TESINA - Zambrano- Perla
-
Upload
alina-abraham -
Category
Documents
-
view
246 -
download
0
description
Transcript of TESINA - Zambrano- Perla
Control solar e iluminación natural en la Arquitectura Dispositivos de control solar fijos en clima semicálido-subhúmedo
Universidad Politécnica de Cataluña Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona
Máster en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Autora: Arq. Perla Zambrano Prado
Tutores: Isabel Crespo Cabillo, Rafael Mur Soteras Barcelona, Septiembre del 2013
2
3
Agradecimientos
Isabel Crespo y Rafael Mur Soteras por su disponibilidad y ayuda en la elaboración de
este trabajo.
A mi familia por su apoyo incondicional, por motivar la continuación de mis estudios, por
ser mi ejemplo a seguir.
A César Barragán por no detener mis sueños a pesar de lo difícil que fue partir, por
apoyarme desde un inicio y a pesar de todo, por los momentos compartidos y enseñanzas a lo
largo de los años.
A Azucena por ser una excelente compañera de piso.
A mis compañeros con los que compartí momentos que quedarán en la memoria.
A Berenice por su constante asesoría.
A la Universidad de Guadalajara por el apoyo económico para la realización de los
estudios.
4
5
Control solar e iluminación natural en la Arquitectura Dispositivos de control solar fijos en clima semicálido-subhúmedo
Máster en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente
Autora: Arq. Perla Liliana Zambrano Prado Tutores: Isabel Crespo Cabillo, Rfael Mur Soteras
RESUMEN
En regiones cercanas a los trópicos, la protección solar de la envolvente y el
aprovechamiento de la iluminación natural, son criterios potenciales para el diseño pasivo en la
arquitectura, sin embargo lograr un sistema de control solar óptimo que no comprometa los
niveles de iluminación natural del local, pero que responda a los requerimientos de ganancias
solares y protección solar se convierte en un reto. En está investigación se analizan distintos
sistemas de control solar fijos exteriores con el objetivo de comparar su desempeño tanto
lumínico como de control solar.
ABSTRACT
In regions near the tropics sunscreen on facades and the use of natural lighting are
potential criteria for passive design in architecture, however achieve optimal solar control system
without compromising natural light levels of the room, but that meets the requirements of solar
gains and sunscreen becomes a challenge. In this research we analyze various solar shading
devices in order to evaluate its performance both lighting and solar control.
PALABRAS CLAVE
Radiación solar, iluminación natural, control solar
Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Arte Arquitectura y Diseño CUAAD
Universidad Politécnica de Cataluña Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona Departamento de Construcciones Arquitectónicas I
6
7
Índice Capítulo 1 Introducción ................................................................. ¡Error! Marcador no definido. 1.1 Justificación de la investigación ............................................................................................. 11 1.2 Descripción de la tesina ......................................................................................................... 11 1.3 Preguntas de investigación .................................................................................................... 11 1.4 Objetivos ................................................................................................................................ 12 1.5 Hipótesis ................................................................................................................................ 12 1.6 Alcances y limitaciones .......................................................................................................... 12 1.7 Metodología ........................................................................................................................... 13
1.7.1 Revisión bibliográfica y caso de estudio ......................................................................... 13 1.7.2 Simulaciones ................................................................................................................... 13 1.7.3 Análisis comparativo ....................................................................................................... 13
Capítulo 2 Geometría solar .................................................................................................... 15 2.1 El hombre y el Sol .................................................................................................................. 17 2.2 La Tierra y el Sol .................................................................................................................... 18
2.2.1 Movimiento de la Tierra ................................................................................................... 18 2.2.2 Movimiento aparente del Sol .............................................................................................. 19
2.2.3 Cartas solares ................................................................................................................. 20
Capítulo 3 Radiación solar ............................................................. ¡Error! Marcador no definido. 3.1 Energía solar .......................................................................................................................... 25 3.2 Radiación solar ...................................................................................................................... 25 3.3 El espectro solar .................................................................................................................... 26
Capítulo 4 Iluminación natural ............................................................................................... 27 4.1 Naturaleza de la luz ............................................................................................................... 29 4.2 Espectro de ondas electromagnéticas ................................................................................... 30
4.3.3 Trasmisión ....................................................................................................................... 32 4.3.4 Absorción ........................................................................................................................ 32 4.3.5 Refracción ....................................................................................................................... 32
4.4 La visión ................................................................................................................................. 32 4.4.1 El ojo ............................................................................................................................... 32 4.4.2 Acomodación .................................................................................................................. 33 4.4.3 Contraste ......................................................................................................................... 33 4.4.4 Adaptación ...................................................................................................................... 34 4.4.5 El campo visual ............................................................................................................... 34 4.4.6 Visión fotópica y escotópica ............................................................................................ 35 4.4.7 Visibilidad ........................................................................................................................ 35 4.4.8 Confort visual .................................................................................................................. 36 4.4.9 Deslumbramiento ............................................................................................................ 36
4.5 Necesidad de luz natural ....................................................................................................... 36 4.5.1 Cambio-Variedad efectos biológicos y psicológicos ....................................................... 37 4.5.2 Orientación ...................................................................................................................... 38 4.5.3 Contacto con el exterior-vistas ........................................................................................ 38
4.6 Iluminación natural en la arquitectura .................................................................................... 38 4.7 Componentes de iluminación natural ..................................................................................... 40
4.7.1 Componente de conducción ........................................................................................... 40 4.7.8 Componentes de paso .................................................................................................... 40
4.8 Modelo de cielo ...................................................................................................................... 42 4.9 Factor de iluminación natural (FIN) ........................................................................................ 43 4.10 Consumo eficiente de energía en la iluminación ................................................................. 44
Capítulo 5 Control solar en la arquitectura .................................... ¡Error! Marcador no definido. 5.1 Control solar alrededor del mundo ......................................................................................... 47
8
5.2 Sistemas de control solar fijos externos ................................................................................ 49
Capítulo 7 Estado del arte ............................................................. ¡Error! Marcador no definido. 7.1 Estado del arte ....................................................................................................................... 55
Capítulo 8 Caso de estudio ............................................................ ¡Error! Marcador no definido. 8.1 Estudio experimental ............................................................................................................. 61 8.2 Definición de variables ........................................................................................................... 61
8.2.1 Características espaciales y geometría del caso de estudio .......................................... 61 8.2.2 Sistemas de control solar a estudiar ............................................................................... 62
Capítulo 9 Resultados ................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 9.1 Mascaras de sombras ............................................................................................................ 67 9.2 Análisis lumínico .................................................................................................................... 70
9.2.1 Análisis del factor de iluminación natural (FIN) ............................................................... 70 9.2.2 Análisis de iluminancias (lux) .......................................................................................... 79 9.2.3 Análisis de luminancias (cd/m2) ...................................................................................... 81 9.2.4 Factor de iluminación natural y coeficiente de reflexión de las superficies .................... 86
9.3 Análisis de control solar ......................................................................................................... 87 9.3.1 Exposición a la radiación solar ........................................................................................ 87 9.3.2 Radiación global .............................................................................................................. 92
9.4 Resumen de resultados de iluminación natural y radiación solar .......................................... 98
Capítulo 10 Conclusiones y líneas abiertas de investigación .......... ¡Error! Marcador no definido. 10.1 Conclusiones ..................................................................................................................... 101
10.1.1 Conclusión general ..................................................................................................... 101 10.1.2 Conclusiones particulares ........................................................................................... 101
10.2 Líneas abiertas de investigación ........................................................................................ 102
Anexos .......................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Índice de figuras .................................................................................................................. 121
Índice de tablas .................................................................................................................... 124
Bibliografía .......................................................................................................................... 126
9
Capítulo 1 Introducción
10
11
1.1 Justificación de la investigación
Las condiciones climatológicas de México favorecen el aprovechamiento de recursos
naturales integrados a la arquitectura, la correcta utilización de la iluminación natural en
espacios interiores y el control de las perdidas y ganancias térmicas son conceptos clave para
la gestión eficiente de la energía en los edificios, por esta razón la integración de sistemas de
control solar al diseño arquitectónico, constituyen una estrategia fundamental en el diseño
bioclimático pasivo de la edificación, la función principal de un sistema de control solar es la de
proteger la envolvente del edificio de la radiación solar en el período más cálido y permitir el
acceso en la época más fría, los sistemas de sombreado previenen el sobrecalentamiento del
espacio interior del edificio por medio del bloqueo del acceso del flujo de energía, a pesar de
que existen diversos factores que se traducen en ganancias térmicas como el propio usuario,
equipos electrónicos, las lámparas etc., en los climas cálidos una parte importante de este
aporte térmico es la radicación solar que ingresa a través de las áreas acristaladas y que
mediante su control se podría contribuir al ahorro energético y la minimización de aportes
caloríficos consecuentemente el ingreso de la luz natural disminuye, lo que tendría como
consecuencia un confort visual bajo y por lo tanto propiciar la utilización de la iluminación
artificial aún en latitudes en donde el uso de esta en ciertas horas del día es innecesaria, por lo
tanto para que un sistema de control solar sea óptimo deberán de tomarse en cuenta ambos
aspectos, el lumínico y el control solar.
1.2 Descripción de la tesina
La tesina es una investigación sobre la relación de la protección solar, el control solar y
la iluminación natural. Los principales temas del trabajo son: la iluminación natural, la radiación
solar y el control solar, por lo tanto el estudio individual de estos dan la pauta para el
planteamiento experimental que dará los aportes a la tesina.
