PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y ARTES

INVESTIGACION II

MECANISMO DE DISTRIBUCION DE LUZ NATURAL Y CONTROL DE

DESLUMBRAMIENTO AL INTERIOR DE UN AULA DE ESTUDIO.

Por

Diana Peñaloza Sánchez.

1. Introducción

La iluminación de un espacio es uno de los factores más importantes cuando

hablamos de condiciones apropiadas de habitabilidad. En el caso de un lugar

diseñado para cumplir con funciones de trabajo o estudio, los requerimientos

lumínicos se incrementan de acuerdo al tipo labor que se desempeña. El

confort dentro del sitio de trabajo está directamente relacionado con la calidad

de iluminación.

El siguiente trabajo investigativo halla su punto de partida con el planteamiento

de la siguiente hipótesis: ¿Es posible mejorar las condiciones lumínicas a

través de un dispositivo que logre una distribución uniforme de la luz en un

espacio de estudio? Bajo este paradigma se buscan estrategias que alcancen

las condiciones de confort visual y el control de efectos adversos:

deslumbramiento, contraste y fatiga visual, que dificultan la realización de

actividades académicas en el lugar analizado.

El fenómeno de deslumbramiento ocurre cuando una persona se expone a una

luminancia superior a la que está adaptada su retina previamente, este es un

defecto común en espacios que reciben luz directa y no poseen una

distribución homogénea de la misma.

Ciertamente, las superficies reflectantes y no reflectantes son raramente

uniformes, cuando la luz que perciben las personas no es homogénea, pueden

sentir un deslumbramiento incomodo debido al alto rango dinámico de

iluminación o su variación extrema. (Cai & Chung, 2012)

En su artículo, (Cai & Chung, 2012), realiza un análisis sobre algunas

entidades y sus propuestas sobre los parámetros de medida de la incomodidad

ocasionada por el deslumbramiento, los valores hablan de niveles

imperceptibles e intolerables de deslumbramiento. Por ejemplo, la CIE

(Comisión Internacional de la Iluminación) propone un rango máximo de

deslumbramiento de 10 a 26, sin ninguna diferenciación dentro de esta escala,

mientras el Índice de deslumbramiento Británico (BGI) establece un rango de

10 (deslumbramiento imperceptible) a 30 (deslumbramiento intolerable). Otro

modelo analizado es el de Guth, denominado: Probabilidad de confort visual

(VCP), quien propone una escala diferenciada. La clasificación de la misma

está estimada en porcentajes que evalúan las condiciones de confort visual de

menor a mayor desde un 20% al 85%, siendo este último la medida óptima. Los

valores intermedios se dividen de la siguiente manera, un 36% (no confortable),

50% (aceptable), 65% se interpreta como (perceptible) y un 75%

(imperceptible). Mistrick and Choi proponen también una ecuación (1), que

calcula un Rango Unificado de Deslumbramiento (UGR) ¼14, entre

“perceptible” hasta aproximadamente UGR UGR¼22 “inaceptable”.

Ecuación 1

La ilustración 1 muestra las distintas escalas de la sensación de malestar a

causa del deslumbramiento evaluando las propuestas (UGR, BGI Y VCP) antes

mencionados por los distintos investigadores.

Ilustración 1

UGR: Rango Unificado de Deslumbramiento;

CGI: CIE Índice de deslumbramiento (Comisión Internacional de la Iluminación);

BGI: Índice de deslumbramiento Británico;

VCP: Probabilidad de confort visual.

FUENTE: (Cai & Chung, 2012)

La grafica 2 ilustra de mejor manera los rangos de confort de deslumbramiento.

Ilustración 2

La diferencia de luminancia entre dos superficies es lo que llamamos contraste,

este efecto puede producir una alteración de lo que observamos. La dificultad

para visualizar un objeto depende de las propiedades de reflectancia de las

superficies que interactúan con el observador, ya sea por las propiedades de

color o composición material.

