocupada, las cortinas pueden cerrarse automáticamente para reducir la transferencia de calor en cualquier dirección.
Para ayudar a distribuir la luz natural del solárium hacia los lados de las habitaciones más alejadas del ecuador, se pueden utilizar espejos económicos que van del techo al piso.
Los códigos de construcción exigen un segundo medio de salida en caso de incendio. La mayoría de los diseñadores utilizan una puerta en un lado de los dormitorios y una ventana exterior, pero las ventanas del lado oeste ofrecen un rendimiento térmico muy pobre en verano. En lugar de una ventana orientada al oeste, los diseñadores utilizan una puerta exterior sólida y energéticamente eficiente rellena de espuma R-13. Puede tener una puerta contra tormentas de vidrio en el exterior para que la luz pueda pasar cuando se abre la puerta interior. Las puertas y ventanas de vidrio este/oeste deben estar completamente sombreadas de arriba a abajo o se puede usar una capa espectralmente selectiva para reducir la ganancia solar.
Los arquitectos y diseñadores de interiores suelen utilizar la luz natural como elemento de diseño. Una buena iluminación natural requiere atención a los aspectos tanto cualitativos como cuantitativos del diseño. [19]
La utilización de la luz natural es uno de los aspectos del diseño en arquitectura; En 1929, el arquitecto francés Le Corbusier dijo que "La historia del material arquitectónico... ha sido la lucha sin fin por la luz... en otras palabras, la historia de las ventanas". Como enfatizó en su arquitectura (como Notre Dame du Haut ), la iluminación natural ha sido un elemento importante del diseño arquitectónico (consulte la Capilla del MIT y la Iglesia de la Luz para ver ejemplos). No sólo los aspectos estéticos, también se consideran iluminación natural cualitativa el impacto de la iluminación natural en la salud humana y el rendimiento laboral. [37] Los estudios actuales muestran que las condiciones de iluminación en los lugares de trabajo contribuyen a una variedad de factores relacionados con la satisfacción laboral, la productividad y el bienestar y puntuaciones de aceptación visual significativamente más altas con luz natural que con iluminación eléctrica. [38] Los estudios también han demostrado que la luz tiene un efecto directo en la salud humana debido a la forma en que influye en los ritmos circadianos . [39]
Un espacio bien iluminado necesita niveles de iluminación adecuados y una luz bien distribuida. En la industria de la construcción actual, la iluminación natural se considera una medida del rendimiento del edificio en los programas de certificación de edificios ecológicos como LEED . La Sociedad de Ingeniería de Iluminación (IES) y la Sociedad de Luz e Iluminación (SLL) brindan recomendaciones de iluminancia para cada tipo de espacio. La cantidad de luz natural que contribuye al nivel de iluminación recomendado determina el rendimiento de la iluminación natural de un edificio. Hay dos métricas que IES ha aprobado para evaluar el rendimiento de la iluminación natural: Autonomía espacial a la luz natural (sDA) y Exposición anual a la luz solar (ASE). sDA es una métrica que describe la suficiencia anual de los niveles de luz ambiental en ambientes interiores. [40] Consulte las secciones de documentación LEED y autonomía de luz natural para obtener más detalles.
En edificios existentes, se pueden realizar mediciones de campo para evaluar el rendimiento de la iluminación natural. Las mediciones de iluminancia en una cuadrícula son un nivel básico para derivar una iluminancia promedio de un espacio. El espaciado de los puntos de medición varía según los propósitos del proyecto. La altura de estos puntos depende de dónde se realiza la tarea principal. En la mayoría de los espacios de oficina, se medirá el nivel del escritorio (0,762 m sobre el suelo). Con base en las mediciones, se calculará la iluminancia promedio, la relación de uniformidad máxima a mínima y la relación de uniformidad promedio a mínima y se comparará con el nivel de iluminación recomendado. [41] Se puede realizar un estudio de diagnóstico específico de la iluminación para analizar la satisfacción de los ocupantes del edificio. [41]
Las simulaciones computacionales pueden predecir las condiciones de iluminación natural de un espacio mucho más rápido y más detalladamente que los cálculos manuales o las pruebas con modelos a escala. Las simulaciones tienen en cuenta los efectos del clima con datos meteorológicos horarios de un año meteorológico típico . Hay modelos informáticos disponibles que pueden predecir variaciones en la luz reflejada internamente. La radiosidad y el trazado de rayos son métodos que pueden abordar geometrías complejas, permitir distribuciones complejas del cielo y potencialmente producir imágenes fotorrealistas. Los métodos de radiosidad suponen que todas las superficies se difunden perfectamente para reducir los tiempos de cálculo. Las técnicas de trazado de rayos tienen precisión y capacidad de representación de imágenes. [9]
La autonomía de luz natural es el porcentaje de tiempo que los niveles de luz natural están por encima de una iluminancia objetivo específica dentro de un espacio físico o edificio. [42] El cálculo se basa en datos anuales y niveles de iluminación predeterminados. El objetivo del cálculo es determinar cuánto tiempo puede trabajar una persona en un espacio sin requerir iluminación eléctrica, al tiempo que proporciona un confort visual y físico óptimo. [42]
La autonomía de la luz natural es beneficiosa a la hora de determinar cómo la luz natural entra e ilumina un espacio. El inconveniente, sin embargo, es que no existe un límite superior para los niveles de luminancia . Por lo tanto, un espacio con una alta ganancia de calor interno que los ocupantes consideren incómodo, aún así tendría un buen desempeño en el análisis. Lograr la autonomía de la luz natural requiere un enfoque de diseño integrado que oriente la forma del edificio, su ubicación, las consideraciones climáticas, los componentes del edificio, los controles de iluminación y los criterios de diseño de iluminación.