1.3 Preguntas de investigación
Las siguientes interrogantes han sido el motivo de la investigación:
¿Cómo impactan las protecciones solares en el confort visual en latitudes cercanas al Trópico?
¿Qué diferencias existen entre los distintos elementos de control solar respecto a la iluminación
natural y la incidencia de la radiación solar?
¿Existe elementos de control solar que se comporten mejor que otros en clima semicálido-
subhúmedo?
12
1.4 Objetivos
Objetivo general:
• Estudiar la eficiencia de los dispositivos de control solar externos fijos en la ciudad de
Guadalajara México.
Objetivos particulares:
• Establecer una comparativa entre distintos sistemas de control solar tomando en cuenta
el control solar y la iluminación natural.
• Estudiar el confort visual en relación con los sistemas de protección solar.
1.5 Hipótesis En climas cálidos y empleando las dimensiones adecuadas los sistemas de control solar externos fijos, constituyen una potente herramienta de sombreado de la envolvente y bloqueo de la radiación solar mientras que comprometen los niveles de iluminación natural, sin embargo no todos los sistemas de control solar se comportan de la misma manera.
1.6 Alcances y limitaciones
Alcances:
• Establecer una comparativa del comportamiento de dispositivos de control solar en
relación a la incidencia de la radiación solar, el control solar y la iluminación natural.
Límites:
• No se pretende establecer reglas de diseño en los dispositivos de control solar, si no dar
a conocer los resultados que deriven del trabajo de investigación y que funcione a
manera orientativa en futuras consideraciones de diseño e implementación de sistemas
de control solar.
• Debido a que el trabajo de investigación se basa en climas tropicales en latitud 20ºN, y
al momento de llevar acabo la investigación nos encontramos en la latitud 40ºN y por lo
tanto la trayectoria solar y condiciones de radiación, clima y requerimientos bioclimáticos
varían, la comparativa de simulaciones con modelos a escala queda descartada.
13
1.7 Metodología
Tabla 1 Esquema resumido de metodología para la realización la investigación. Fuente: elaboración propia.
1.7.1 Revisión bibliográfica y caso de estudio A partir de la revisión de distintas fuentes bibliográficas principalmente libros, y artículos
científicos que abarcan temas referentes a la presente investigación, se ha construido el marco
teórico que comprende varios capítulos dedicados a la explicación de conceptos en relación al
tema de investigación. Posteriormente con la información obtenida se ha establecido un caso de
estudio y distintas variables a evaluar.
1.7.2 Simulaciones Por medio de un software especializado se realizan simulaciones de carácter lumínico, de radiación y control solar, la comparación entre los distintos sistemas a evaluar arrojan datos sobre el comportamiento de cada sistema y dan pie a las conclusiones del trabajo, los software seleccionados para llevar acabo las simulaciones son los siguientes:
• Autodesk Ecotect Analysis 2011: simulación de radiación, control solar e iluminación. • Desktop Radiance V2.0 Beta: simulación lumínica.
Ecotect es una herramienta orientada al análisis lumínico, térmico, acústico y acceso solar, se ha reccurrido a Radiance debido a que ofrece más opciones de cálculos lumínicos se ha comprobado su eficiencia en investigaciones de este tipo.
1.7.3 Análisis comparativo
El análisis comparativo se realiza siempre en referencia a un caso base que representará el 100% a partir de este se analizan los distintos sistemas de control solar a evaluar y se crean gráficas y tablas comparativas para el análisis y comprensión de resultados obtenidos a partir de las simulaciones.
Resultados Análisis de resultados Conclusiones
Estudio experimental Simulación con software Ecotect 2011 y Radiance 2.0 Beta
Caso de estudio Definición de variables
Revisión bibliográfica Marco teórico
14
15
Fig 1 La journée solaire de 24 heures. Fuente: Le poème de l'angle droit Le Corbusier (1955)
“…Un soleil se lève un soleil se couche
un soleil se lève à nouveau”
Le Corbusier
Le poème de l'angle droit, 1955
Capítulo 2 Geometría solar
16
17
2.1 El hombre y el Sol
El hombre primitivo buscó a través de los elemento naturales que tenía a su alcance
conformar una arquitectura que lo protegiese de los agentes climáticos adversos, primero habitó
cuevas y conforme avanzó el tiempo aprendió a modificar su entorno a su favor, aprendió
mediante la observación a seleccionar las cuevas más convenientes, aquellas que eran frescas
en verano y más cálidas en invierno. Indudablemente el hombre se dio cuenta de la influencia
que tenía el Sol sobre las condiciones de la Tierra, debido a que la agricultura basa su
actividad en el movimiento aparente del Sol que por su altura y duración se rigen las estaciones
del año, no es de extrañar que el Sol fuera la figura central de las religiones primitivas por lo que
la comprensión del movimiento de los astros y los ciclos causados por el Sol han sido
estudiados desde tiempos remotos, esto se refleja en construcciones dedicadas a la
observación en distintas partes del mundo, el más antiguo Stonehenge observatorio-templo
solar y lunar construido hace aproximadamente 2000 a. De C. Al sur de Inglaterra, este reloj
cosmológico refleja el grado de conocimiento astronómico del ser humano de aquella época.
También encontramos construcciones en referencia al astro en el Antiguo Egipto, Babilonia, etc
en México el Caracol un observatorio de la época precolombina emplazado en Chichén-Itzá,
se trata de un edifico de plataforma rectangular sobre la cual se dispone el cuerpo de
observación.
Fig 2 Stonehenge observatorio. Fuente: Wikipedia.org Fig 3 Observatorio El Caracol México. Fuente: Alaskan Dude
18
A finales de los años veinte en Norteamérica y Europa se desarrollaron importantes
estudios sobre el soleamiento y la orientación de los edificios, consideraciones racionalistas de
tipo higiénico y climático impulsaron estos estudios que posteriormente debido a que la energía
fósil era barata fueron olvidados dando lugar a una arquitectura completamente opuesta, siendo
que la conformación de un espacio construido constituye nuestra tercera piel como lo ha
explicado el artista austriaco Friedensreich Hundertwassey en su dibujo de las 5 pieles, esta piel
tiene que ser considerada como aquella que nos protege de las variaciones climáticas y la cual
el arquitecto tiene la tarea de adaptarla según el lugar en donde se encuentre tomando en
cuenta todos los factores climáticos y lograr que funcione para lo que ha sido concebida desde
su orígenes primitivos: ser un refugio.
2.2 La Tierra y el Sol
2.2.1 Movimiento de la Tierra
La Tierra realiza dos movimientos principales, el de traslación alrededor del Sol y el de
rotación entorno a su propio eje, estos movimientos determinan la distribución de la radiación
solar en la superficie terrestre. En el movimiento de traslación la Tierra se mueve alrededor del
Sol formando una órbita eclíptica, la Tierra tarda un año solar, es decir 365.25 días en
completar este recorrido, el plano de la órbita se denomina plano de la eclíptica y el sentido del
giro es contrario al de las manecillas del reloj. El movimiento de rotación de la Tierra alrededor
de su eje polar N-S completa un giro cada 24 horas. El factor determinante para la existencia de
las estaciones es la inclinación del eje de la Tierra, que está inclinado respecto al plano de la
eclíptica 23.45º este ángulo se llama declinación.
Fig 4 Movimiento de la Tierra rotación y traslación. Fuente: elaboración propia.
21 Marzo
21 Septiembre
21Diciembre21
Junio
Traslación
Rotación
19
2.2.2 Movimiento aparente del Sol
El movimiento aparente del Sol es debido
al movimiento de rotación de la Tierra, al
momento en que el Sol se levanta sobre el plano
horizontal por el Este es llamado orto, por el
contrario el ocaso es el momento en que el Sol
se oculta por el Oeste después de haber
efectuado el recorrido diurno, entre estas dos
posiciones existe una intermedia que se produce
al mediodía y es cuando el Sol alcanza su altura
máxima, se dice que el Sol se encuentra en su
culminación.
Durante el año los puntos por donde sale y se
pone el Sol varían, el 21 de marzo y 21 de septiembre que corresponden a los equinoccios de
primavera y otoño, el Sol tiene el orto justo en el Este y el ocaso en el Oeste, por lo tanto en
estas fechas el día tiene la misma duración que la noche, por otro lado el 21 de diciembre es el
día más corto del año y la noche, la más larga, lo contrario ocurre en el solsticio de verano el
21 de junio siendo el día el más largo del año y la noche la más corta. El movimiento diurno
aparente del Sol varia según la latitud, por ejemplo en lo Polos, suponiendo que la Tierra se
encuentra en los equinoccios cuando son iguales los días y las noches un observador situado
en este punto vería como el Sol describe orbitas circulares paralelas en el plano del horizonte y
por lo tanto no se produciría ni el orto ni el ocaso, la altura solar y el acimut dependerán de la
latitud de cada sitio lo que conlleva a que también será diferente la cantidad de radiación
directa que incide en una superficie.
.
Orto
Ocaso
Altura solarmáxima
Fig 5 Movimiento aparente del Sol en los equinoccios y solsticios. Fuente: elaboración propia.
20
2.2.3 Cartas solares
Una carta solar es la representación gráfica sobre un plano de las trayectorias aparentes
del Sol para una latitud en especifico, vistas desde un punto de la superficie terrestre de latitud
dada (Yáñez, 2008).