Si hablamos del color, la alteración puede ser comprendida de mejor manera si

definimos antes que es la visión fotópica. Esta visión es la encargada de

posibilitar la correcta interpretación del color a través del ojo. La visión fotópica

es la percepción visual que se produce con niveles de iluminación diurna, la

misma se fundamenta en la respuesta de los conos (células sensibles a la luz),

uno de los dos tipos de fotorreceptores de la retina. Al ser los conos mucho

menos sensibles a la luz que los bastones, solo se activan cuando los niveles

de iluminación son elevados. (Wandell, 1995).

FUENTE: (Cai & Chung, 2012)

La figura 4 muestra la función de la luminosidad fotópica, en el eje horizontal se

representa la longitud de onda y en el vertical la sensibilidad.

Ilustración 3

El ojo es más sensible a la luz que tiene una longitud de onda de 0.555

micrómetros y la eficiencia fotópica es de 1.

El punto de partida fisiológico para la percepción del color, son los tres tipos de

conos: rojos, verdes y azules. Cada uno de ellos posee un fotopigmento con

una curva característica de absorción con respecto a la longitud de onda que

se perciba. (Wandell, 1995)

En cuanto a la ciencia moderna del color, sus orígenes se remontan al siglo 17.

Antes de esta época comúnmente se pensaba que la luz blanca representaba

la luz en su forma pura y los colores eran una variación de ella. Para este siglo

ya era bien conocido que los colores podían originarse con el paso de la luz

blanca a través de un prisma triangular de vidrio.(Mollon, 2003)

Isaac Newton, en su primera publicación “Nueva teoría del color”, describe

como el adquirió un prisma “para intentar con el experimentar el Fenómeno de

color” (Newton, 1671). El grafico 5 demuestra como realizo su experimento

denominado “Newton’s Experimentum crucis". Al permitir el ingreso de luz

natural por un orificio de su cámara obscura, Newton coloco un prisma en la

abertura y reflejo el haz de luz en una pared opuesta, un espectro de colores

vivos fue el resultado. El observo que el espectro de color no era circular como

FUENTE: (Wikipedia, 2012)

esperaba en conformidad a las leyes de refracción, sino que era oblongo con

terminaciones semi – circulares. (Mollon, 2003)

306

Ilustración 4

Con este precedente, Mollon, explica como esta base nos permite hablar en la

actualidad sobre “la reflectancia del espectro” en una superficie, como la

porción de la luz incidente que es reflejada en cada longitud de onda.

Tal como Newton observo con el prisma, la refracción depende del color.

Según los distintos ángulos las longitudes de onda se desvían, esta

dependencia entre el índice de refracción y la frecuencia de la luz es a lo que

se define como dispersión.

En la imagen (5) se muestra la variación del índice de refracción con la longitud

de onda. Se evidencia que los valores de longitud de onda mayores de acuerdo

al color, apreciamos que el índice de refracción disminuye conforme se acerca

al rojo.

Ilustración 5

FUENTE: Princeton.edu ("Newton’s Experimentum crucis")

FUENTE: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975. pág. 21

FUENTE: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975. pág. 21

Actualmente existen varios autores y entidades que establecen ciertas

condiciones que debería cumplirse en procura de una iluminación optima que le

permita al usuario alcanzar un confort visual.

Cada sitio de acuerdo a su función debe reunir ciertos requisitos, en el caso de

centros educativos, la Norma Ecuatoriana INEN 1 150 habla en una primera

instancia sobre los índices de reflexión admisible (ilustración 6), en cuanto a los

valores mínimos de iluminación de acuerdo a los lugares de estudio propone

los siguientes especificados en la imagen 7. La CIE, Comisión internacional de

Iluminación, con su centro en Paris proporciona valores específicos a otras

actividades como el límite de luminancia para el uso de un ordenador está

cerca de 400 lm/m2, sin embargo este valor no puede ser alcanzado aún si se

usa un sistema anti deslumbramiento, a excepción de que el espacio sea

obscuro. Por otra parte para trabajos de precisión como dibujo necesitan una

iluminación de al menos 1000 lx.