La autonomía de luz diurna continua es similar a la autonomía de luz diurna, pero el crédito parcial se atribuye a los intervalos de tiempo en los que la iluminancia de luz diurna se encuentra por debajo del nivel mínimo de iluminancia. [43] Por ejemplo, si la iluminancia objetivo es 400 lux y el valor calculado es 200 lux, la autonomía de luz diurna daría cero crédito, mientras que la autonomía de luz diurna continua daría 0,5 créditos (200/400 = 0,5). El beneficio de la autonomía con luz diurna continua es que no proporciona un umbral estricto de iluminancia aceptable. En cambio, aborda el área de transición, permitiendo preferencias realistas dentro de cualquier espacio determinado. Por ejemplo, los ocupantes de oficinas suelen preferir trabajar con luz diurna por debajo del umbral de iluminancia, ya que este nivel evita posibles deslumbramientos y contrastes excesivos. [43]
La iluminancia de luz natural útil se centra en la luz solar directa que incide en un espacio. El cálculo útil de la iluminancia diurna se basa en tres factores: el porcentaje de tiempo que un punto está por debajo, entre o por encima de un valor de iluminancia. El rango para estos factores suele ser de 100 a 2000 lux. La iluminancia diurna útil es similar a la autonomía diurna, pero tiene el beneficio adicional de abordar el deslumbramiento y la incomodidad térmica. [44] El umbral superior se utiliza para determinar cuándo se produce deslumbramiento o malestar térmico y es posible que sea necesario resolverlo.
Además de determinar cuánta iluminancia se recibe en una superficie horizontal, se ha desarrollado un método que analiza las distribuciones anuales de iluminancia de la luz del día. [45] Cada distribución de iluminancia anual se compara entre sí mediante el análisis de componentes principales . Esto compara la relación entre cada patrón. Se agrupan los patrones de luz natural que son más similares entre sí debido a las características arquitectónicas y la época del año en que se produce la iluminancia. Los grupos se utilizan para formar los patrones más representativos de ese edificio determinado. Este método se puede utilizar para interpretar fácilmente cómo se distribuye la luz natural por el espacio durante todo el año en cualquier edificio.
Los estándares de iluminación natural LEED 2009 tenían como objetivo conectar a los ocupantes del edificio con el exterior mediante el uso de técnicas y tecnologías de iluminación natural óptimas. Según estos estándares, el valor máximo de 1 punto se puede lograr mediante cuatro enfoques diferentes. El primer enfoque es una simulación por computadora para demostrar, en condiciones de cielo despejado, los niveles de iluminancia de la luz diurna de 108 a 5400 lux el 21 de septiembre entre las 9:00 a. m. y las 3:00 p. m. Otro enfoque prescriptivo es un método que utiliza dos tipos de iluminación y tres tipos de iluminación cenital para determinar si se logra un mínimo del 75% de iluminación natural en los espacios ocupados. Un tercer enfoque utiliza mediciones de luz interior que muestran que se han logrado entre 108 y 5400 lux en el espacio. El último enfoque es una combinación de los otros tres métodos de cálculo para demostrar que se cumplen los requisitos de iluminación diurna. [46]
La documentación LEED 2009 se basa en el cálculo del factor de luz natural . El cálculo del factor de luz diurna se basa en cielos nublados uniformes. Es más aplicable en el norte de Europa y partes de América del Norte . [47] El factor de luz natural es "la relación entre la iluminancia en un punto de un plano, generalmente el plano de trabajo horizontal, producida por el flujo luminoso recibido directa o indirectamente en ese punto desde un cielo cuya distribución de luminancia se conoce, con respecto a la iluminancia en un plano horizontal producido por un hemisferio libre de este mismo cielo." [47]
Los estándares de iluminación natural LEED v4 son los más actualizados a partir de 2014. Los nuevos estándares son similares a los estándares antiguos, pero también pretenden "reforzar los ritmos circadianos y reducir el uso de iluminación eléctrica al introducir luz natural en el espacio " . Existen medios para alcanzar el valor máximo de estos dos puntos más recientes. Una opción es utilizar una simulación por ordenador para demostrar que una autonomía espacial de luz diurna de 300 lux durante al menos el 50 % del tiempo y una exposición anual a la luz solar de 1.000 lux durante 250 horas ocupadas por año, existe en el espacio. Otra opción es mostrar que los niveles de iluminancia están entre 300 lux y 3000 lux entre las 9:00 am y las 3:00 pm en un día despejado en el equinoccio para el 75% o el 90% del tiempo. [48] El objetivo general de las métricas de iluminación natural LEED v4 es analizar tanto la cantidad como la calidad de la luz, así como equilibrar el uso de acristalamiento para garantizar más luz y menos carga de refrigeración.