De las aplicaciones más importantes de las cartas solares consiste en obtener información de
forma gráfica sobre los días y horas en que un elemento arquitectónico no recibe radiación
directa, por obstrucciones vegetales, arquitectónicas y topográficas. Las cartas solares
contienen información como: el día, la hora solar, la altura del Sol y el acimut del Sol. Existen
diversos métodos gráficos para determinar la posición del sol en un momento dado:
• Carta de proyección estereográfica
• Carta de proyección ortogonal
• Carta de proyección gnomónica
• Carta de proyección cilíndrica
Actualmente los dos tipos de cartas solares que más se utilizan son: la de proyección
estereográfica y la cilíndrica (Yáñez, 2008). Nos centraremos más en la carta solar de
proyección estereográfica (ver figura 6) ya que es la que se utilizará en el presente trabajo de
investigación, La proyección estereográfica horizontal es una proyección cónica de la esfera
sobre un plano. El centro de proyección V es el "Nadir" o punto más bajo de la esfera opuesto al
“Cenit”, y el plano de proyección es un plano horizontal paralelo al plano tangente a la esfera
en V que pasa por el centro de la misma. La proyección estereográfica de la esfera tiene la
propiedad de proyectar como círculos los círculos de la esfera y tiene también la propiedad de
conservar los ángulos, lo que simplifica mucho los trazados (Mur). En todos los casos solo se
representa la trayectoria solar situada en la bóveda celeste, que se sitúa por encima del plano
del horizonte, por lo tanto el centro será donde se situé el observador o el objeto a estudiar.
21
Las líneas azules en sentido horizontal representa los meses del año, mientras
que las mostradas en sentido vertical, representa la hora solar, los círculos la posición
solar, en línea punteado la altitud solar, los ángulos dados en la circunferencia de línea
continua, representa el azimut.
Fig 6 Carta solar estereográfica latitud 20ºN. Fuente: propia obtenida a partir de Ecotect 2011.
1 5°
3 0°
4 5°
6 0°
7 5°
9 0°
1 0 5°
1 2 0°
1 3 5°
1 5 0°
1 6 5°1 8 0°
1 9 5°
2 1 0°
2 2 5°
2 4 0°
2 5 5°
2 7 0°
2 8 5°
3 0 0°
3 1 5°
3 3 0°
3 4 5°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
89
101112131415
1617
18
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
22
23
Fig 7 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: Le Corbusier p. 242
“It is the mision of modern architecture to concern itself with the sun”
Le Corbusier De una carta a Sert.
Capítulo 3 Radiación solar
24
25
3.1 Energía solar
Fig 8 Perdida de energía antes de entrar a la atmosfera terrestre. Fuente: elaboración propia.
Fig 9 Radiación directa y difusa del cielo. Fuente: elaboración propia.
3.2 Radiación solar
La radiación solar es el resultado de una serie de complejos procesos llevados acabo en
las capas concéntricas del Sol, la radiación que nos llega consta de dos elementos la luz y el
calor, la radiación global es la cantidad total de energía solar que alcanza una fracción de
superficie terrestre en un plano horizontal y esta formada por dos componentes la radiación
directa y la difusa, la radiación difusa proviene de la difusión y las múltiples reflexiones que
Radiación
directa radiación difusa
Del Sol proviene la energía necesaria para el
desarrollo de la vida sobre la superficie terrestre, el
Sol tiene un radio aproximado de 109 veces mayor al
de la Tierra y es la principal fuente de energía, hace
posible la fotosíntesis, los ciclos naturales y además
indirectamente a otras formas de energía como lo son
la eólica y la hidráulica el Sol tiene una temperatura
de emisión de 6 000 ºK. La potencia de flujo de
energía solar recibida en un plano perpendicular a los
rayos del Sol antes de su entrada a la atmosfera
terrestre es del 1.373 kW/m2 , de esta energía
recibida en la superficie superior de la atmósfera una
gran parte se pierde antes de llegar a la superficie
terrestre, alrededor del 50% de este porcentaje un
25% es reflejada, otro 25% es absorbida en la
atmósfera e irradiada al infrarrojo, el 50% restante
atraviesa la atmósfera y llega directamente a la
superficie de la Tierra sin haber sufrido ningún
cambio de dirección (fig 8) esta es la radiación
directa, teniendo en cuenta lo anterior la energía
media que recibe la superficie terrestre expuesta al
Sol es de 0.7 kW/ m2 energía que es repartida de
forma desigual debido principalmente, como ya se ha
dicho anteriormente, al ángulo de incidencia que
dependerá de la latitud y de la época del año.
Radiación directa 50%Re!ejada25%
Absorvida 25%
Atmósfe
ra
100%
26
sufre la radiación en su paso por la atmosfera, se le llama radiación total o global a la suma de
las dos componentes
3.3 El espectro solar
El espectro solar se puede dividir en tres:
• Radiación ultravioleta λ<0.38 µm
• Radiación visible entre los colores violeta y rojo que comprende la longitud de onda de
los 0.38 µm λ<0.78 µm
• Radiación infrarroja λ>0.78 µm de gran efecto térmico
Fig 10 Distribución de la radiación solar en la alta atmósfera y al nivel del mar en distintas condiciones. Fuente: guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p. 15.
27
Fig 11 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: Enciclopedia de Le Corbusier.
“We were born of light. The seasons are felt through light. We only know the world as it is
evoked by light… To me natural light is the only light, because it has mood – it provides a
ground of common agreement for man – it puts us in touch with the eternal. Natural light is the
only light that makes architecture.”
Lous I. Kahn
Capítulo 4 Iluminación natural
28
29
4.1 Naturaleza de la luz
En este apartado se hablará de forma sintética de los conceptos elementales entorno a
la naturaleza de la luz. La luz a intrigado a la humanidad durante siglos, una de las teorías más
antiguas planteaba que la luz nacía de los ojos y se proyectaba sobre los objetos (la teoría de
Óptica de Euclides), sin embargo después se comprendió que la luz debería de proceder de los
objetos y no de los ojos, la discusión de que si la luz está compuesta por un haz de partículas o
pertenece a un movimiento ondulatorio ha sido de lo más interesante en la historia de la ciencia.
Hasta mediados del siglo XVII no aparece de una manera explícita dos teorías sobre la
naturaleza de la luz: la teoría corpuscular y la teoría ondulatoria. La teoría corpuscular
propuesta por Newton supone que la luz está compuesta por corpúsculos que se propagan en
línea recta de tal forma que pueden atravesar los cuerpos trasparentes y ser reflejados por los
opacos . Esta teoría sin embargo no explica adecuadamente la ley de la refracción ni otro
fenómenos luminosos.
Huygens científico holandés, en 1678 propone la teoría ondulatoria. Mediante esta teoría
puede demostrar las leyes de la reflexión y refracción. Para la propagación de las onda
luminosas supone un medio ideal, el éter que esta presente en todo espacio, incluso en el vacío
(Yáñez, 2008).
La teoría de Newton fue aceptada durante más de un siglo, en 1860 Maxwell publicó la
teoría matemática del electromagnetismo. A pesar de que la teoría ondulatoria es correcta
cuando se describe la propagación de la luz cuando explica otras propiedades principalmente a
interacción de la luz con la materia falla.
Finalmente la teoría moderna de la mecánica cuántica de la radiación luminosa acepta
que la luz parece tener una doble naturaleza, por un parte la teoría de Maxwell que se
fundamenta en la naturaleza ondulatoria electromagnética, en donde los fenómenos de la
propagación de la luz encuentran su mejor explicación y por otro lado los procesos de emisión y
absorción de la teoría corpuscular.
30
4.2 Espectro de ondas electromagnéticas
Fig 12 Espectro electromagnético. Fuente: guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p.13.
Fig 13 Espectro visible. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 17.
La luz es una pequeña parte de la radiación
electromagnética que se propaga en el vacío. Entre
la radiaciones electromagnéticas encontramos: los
Rayos Gamma, Rayos X, Radiación Ultravioleta,
Luz, Rayos Infrarrojos, Microondas, Ondas de
Radio y otras radiaciones. El ojo humano es
sensible a la radiación electromagnética con
longitudes de onda comprendidas entre 380 y 780
nm. aproximadamente, lo que se denomina luz
visible. Las longitudes de onda más cortas del
espectro visible corresponden a la luz violeta y las
más largas a la luz roja, entre estos extremos
encontramos todos los colores del arco iris. Las
longitudes de onda inferiores a lo comprendido en
la luz visible se denominan rayos ultravioleta por el
contrarios los superiores se denominan infrarrojos.
Existen diversos tipos de espectros, los
continuos y los discontinuos, los espectros
continuos son emitidos por cualquier objeto que
irradie calor por encima del 0 absoluto, esta
radiación se denomina incandescencia que está
asociado a la temperatura.
Espectros discontinuos: consiste en una radiación
integrada por pequeños intervalos de longitud de
onda denominados picos de emisión como por
ejemplo la energía radiante de una fuente de
descarga gaseosa como puede ser la de vapor de
sodio o vapor de mercurio entre otras, a este tipo de
descarga comúnmente se le denomina
luminiscencia y a diferencia del espectro continuo
se caracteriza por ser radiación independiente de la
temperatura.
31
Fig 14 Reflexión especular. Fuente: elaboración propia.
Fig 15 Reflexión compuesta. Fuente:
elaboración propia.
Fig 16 Reflexión difusa. Fuente: elaboración propia.
Incidente
Incidente Re!ejada
4.3 Propiedades ópticas de la materia
4.3.1 Reflexión
La reflexión se lleva acabo cuando ondas de
cualquier tipo inciden sobre una barrera plana como
puede ser un espejo esto da lugar a nuevas ondas que
se desplazan alejándose de la barrera en la que
incidieron. Cuando la luz es reflejada en una superficie
pierde energía pues una parte es absorbida por la
superficie, a la relación entre la luz incidente y la luz
reflejada se le denomina reflectancia de la superficie.