Ilustración 6

Ilustración 7

FUENTE: Instituto de normalización INEN, Norma 1 150

FUENTE: Instituto de normalización INEN, Norma 1 150

El lugar de análisis elegido es un aula de estudio, ubicada en el Segundo Piso

la Facultad de Arquitectura, Diseño y Artes de la Pontificia Universidad Católica

del Ecuador, Quito – Ecuador.

La investigación inicial plantea un paradigma metodológico que permita

cuantificar y cualificar la iluminación natural actual a través de una serie de

procedimientos como modelaciones y simulaciones en ecotect, uso del

luxómetro y una encuesta aleatoria a los usuarios del espacio.

Los objetivos de investigación se direccionan a soluciones que logren una

eficiencia lumínica para el aula, proporciones una mejora de la calidad visual en

función a una distribución uniforme y un rendimiento de la luz natural y una

disminución en el consumo de energía eléctrica en el día. Además de un

control de variaciones de iluminación natural en rangos no superiores ni

inferiores a 300 luxes.

La meta fundamental es dispersar la cantidad de la luz proveniente de los

ventanales, de modo que esta no produzca un deslumbramiento a los usuarios

cercanos y permita una repartición homogénea al resto del espacio, evitando

una sobreexposición y el control del contraste.

A pesar de que el espacio cuenta con ventanales amplios sin bloqueos por

parte de otros elementos que impidan el paso de luz, las ganancias por

iluminación solar directa no son eficientes. El registro fotográfico (ilustración 7)

muestra a simple vista como las dos terceras partes (área 1 y área 3), descritas

en la imagen, no reúnen las condiciones lumínicas adecuadas. Por

consiguiente en el área uno (ilustración 8) es necesario el bloqueo total de luz

con el uso de la persiana, mientras en el área 2, se hace indispensable el uso

de energía eléctrica.

Ilustración 8

Ilustración 9

Esto puede ser constatado numéricamente a través de las simulaciones del

curso solar anual y diario, se muestran en las imágenes las horas de mayor y

menor incidencia de la luz natural.

AREA 1 AREA 3

FUENTE: Elaboración propia (noviembre 2012)

AREA 1 AREA 2 AREA 3

FUENTE: Elaboración propia (noviembre 2012)

Ilustración 10

Con la simulación del espacio en ecotect, se pudo establecer los puntos con

exceso y carencia de luz natural, en la gráfica 10 se evidencia la cantidad de

luxes en distintos puntos del aula, el rango usado va desde 2000 lux a 200 lux.

Mientras en la zona cercana a los ventanales se obtiene una luminancia de

cerca de 1800 lx que es una cantidad excesiva de acuerdo a los estándares

óptimos, se observan zonas con una iluminación deficiente que bordea los 200

lx.

Ilustración 11 lux

2000+

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Daylight AnalysisDaylighting LevelsValue Range: 0 - 2000 lux© E C O T E C T v 5

DIAGRAMA ESTEREOGRAFICO ANUALMODELO 3D DIAGRAMA SOLAR ANUAL Y DIARIO

FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)

lux

2000+

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Daylight AnalysisDaylighting LevelsValue Range: 0 - 2000 lux© E C O T E C T v 5

DIAGRAMA CALCULO ILUMINACION

Ubicación Geográfica: -1.1º Latitud , -78.7º

Fecha de medición: 19 de noviembre

107 lx

220 lx

347 lx

913 lx

FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)

Además se efectuó varias mediciones con luxómetro para obtener los niveles

de luminancia ilustración 12. Estos valores evidencian el alto contraste

existente en las distintas áreas del aula.

Ilustración 12

Puntos de medicion

1 Pizarra 2 Escritorio 3 Pared lateral izquierda

Posicion del luxometro

Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal

Valores luxes 125.1 110 703 1150 79.3 65.2

Separacion con respecto a la pared

0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m

Medición de iluminación con Luxómetro:

Hora: 1:30 pm

Condiciones del cielo: 0/8 (despejado)

1

23

PLANTA UBICACIÓN DE LAS MEDICIONES CON LUXO LUXOMETRO

FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)

Bibliografía

Generalidades:

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