Cualquier superficie que no sea completamente negra
reflejará luz, la forma y cantidad en que la refleje se
deberá a las propiedades de reflexión de la superficie
en que incide la luz, por lo que existen diversos tipos de
reflexiones, por ejemplo la reflexión especular (fig 14),
que se produce cuando una superficie es
completamente lisa en donde el ángulo de incidencia es
igual al ángulo reflejado, la reflexión compuesta en este
caso el ángulo de máxima intensidad reflejada es igual
al ángulo incidente (fig 15) esta reflexión es
característica de superficies irregulares o rugosas, por
último la reflexión difusa que se produce cuando la luz
es reflejada en todas direcciones, estas reflexiones se
producen en superficies como papel blanco mate,
muros o techos con terminado en yeso etc, estas son
solamente una muestra de la enorme variedad de
reflexiones.
Incidente
32
4.3.3 Trasmisión
La transmisión es el paso de una radiación a través de un medio sin cambio de
frecuencia, este fenómeno se lleva acabo en ciertos tipos e vidrio, agua, plásticos y el aire.
La transmitancia del material es la relación que existe entre la luz trasmitida y la luz incidente.
4.3.4 Absorción
La absorción es la transformación de la energía radiante en otro tipo de energía que
generalmente es en forma de calor. La absortancia es la relación entre la luz incidente y la luz
absorbida.
4.3.5 Refracción
La refracción se lleva acabo cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro y cambia su
dirección, además se produce una alteración en la velocidad de la luz.
4.4 La visión
4.4.1 El ojo
La luz ayuda a definir el espacio mediante la percepción visual, la percepción visual no
existe si la luz se encuentra ausente.
El ojo humano se estimula con la luz que reflejan los objetos, si en el medio luminoso no existe
superficie alguna que refleje la luz el fenómeno de la visión no se realiza por lo tanto para que
se lleve acabo el proceso de visión es necesario lo siguiente:
1.- Una fuente de luz .
2.- Una superficie, objeto a iluminar.
3.- Un ojo humano, que reciba la energía luminosa y la transforma en imágenes que será
enviadas al cerebro para su interpretación.
Fig 17 Constitución del ojo humano. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 23.
33
Los conos y los bastoncillos son células, los conos son los responsables de la
información del color, existen tres tipos de conos los sensibles a luz roja, aquellos sensibles a la
luz azul y por último los sensibles a la luz verde, los conos actúan en la visión fotópica mientras
que los bastoncillos nos permiten ver en niveles de iluminación baja y con menos sensibilidad al
color sin embargo su potencial esta en la distinción de la forma.
Fig 18 Parte fotosensible del ojo. Actuación de bastoncillos y conos. Fuente: manual de luminotecnia indalux (2002) p. 24.
Tabla 2 Comparación del ojo y la cámara fotográfica. Fuente: Manual de luminotecnia Indal (2002).
4.4.2 Acomodación
El ojo tiene la capacidad de ajustarse automáticamente a distintas distancias de los
objetos. La curvatura del cristalino se hace mayor en caso de que el objetivo se encuentre
próximo en comparación a cuando el objetivo se encuentra lejos. La capacidad de acomodación
del ojo disminuye con la edad debido a que el cristalino se endurece.
4.4.3 Contraste
En realidad todos lo objetos que percibimos es debido al contraste de color y luminancia
en relación al fondo en que se encuentre el objeto
La percepción visual depende del nivel de iluminación, del contraste, del grado de
deslumbramiento y de la composición espectral de la luz.
Ojo Cámara fotográfica
Crsitalino (acomodación) Objetivo (distancia entre objetivo y película)
Pupila (controla adaptación) Diafragma-obturador (adapta exposición y
cantidad de luz)
Pigmento de los fotorreceptores Emulsión de la película
Retina (crea imágenes) Película (crea imágenes)
34
4.4.4 Adaptación
La adaptación es la capacidad que tiene el ojo para adaptarse a distintas iluminaciones,
la pupila se ajusta para que la luminancia proyectada en la retina sea de un valor tolerable, en
caso de que la iluminación sea intensa la pupila se contrae para reducir la cantidad de luz que
llega al cristalino por el contrario si es escasa la pupila se dilatará para captar la máxima
cantidad posible que se traducirá a información.
Cuando se pasa de un espacio con iluminación excesiva a otro sin iluminación el ojo se somete
al proceso de adaptación que toma alrededor de 30 minutos, sin embargo cuando se pasa de
un local sin iluminación a uno con altos niveles de iluminación el proceso de adaptación tarda
apenas unos segundos.
4.4.5 El campo visual
El campo visual del ser humano esta
delimitado por un ángulo de 130º
aproximadamente en sentido vertical y de 180º
en sentido horizontal, existe una clasificación de
los distintos campos visuales:
• Campo focal, con un diámetro de 1º en su
eje se alcanza la máxima agudeza visual.
• Campo de trabajo, díametro de 30º en el
que le ojo percibe una visión del entorno
con una agudeza visual buena,
apreciación de la profundidad buen con la
visión estereoscópica.
• Campo estereoscópico, el diámetro es
mayor, 60º se percibe una visión del
entorno con una agudeza visual media y
se mantiene la percepción de la profundidad
con la visión estereoscópica.
• Capo periférico, abarca una visión lateral e inferior de hasta 90º, cada ojo percibe una
visión de baja resolución del entorno, sin embargo se cuenta con una alta sensibilidad al
movimiento evitando riesgos y ayudando a la orientación. .
Límite
del cam
po visu
al
50º
Límite de
discriminación
cromática30º
Límite de
información 25º
Línea visualde pie
0º
visual sentado15º
Límite de
discriminación
cromática
40º
Límite del cam
po visual70º
Límite zonaóptima
30º
Línea visualnormal
Fig 19 Campo visual vertical. Fuente: elaboración propia.
35
4.4.6 Visión fotópica y escotópica
La suma de todas las longitudes de onda del espectro visible es la luz blanca del medio
día soleado. La luz blanca del día (visión fotópica), contiene la máxima sensibilidad del ojo que
corresponde a la longitud de onda de 555 nm y que coincide con el color amarillo, por el
contrario la mínima sensibilidad corresponde a los colores rojo y violeta.
En el caso de la luz nocturna (visión escotópica), la máxima sensibilidad se desplaza hacia
longitudes de onda menores (efecto Purkinje) por consiguiente, las radiaciones de menor
longitud de onda correspondientes al azul – violeta que producen mayor intensidad de
sensación en situaciones de baja iluminación.
Fig 20 Curva de sensibilidad del ojo. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 26.
4.4.7 Visibilidad
Es el estado de ser perceptible por el ojo, a menudo se cree que depende
principalmente de la cantidad de luz en el objeto o tarea a ser visto, y que más luz en el objeto o
tarea lo hará más visible, hasta cierto punto esto es cierto pero la visibilidad también depende
de la agudeza visual (la habilidad de distinguir detalles finos), y la sensibilidad del contraste (la
capacidad de detectar presencias luminosas o diferencias de brillo), ambas agudeza visual y
sensibilidad de contraste varían con la luminancia de la tarea (brillo) la cual es determinada por
la cantidad de luz incidente y la reflectividad de la tarea. Un 1 porciento perdido en contraste
requeriría incrementar la iluminación un 15 porciento para obtener la misma visibilidad. (Evans,
1981).
36
4.4.8 Confort visual
Mientras que las condiciones térmicas óptimas son aquellas en las que el ocupante no
siente ninguna necesidad de cambio hacia condiciones más cálidas o más frías el confort
lumínico es un concepto mucho más complejo. El ambiente luminoso tiene más en común con
el medio ambiente acústico, en el que ambos están relacionados con la recepción de mensajes,
y no sólo se refiere a un estado de percepción neutral del medio ambiente. Nadie en casa o en
el lugar de trabajo debe recibir un mensaje térmicos o decodificar un patrón climático. Sin
embargo hay una necesidad de interpretar los mensajes acústicos o visuales. Confort luminoso
debe ser interpretado como la recepción clara de los mensajes visuales desde el entorno visual.
(Baker 1993). El confort lumínico se logra cuando el ojo humano esta en condiciones de leer un
libro u observar un objeto rápido y fácilmente sin ningún tipo de estrés (Arias y Ávila 2004).
4.4.9 Deslumbramiento
La Real academia Española define el deslumbramiento de la siguiente manera:
Turbación de la vista por luz excesiva o repentina. El deslumbramiento es un fenómeno de la
visión que produce molestia o disminución de la capacidad para distinguir objetos, el
deslumbramiento se produce principalmente como consecuencia de contrastes excesivos,
existen dos formas en que se puede producir deslumbramiento, la directa proveniente de
fuentes luminosas localizadas dentro del campo visual y la indirecta reflejado por superficies de
alta reflectancia, es importante limitar el deslumbramiento para evitar fatiga, errores e inclusive
accidente.
4.5 Necesidad de luz natural
El cielo representa la fuente de luz más antigua y económica, la iluminación natural
presenta numerosas ventajas proporciona una iluminación de mejor calidad que la artificial,
ahorro energético, excelente reproducción del color, orientación, además varia a lo largo del día,
la disponibilidad y características de la luz dependen de la latitud, las condiciones climatológicas, época del año y momento del día. La luz natural consta de las siguientes
componentes:
1.- Luz directa el haz directo procedente del sol.
2.- Luz difusa difundida en la atmosfera incluye nubes
3.- Luz reflejada procedente de reflexiones
A continuación se mencionan brevemente algunos de los aspectos del porque la necesidad de
la luz natural:
37
4.5.1 Cambio-Variedad efectos biológicos y psicológicos
Fig 21 Estado de ánimo expresado como nivel de “activación” (aurosal level) con iluminación uniforme de 250 lux y 2800 lux en función del número de horas de trabajadores del turno de noche (Boyce & Col) Fuente: Guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p. 20.
Fig 22 Niveles de estrés de un grupo de empleados que trabajan únicamente con luz eléctrica y con una combinación de luz natural y artificial (Kerkhof) Fuente: Guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p. 20.
El ser humano está hecho para adaptarse a
estímulos con variantes es decir no estamos
adaptados a estímulos contantes, en ocasiones se
cree que un buen diseño lumínico debe de ser
uniforme (como el que brinda la luz artificial) sin
embargo investigaciones han demostrado que esto es
incorrecto, ya que la falta de variaciones es
incompatible con las capacidades y tendencias
naturales de las personas. Se ha demostrado que un
espacio iluminado con luz natural resulta más
estimulante y conduce a efectos psicológicos
positivos, inclusive se puede obtener un mayor
rendimiento en el trabajo. El cuerpo responde a
condiciones de estabilidad mediante el cambio en sí.
La pupila del ojo se expandirá y contraerá aún con la
exposición a un brillo constante y uniforme, pero si la
monotonía es larga la capacidad del cuerpo para
responder a estímulos poco a poco se deteriorará
hasta que los cambios sutiles no podrán ser percibir
en absoluto. Es aquí que la naturaleza siempre
cambiante de la luz del día responde
automáticamente y naturalmente a la necesidad del
cuerpo y la mente para el cambio de estímulos o del
estado de ánimo (Evans, 1981).
Un efecto emocional muy importante es el del
contacto visual con el exterior del que se habla más
adelante (apartado contacto con el exterior-vistas),
algunos fabricantes de alumbrado artificial han
intentado simular la luz natural produciendo entornos
luminosos artificiales dinámicos para el tratamiento
tanto curativo como preventivo para problemas como
la fatiga, el sueño y un estado de animo bajo.
38
4.5.2 Orientación
La necesidad del cuerpo humano de ser capaz de relacionarse con su entorno natural,
tanto mental como físicamente está bien establecida en aviadores que pierden el contacto con
el horizonte y el entorno exterior en climas adversos son objeto de vértigo y deben utilizar los
instrumentos para mantener el nivel de vuelo. Una especie de desorientación se produce
cuando las personas están completamente aislados de su entorno natural, los seres humanos
tienen un mecanismo interno que mantiene la noción del tiempo el ritmo del día y la noche y las
estaciones gracias a la luz (Evans, 1981).
4.5.3 Contacto con el exterior-vistas
La cuestión de las vistas es de especial importancia, la vista desde la ventana es nuestro
contacto con el mundo exterior, proporciona la información que nos permite experimentar los
cambios del día en la luz del Sol, el tiempo y las estaciones.
Ha sido reconocido en la investigación que un paciente en el hospital se recupera más
rápidamente en caso de contar con una ventana con vista. La calidad de la vista exterior
dependerá de los alrededores de los edificios y la altura a la que se experimenta pero es de
importancia que en donde hay una vista disponible sea explotada (Philips, 2004).
4.6 Iluminación natural en la arquitectura
Desde la antigüedad el hombre buscó hacer entrar la luz natural a los espacios que
habitaba, es interesante como la primer fuente de luz artificial se presenta como el fuego, sin
embargo esta luz artificial se hacia presente únicamente al llegar la noche, no obstante en el
último siglo la mayor parte de la población se desarrolla en un mundo lleno de edificaciones en
donde pasa la mayor parte del tiempo, en oficinas, escuelas, centro comerciales y la mayoría
son iluminados con luz artificial.
En el caso de la iglesia gótica , además de ofrece una lección sobre el empleo estructural de la
piedra con sus arcos apuntados y la contribución de los arbotantes y contrafuertes para
reconducir los esfuerzos laterales hacia el suelo, es uno de los mejores ejemplos para
demostrar la influencia de la iluminación natural en la configuración escalonada (Yáñez, 2008).
39
Fig 23 Planta típicas del siglo XX debido a la necesidad de iluminación y ventilación, de arriba hacia abajo en “u”, patio central y en ”H” . Fuente: elaboración propia.
Fig 24 Mujer leyendo una carta en la ventana pintura de Vermeer. Fig 25 Casa Barragán. Fuente: Yutaka Saito (2001).
Fuente: arte-historia.com consultado en Junio del 2013.
A principios del siglo XX se inicia el procedimiento industrial
por laminación para fabricar grandes planchas de vidrio, es a partir
de este momento que el vidrio tiene una gran influencia en la
arquitectura moderna aportando luminosidad y transparencia, sin
embargo las desventajas de sustituir grandes paños de muro por
superficies vidriadas se hace evidente, pues en invierno se tenían
grandes perdidas de calor y por el contrario en verano elevadas
ganancias térmicas. Como se ha visto, desde siempre la
arquitectura se ha encontrado íntimamente ligada a luz natural, la
iluminación en la arquitectura nos permite percibir una amplia
variedad de sensaciones emocionales, pero no solo esto, también
permite distinguir espacios apreciar textura, colores, volúmenes,
seguir un recorrido etc., dentro de la arquitectura contemporánea
existe una inmensa variedad de ejemplos en donde Arquitectos
como, Le Corbusier, Alvar Aalto, Kahn, Barragán, etc., han
demostrado como la luz natural se vuelve la protagonista en la
configuración del espacio arquitectónico. En la fig 27 se muestra la
casa de Barragán patrimonio mundial de la humanidad (UNESCO
2004) en donde se hace evidente la intención de hacer llegar la luz
natural a todos los espacios de la casa.
40
4.7 Componentes de iluminación natural Los componentes de iluminación se dividen en 2 grupos:
4.7.1 Componente de conducción
Los componentes de conducción se podrían definir como espacios designados a guiar
y/o distribuir la iluminación natural hacia el interior desde el edificio desde el ambiente lumínico
exterior, de un componente de paso a otro (Baker, Fanchiotti, & Steemers, 1993).
Los componentes de conducción se dividen en dos grupos:
1.- Espacios luminosos intermedios, son parte del perímetro del edificio y se sitúan entre el
ambiente exterior y el espacio habitable, distribuyen la iluminación natural al interior de los
espacios las galerías e invernaderos son algunos ejemplos pertenecientes a este grupo.
2.- Espacios de luz interiores, son componentes de conducción que forman parte del interior del
edificio y distribuyen la iluminación natural en zonas especificas del edifico separadas del
exterior y que se encuentran separados del perímetro del edificio, los patios y atrios pertenecen
a este grupo.
4.7.8 Componentes de paso
Son dispositivos diseñados para permitir que la luz pase de un ambiente a otro,
principalmente se definen por sus características geométricas y la composición de elementos
que los forman, estos dispositivos se dividen en tres grupos generales:
1.- Componentes de paso lateral. Son aquellos que están situados en la envolvente vertical de
un edificio, separan dos ambientes lumínicos permitiendo la penetración lateral de la luz, los
muros traslucidos, las ventanas o los balcones son algunos ejemplos de este grupo.
2.- Componentes de paso cenital. Los componentes de paso cenital se localizan en el techo de
los edificios separan dos ambientes lumínicos y permiten la penetración de la luz al espacio
inferior algunos ejemplos son los lucernarios, claraboyas, cúpulas, linternillas.
3.- Componentes de paso global. Son parte del recinto de un volumen construido que rodea un
espacio total o parcialmente permitiendo una entrada global de luz.
41
Fig 26 Biblioteca casa Barragán ejemplo de Fig 27 Convento de la Tourette de Le Corbusier ejemplo Componente de paso lateral. De componente de paso cenital. Fuente: Le Corbusier, Fuente: Yutaka saito (2002). Promenades (2005) p. 53.
La iluminación natural que ingresa a un espacio se constituye de varios recursos, la luz
directa proveniente del Sol, la luminancia del cielo que varia dependiendo del tipo de cielo, y las
reflexiones de los elementos externos como edificios cercanos, los pavimentos o la vegetación,
la luz de cada elemento varia en cantidad y calidad tomando en cuenta estos factores podemos
aumentar o disminuir la calidad de la iluminación natural del interior de un local.
Fig 28 Fuentes de iluminación natural. Fuente: elaboración propia.
Luz dire
cta del S
ol
Reflejada
del piso
Reflejada
edificio
Cielo
des
pejad
oCielo cubierto
Edificio color claroo materialreflejante
42
4.8 Modelo de cielo La luminosidad de la bóveda celeste es difícil de
determinar, pues es propia de la localización geográfica
por lo tanto depende de la latitud y las condiciones
climatológicas propias del lugar, además de no ser
uniforme, pues varia a lo largo del día debido a distintos
factores como pueden ser: la posición del Sol, la
humedad, la trasparencia de la atmosfera y la cantidad de
nubosidad, por estas razones se han establecido modelos
de cielo, que consiste en reproducir las cualidades de cada
cielo y cuantificar la iluminación mediante valores
estadísticos. Existen diversos modelos de cielo
desarrollados por la Comission International de L’Eclairage
(CIE) estos son modelos matemáticos de distribución de
luminosidad ideal de cielo, entre los más comunes se
encuentran el cielo cubierto, cielo uniforme y cielo
despejado, los modelos son útiles para calcular la
iluminación natural mediante simulaciones, en general el
cielo cubierto es el más utilizado ya que representa el peor
de los casos por estimar la mínima luminosidad del cielo y
por lo tanto se garantiza el mínimo nivel de iluminación
natural al interior del edificio. La distribución de luminosidad
del cielo cubierto generalmente es tres veces mayor en el
cenit que en el horizonte caso contrario el cielo despejado
en el que predomina la componente solar directa con más
del 80% de la luminosidad total, en cuanto al cielo uniforme
Como su propio nombre lo indica la distribución es uniforme
en toda la bóveda celeste.
Fig 30 Distintos modelos de cielo y su distribución luminosa. Fuente: internet
Fig 29 Distintos modelos de cielo, de arriba hacia abajo: cubierto, uniforme y despejado. Fuente: Guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p. 14.
43
La distribución de la iluminancia y la luminancia es la medida de cómo varia la luz dentro
de un espacio, una pobre visibilidad y poco confort visual podrían ser el resultado de un ojo
forzado para adaptarse rápidamente a niveles de lumínicos con variables altas. Las
proporciones de iluminancia y luminancias son utilizadas para cuantificar la uniformidad de la
luz natural típicamente se miden a través de un plano de trabajo horizontal a una altura de 0.75
m por encima del piso.
4.9 Factor de iluminación natural (FIN)
Una forma de evaluar la iluminación natural es por medio del factor de iluminación
natural FIN (Day light factor DLF en inglés), que consiste en la relación entre el nivel de
iluminación de cada punto interior del local, con el nivel de iluminación difusa horizontal en el
exterior del espacio, este valor es representado en porcentaje
y representa una constante a lo largo del año, lo que hará que
este valor varié será, la localización geográfica del local, el
diseño del vano por donde ingresa la iluminación natural, las
obstrucciones exteriores y las características de los materiales
internos (reflectancia).
FIN= Ei/Ee
Ei= iluminación interior en el punto de estudio
Ee= iluminación libre horizontal
El FIN toma en consideración tres componentes que se describen a continuación:
• Componente de cielo (SC por sus
siglas en inglés) , corresponde a la
luz proveniente de la bóveda celeste
y que incide directamente a través
de una abertura como por ejemplo
una ventana al plano de trabajo.
• Componente externo reflejado (ERC
siglas en inglés), luz reflejada en el
suelo, árboles y otras edificaciones.
• Componente interno reflejado (IRC
por sus siglas en inglés), la inter-
reflexión de (SC) y (ERC) de otras
superficies dentro de la habitación.
Ee (lux)
Ei (lux)FIN= Ee/Ei
Fig 31 Iluminancia interior y exterior para cálculo de FIN. Fuente: elaboración propia
Fig 32 Diagrama con las 3 componentes que se toman en cuenta para la medición del FIN en un pinto interior del local. Fuente: elaboración propia.
44
Con carácter general se recomienda alcanzar valores de factor de iluminación natural
(FIN)= 3% para usos generales, no suele ser conveniente superar el FIN > 9%, por el exceso de
iluminación y por las grandes ganancias o pérdidas de calor debido a una excesiva superficie de
los huecos (Monroy, 2006).
Exigencia visual Sensación visual
FIN % Ei mínimo con Ee = 10.000 lux
Ei máximo con Ee = 100.000 lux
Muy alta Muy luminoso >10 % > 1.000 lux > 10.000 lux Alta Luminoso 6 % 600 6000 Normal Normal 3 % 300 3000 Baja Oscuro 1 % 100 1000 Muy baja Muy oscuro <0.3 % <30
Tabla 3 Valores del FIN recomendado según exigencia visual. Fuente: manual de iluminación Martín M. (2006).
4.10 Consumo eficiente de energía en la iluminación
El ahorro en energía en iluminación eléctrica tiene su mayor aplicación, en los edificios
no residenciales, debido a las importantes cargas frigoríficas que tiene que cubrir el equipo de
aire acondicionado (Yáñez, 2008).
Lechner indica que un edificio típico de oficinas construido en el Sur de California reduce
un 20% el consumo energético debido a la utilización de la iluminación natural, además afirma
que edificios como escuelas, oficinas o industrias suelen dedicar un 40% del consumo eléctrico
en iluminación.
Sector % energía eléctrica dedicada a
iluminación Oficinas 50% Hospitales 20-30% Industria 15% Colegios 10-15% Comercios 15-17% Hoteles 20-25% Residencial 10-15% Tabla 4 Consumo energético destinado a iluminación según Sector. Fuente: guía técnica de iluminación eficiente.
La orientación de un edifico y
la localización de los componentes
de paso y conducción influyen
directamente en la iluminación
interior del local lo que repercutirá en
el consumo energético. Para reducir
la carga frigorífica hay que reducir el
uso de la iluminación eléctrica
aumentando la aportación de luz
natural, combinándola con protección
solar y refrigerar el edificio mediante
la ventilación natural selectiva.
45
Fig 33 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: internet
“The sun control device has to be an the outside of the building, an element of the facade, an
element of architecture. And because this device is so important a part of our open architecture,
it may develop into as characteristic a form as the Doric column”
Marcel Bereuer
Capítulo 5 Control solar en la arquitectura
46
47
5.1 Control solar alrededor del mundo
Los beneficios de sistemas de control solar son obvios, podemos encontrar ejemplos
alrededor del mundo en distintas culturas, en la antigua Grecia se utilizaban elementos de
control con un propósito doble, el de sombrear tanto el edificio como el espacio exterior público,
en edificaciones Griegas y Romanas se hace evidente este propósito por medio del pórtico,
existe una rica fuente de ejemplos históricos alrededor del mundo desarrollados en respuesta a
necesidades similares, por ejemplo la verandah de la India, el balcón, la logia, la arcada o el
engawa de Japón.
Frank Lloyd Wright utilizó en la mayoría de sus proyectos sistemas de sombreado para
lograr confort térmico además de la implicaciones estéticas del edificio de la pradera, Wright
utilizó grandes áreas vidriadas, con el fin de maximizar la ventilación natural durante los veranos
cálidos y húmedos de Chicago, sin embargo entendió que esta solución traía mas problemas
que beneficios por lo que sombreo las áreas vidriadas con grandes voladizos.
Fig 34 Casa Robie de Frank Llloyd Wright. Fuente: gowright.org consultada en junio del 2013.
48
Le Corbusier diseño la ciudad refugio en Paris en la que la fachada sur estaba
totalmente acristalada para obtener el máximo de luz natural y un confort térmico, en invierno
funcionó bien pero en verano el edificios era excesivamente caluroso, los usuarios, médicos y
pacientes se quejaban por la elevada temperatura, la falta de ventilación y el exceso de
radiación, en verano se alcanzaron temperaturas interiores de 30-33ºC como resultado de este
error Le Corbusier ideo un sistema fijo de sombreado conocido como brise – soleil , después de
esta obra los elementos de sombreado se convirtieron en parte importante de su arquitectura,
durante el período de 1930-1945 Le Corbusier centro sus estudios en la comprensión de la
radiación solar.
Afectado por los problemas del soleamiento excesivo e influido por la aclimatación de las
construcciones árabes de Andalucía, que conoció viajando por España, diseñó un mecanismo
de lamas giratorias de sección cruciforme destinado a un proyecto de viviendas sociales
(Barcelona, 1931). Propuesta que, al abarcar toda la fachada de una tipología estrecha y
profunda, resultó excesiva en clima Mediterráneo, donde en verano el sombreamiento previsto
sería correcto, pero la incapacidad de permitir la entrada de radiación solar en invierno
arruinaría su funcionalidad). El grupo de lamas conseguiría, en el caso más favorable, romper la
luz dirigiéndola en mayor medida hacia suelo y techo, incrementando la radiación difusa
levemente sin solventar la deficiencia de iluminancia interior, ni favorecer el calentamiento
invernal de los espacios adyacentes (Requena Ruiz, 2009).
Fig 35 Cité de refuge Paris Le Corbusier (1929) a la izquierda la fachada original sin protección solar, a la derecha la fachada modificada con sistemas de protección. Fuente: facadesconfidential.blogspot.com.es consultada en junio del 2013.
49
5.2 Sistemas de control solar fijos externos
El Sol y su alta incidencia en altitudes bajas, regiones tropicales y subtropicales, hace
que una de las estrategias prioritarias de la arquitectura bioclimática sea el control solar.
“Se dice que la principal estrategia de enfriamiento en climas cálidos es en definitiva el control
solar, ya que de esta forma no tendría que enfriarse aquello que no se ha calentado” (Olgay
1963).
El uso de dispositivos de control solar como solución al problema arquitectónico, que
surge del exceso de radiación en los edificios, es un recurso del diseño bioclimático que
impacta en forma relevante las condiciones de confort en el interior de las edificaciones,
también están muy vinculados a los consumos energéticos para el acondicionamiento térmico.
El primer concepto del control solar es la propia forma, así como la configuración espacial y la
orientación del proyecto (Viqueira Rodríguez, 2001). Según Rodríguez Viqueira en términos general los
sistemas de control solar fijos exteriores pueden dividirse en :
1.- Horizontales alero, volado o voladizo, el volado o voladizo
hace referencia a cualquier elemento que sobre sale del plano
vertical del edificio, mientras que el alero generalmente se
forma mediante la extensión del techo sobresaliendo del plano
vertical de la edificación. Dentro de esta clasificación se
pueden encontrar variables como las lamas horizontales o las
pérgolas.
2.- Verticales parte de este grupo son los partesoles, este
puede colocarse de manera perpendicular u oblicuo con
respecto
al plano vertical (fachada).
3.- Mixtos dentro de este grupo encontramos la celosía que es
la combinación de la persianas horizontales y verticales .
Equinoccios
Solsticio de
invierno
Verano
Interior
Fig 36 Exposición solar de una ventana con protección solar exterior fija y posición solar (latitud 20ºN). Fuente: elaboración propia.
50
Fig 37 Unidad habitacional en Marsella Le Corbusier (1946). Fuente: Le Corbusier Juan-Louis Cohen Taschen (2004) p. 56.
Fig 38 Casa Cap Ferret Rfancia. Fuente: 25 casas Fig 39 Casa en Austria. Fuente: 25 casas ecológicas
(2006) p. 67. ecológicas (2006) p. 97.
El sistema de control solar ideado
por Le Corbusier también se implementó
en la unidad habitacional de Marsella en
donde se formalizó como una envolvente
capaz de crear un colchón entre el espacio
exterior e interior es uno de los varios
ejemplos concebidos por el arquitecto de
la utilización de sistemas mixtos de control
solar, el brise-soleil siguió apareciendo en
sus obras siguientes variando según la
orientación y uso del proyecto.
Un ejemplo de control solar horizontal en
forma de pérgola lo encontramos en una
vivienda en Cap Ferret, Francia en donde
todo el perímetro se encuentra protegido
con este elemento hecho en madera, por
último un ejemplo de voladizo horizontal
en una vivienda de Austria funciona a
manera de protección de la ventanas
localizadas en la parte superior.
51
En la siguiente tabla se muestran los sistemas básicos de control solar fijos de los que
se pueden derivar múltiples variantes y combinaciones.
Fig 40 Ejemplos de sistemas de control solar fijos Fuente: Lechner (2001).
Esquema Descripción Orientación óptima
52
Todos los sistemas de sombreado consisten en voladizos horizontales, parte soles
verticales o una combinación de ambos. Los voladizos horizontales con sus diversas
variaciones son la mejor opción para sombrear la fachada Sur debido a que son directamente
selectivos puede permitir la entrada del Sol bajo de invierno, mientras que en verano se
protege totalmente con una obstrucción mínima de la vista.
Las persianas horizontales tienen una serie de ventajas sobre los voladizos o aleros sólidos una
de estas es que minimizan la acumulación de aire caliente al lado de la ventana bajo el saliente
(Lechner 2001).
En el diseño de un sistema de control solar es importante tomar en cuenta la dimensión
de la protección, el objetivo es encontrar la dimensión adecuada para protegerse del periodo
más caluroso, para esto existe un ángulo que varia según la orientación del vano a proteger y
que vendrá dado por cada región climática, Lechner publicó estos ángulos para algunas
regiones de Estados Unidos de Norteamérica, sin embargo debido a que las condiciones de
incidencia solar varían según la situaciones geográfica, como hemos visto en el primer capítulo,
esta investigación tomará los datos publicados por Arias y Ávila que corresponden a la latitud
20º N.
Orientación Protección
horizontal
Protección vertical
Derecha
Protección vertical
Izquierda
Norte 85º ------- 20º Sur 60º ------- ------- Este 50º ------- -------
Oeste 80º ------- 110º Noroeste ------- ------- 60º Sureste 50º ------- ------- Noreste 60º ------- -------
Suroeste 20º 40º ----(Celosía) Tabla 5 Ángulos para sistemas de control solar según orientación. Fuente Arias y Ávila (2004).
Fig 41 Ángulos para el dimensionamiento de sistemas de control solar. Fuente: Arias y Ávila (2004).
53
Capítulo 7 Estado del arte
54
55
7.1 Estado del arte
En este capítulo se describen estudios que se han realizado con referente al tema de
investigación a estudiar.
Los hermanos Olgay (1957) en la publicación “Solar control and shading devices”
realizaron un amplio estudio de la radiación solar así como de diversos sistemas de control
solar, primero definieron los periodos en los que era necesario sombrear después graficaron los
perfiles de la sombra de distintos tipos de sistemas de sombreado, estos elementos se
calcularon para el 50% y 100% de sombra, sin embargo no se calculó la radiación que llega al
interior del espacio, en la parte final de la publicación se encuentran numerosos ejemplos de
arquitectura con sistemas de sombreado.
Años después Mazria (1985) publicó la forma de representar el indicador de sombras de
sistemas horizontales, verticales y combinados por medio de la gráfica cilíndrica en donde se
mostraba exactamente las horas en que la radiación solar queda bloqueada.
Lechner profesor de la universidad de Auburn (Alabama) ha escrito sobre iluminación
natural y sistemas de control solar a nivel urbano y arquitectónico en un libro que contempla
temas de radiación, enfriamiento e Iluminación en este último además de exponer los
fundamentos del porque es necesario la utilización de sistemas de control solar, presenta los
diversos tipos de sistemas de sombreado tanto fijos como móviles, así como una serie de
recomendaciones para la orientación de los sistemas de sombreado, además aporta una guía
para diseñar el sistema de control, posiblemente una de las aportaciones más valiosas de este
apartado son las tablas en donde establece el ángulo necesario para el correcto
dimensionamiento del sistemas de control solar, sin embargo estos datos corresponden a
Estados Unidos de América.
En el libro “Sun, Wind & Light ” Brown y DeKay describieron la manera de determinar
los períodos en los cuales se requiere la utilización de la protección solar por medio de la
temperatura diaria, en el apartado de “sombreado” describen los elementos de sombreado tanto
fijos como móviles además explican como determinar la dimensiones de aleros o de
protecciones verticales en orientación sur, este y oeste.
56
En México Arias y Ávila realizaron un análisis del comportamiento lumínico de aleros,
elementos de protección solar verticales y pérgolas con distintas dimensiones y orientaciones,
en otra de sus publicaciones se muestra el ángulo óptimo para el diseño de un sistema de
protección solar así como las fechas en que es necesario proporcionar sombra para latitud 20º
N.
Continuando con México Morillón y Mejía (2004) presentaron un método para el diseño
de elementos de control solar, calcularon los ángulos óptimos de los elementos (para la ciudad
de La Paz, Baja california Sur) también determinaron la horas en que se requiere ganancia o
protección del calor, en la primera parte de la publicación se realizó un análisis del clima y las
condiciones del bioclima y en los últimos capítulos se realizó una evaluación del sistema de
control solar cuantificando la disminución de la ganancia de calor en el interior de la vivienda.
Bellia, De Falco, & Minichiello (2013) analizaron la influencia de los dispositivos de
control solar externo y las necesidades energéticas en edificios de oficinas en diversos climas
de Italia y el ahorro de energía en relación con las protecciones solares demostrando la
eficiencia energética más alta en climas cálidos demostrando un 20% de ahorro en Palermo
(caso más cálido) y un 8% en Milán (caso más frío).
Palmero-Marrero & Oliveira (2010) estudiaron por medio de simulaciones el efecto de
lamas como protecciones solares exteriores en un espacio con 120 m2 y ventanas al sur, este y
oeste con doble vidrio, se consideraron lamas verticales para las fachadas este y oeste y lamas
horizontales para la fachada sur, los dispositivos se evaluaron en distintas latitudes, con las
mismas características de dimensiones y materiales, también se analizaron las temperaturas
del interior a través de simulaciones, los resultados mostraron que la integración de dispositivos
de sombreado de lamas en edificios conduce a ahorros significativos de energía, en
comparación con un edificio sin dispositivos de sombreado.
Ochoa y Capeluto (2006) evaluaron 3 sistemas de iluminación natural para su uso en
oficinas situada en Israel, latitudes en donde las condiciones lumínicas de todo el año son de
alta radiación solar, y la excesiva radiación directa puede ser un problema, el análisis se
concluye con que el sistema de concentrado anidolic proporciona los más altos niveles de
iluminación en términos cuantitativos, sin embargo, en un sentido cualitativo, se debe tener
cuidado con los ángulos solares en donde los reflejos del concentrador pueden causar
deslumbramiento.
57
Un estudio realizado por Alzoubi & Al-Zoubi (2010) examinó por medio de simulaciones
el efecto de protecciones solares verticales y horizontales tipo lamas en la calidad de la
iluminación natural asociado a ahorros energéticos en Amman Jordania, la simulación se situó
en la latitud 32º N y se tomo en cuenta un cielo despejado, el espacio de 5.5m x5.5m y 2.7m de
altura con una única ventana en a fachada sur de 3 m2 los datos se tomaron del día 21 de
Junio a las 12:00 pm, el estudio concluye que existe una posición óptima, las protecciones
solares verticales pueden ofrecer una buena iluminación natural y una mínima ganancia térmica
en fachada sur.
Otro estudio realizado por Sherif, Sabry, & Gadelhak (2012) en la ciudad de Jeddah en
Arabia Saudí (21º N) demostró que pantallas solares con proporciones de aberturas en sentido
horizontal son más eficientes que aquellas con aberturas verticales, finalmente proponen para
cada orientación la proporción de abertura de la pantalla en términos de mejor eficiencia de
iluminación natural, en la última fase se evaluó la transmisión de la energía solar de las
pantallas que fueron encontradas como eficientes en las etapas anteriores, la proporción de la
pantalla encontrada como eficiente en orientación este redujo un 50% la radiación solar anual
comparado con un caso sin utilización de pantalla.
Por último M. David, M. Donn, F. Garde, A. Lenoir (2011) realizaron una comparación de
la eficacia térmica y visual de diferente tipos de pantallas solares en edificios no residenciales
en la fachada sur, el análisis se realizó mediante simulaciones el sitio de la simulación es el
aeropuerto de Gillot en Reunion Islands.
58
59
“Si no conozco una cosa, la investigaré”
Louis Pasteur
Capítulo 8 Caso de estudio
60
61
8.1 Estudio experimental
El diseño del estudio de la investigación se basa en el diseño experimental , el término
experimento tiene al menos dos acepciones, una general y otra particular. La general se refiere
a “elegir o realizar una acción” y después observar las consecuencias (Babbie 2009).
Los experimentos manipulan tratamientos, estímulos, influencias o intervenciones
(denominadas variables independientes) para observar sus efectos sobre otras variables (las
dependientes) en una situación de control. El primer requisito de un experimento es la
manipulación intencional de una o más variables independientes.
El segundo requisito consiste en medir el efecto que la variable independiente tiene sobre la
variable dependiente. (Hernandez R. Fernandez, Baptista 2010)
8.2 Definición de variables
8.2.1 Características espaciales y geometría del caso de estudio
Las variables independientes serán los distintos sistemas de protección solar, mientras
la variable dependiente será el espacio, área de ventana y orientación.
Se ha definido un caso de estudio de 12 m2 con carácter de oficina debido a que como
hemos visto en la tabal 4 del capítulo 4 un 50% de la energía eléctrica se dedica a la
iluminación en ambientes de oficina, con una única ventana el espacio se supone dentro de un
edificio por lo tanto solo la fachada con la ventana se supone expuesta al exterior, la proporción
de acristalamiento WWR (window wall ratio) es del 20% y se basa en el estudio realizado por
David, Donn, Garde y Lenoir (2011), todas la variables independientes (sistemas de control
solar a evaluar) serán comparados en la latitud 20ºN ya que estudios previos demuestran mayor
eficiencia de las protecciones solares en latitudes con alta incidencia de radiación solar a lo
largo de todo el año además se valorarán distintas épocas del año debido a que la protección
solar deberá permitir ganancias solares directas en invierno pero impedirlas en verano. Los
parámetros definidos para el caso base del estudio (ver tabla) se apoya en el estudio
previamente realizado por David, Donn, Garde y Lenoir (2011).
Se ha determinado como localización del estudio la ciudad Guadalajara México que se
encuentra en una latitud con alta incidencia de radiación solar, los datos meteorológicos para
llevar acabo la simulación se han obtenido de Meteonorm software que contiene una base de
datos climáticos de 8 300 estaciones meteorológicas alrededor del mundo, posteriormente estos
datos se ingresaron en weathertool de Ecotect.
62
Características del espacio
Dimensiones (m) 3.0*4.0*3.0
Volumen 36 m3
Área
Superficies interiores:
12 m2
Muros coeficiente de reflexión 50%
Techo coeficiente de reflexión 80%
Piso coeficiente de reflexión 20%
Parámetros de ventana:
Orientación Sur
Proporción de ventana (WWR) 20%
Dimensiones (m) 1.20*1.50
Tipo de vidrio Sencillo
Espesor de vidrio 6 mm
Área
Localización:
1.80 m2
Latitud 20º 42’ 36” N
Longitud 103º 23’ 24”
Altitud 1551
m.s.n.m
Tabla 6 Parámetros del caso de estudio. Fuente: elaboración propia.
8.2.2 Sistemas de control solar a estudiar
La elección de las variables a evaluar son el resultado de la revisión bibliográfica, que en
orientación Sur el sistema de control solar más apropiado es el elemento horizontal, por otro
lado las variables que se desprenden del voladizo son las más comunes. Las dimensiones de
los distintos sistemas a evaluar así como la separación entre pérgolas se establecieron en base
a las establecidas por Arias y Ávila (2004), que corresponden a la ciudad de Guadalajara,
México. Es importante señalar que debido al objetivo del análisis, el espacio permanece
siempre con las características descritas anteriormente, lo que varia es el sistema de protección
solar. Se plantea un caso base sin protección solar que servirá como referencia para los cuatro
sistemas a evaluar.
N
N1.50
Fig 42 Geometría del caso de estudio base isométrico y planta. Fuente: elaboración propia.
63
Fig 43 Sistemas de control solar a evaluar en sección longitudinal. Fuente: elaboración propia.
Caso base
Voladizo Pérgola
Pérgola 45º Mixto
60º
0.69
0.69
0.69
0.69
60º
3.00
4.00
1.20
1.00
60º
60º
30º
60º
45º
0.60
64
65
“Cada cosa es un total y sin embargo, es sólo un fragmento (…)”
Le Corbusier. Mensaje a los estudiantes de Arquitectura
Capítulo 9 Resultados
66
67
9.1 Mascaras de sombras
La primera parte del estudio consistió en realizar el estudio de la mascara de sombras
en proyección estereográfica de cada caso, se observa en el caso base la mayor parte del
año, la fachada Sur permanece expuesta a la radiación debido a que no cuenta con ningún
sistema de protección solar, la sombra que alcanza a tener en las primeras horas de la mañana
y por la tarde durante algunos meses se debe a la propia geometría del local, mientras que los
primeros tres sistemas analizados (voladizo, pérgola, pérgola 45º) se comportan de una forma
similar, teniendo sombra desde la 9:30 hasta las 16:00 hora solar durante todo el año,
finalmente el último sistema, mixto tiene sombra durante todo el día y todo el año, debido a la
combinación de elementos verticales y horizontal.
Fig 44 Mascara de combras del caso base. Fuente: elaboración propia en Ecotect 2011.
1 5°
3 0°
4 5°
6 0°
7 5°
9 0°
1 0 5°
1 2 0°
1 3 5°
1 5 0°
1 6 5°1 8 0°
1 9 5°
2 1 0°
2 2 5°
2 4 0°
2 5 5°
2 7 0°
2 8 5°
3 0 0°
3 1 5°
3 3 0°
3 4 5°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
8
910
111213141516
17
18
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
68
Fig 45 Mascara de sombra de arriba hacia abajo caso voladizo y caso pérgola. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
1 5°
3 0°
4 5°
6 0°
7 5°
9 0°
1 0 5°
1 2 0°
1 3 5°
1 5 0°
1 6 5°1 8 0°
1 9 5°
2 1 0°
2 2 5°
2 4 0°
2 5 5°
2 7 0°
2 8 5°
3 0 0°
3 1 5°
3 3 0°
3 4 5°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
8
910
111213141516
17
18
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
9 0°
1 8 0°
2 7 0°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
89
101112131415
1617
18
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
69
Fig 46 Mascara de sombras de arriba hacia abajo caso pérgola 45º y caso mixto. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
1 5°
3 0°
4 5°
6 0°
7 5°
9 0°
1 0 5°
1 2 0°
1 3 5°
1 5 0°
1 6 5°1 8 0°
1 9 5°
2 1 0°
2 2 5°
2 4 0°
2 5 5°
2 7 0°
2 8 5°
3 0 0°
3 1 5°
3 3 0°
3 4 5°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
89
10111213141516
1718
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
1 5°
3 0°
4 5°
6 0°
7 5°
9 0°
1 0 5°
1 2 0°
1 3 5°
1 5 0°
1 6 5°1 8 0°
1 9 5°
2 1 0°
2 2 5°
2 4 0°
2 5 5°
2 7 0°
2 8 5°
3 0 0°
3 1 5°
3 3 0°
3 4 5°
1 0°
2 0°
3 0°
4 0°
5 0°
6 0°
7 0°
8 0°
7
89
10111213141516
1718
19
N
1 Dic1 Ene
1 Feb
1 Nov
1 Oct
1 Sep
1 Ags
1 Jul
1 Mar
1 Abr
1 May
1 Jun
70
9.2 Análisis lumínico
9.2.1 Análisis del factor de iluminación natural (FIN)
Para realizar el análisis del FIN se trazo una malla con 300 nodos que representan los
puntos en que se midió el FIN, la malla se situó a 75 cm de nivel de piso ya que supone el plano
de trabajo. El método que utiliza Ecotect es el “Split Flux” indicado por el Building Research
Establishment del Reino Unido (BRE), es una técnica reconocida internacionalmente, es rápida
de calcular y es adecuado para la mayoría de los tipos de análisis de diseño conceptual, este
método se basa en omitir la luz directa del Sol, con este método la luz natural llega a un punto
de tres maneras (ver capítulo 4).
Para desarrollar la simulación de iluminación natural fue necesario establecer diversos
parámetros (ver tabla 7) que permanecieron fijos en los distintos casos analizados, la variante
en la simulación fue el propio sistema en lo que a forma se refiere, el coeficiente de reflexión
establecido en el sistema de protección solar permaneció constante en los 4 casos. El modelo
de cielo utilizado fue el uniforme de la CIE, debido a que este tipo de cielo dará los factores
mínimos, otra razón es la localización geográfica, según estudios realizados por la comunidad
científica, es recomendable utilizar el modelo antes descrito y no el modelo overcast (cubierto),
es importante señalar que no se han establecido obstrucciones exteriores referentes a otros
edificios o vegetación tampoco se toman en cuenta las reflexiones del pavimento exterior.
Parámetros de simulación
Diseño de iluminancia de cielo 9409 lux
Modelo de distribución de luminancia de cielo CIE Uniforme
Factor de limpieza de la ventana .90
Muros coeficiente de reflexión 50%
Techo coeficiente de reflexión 80%
Protección solar coeficiente de reflexión 50%
Piso coeficiente de reflexión 20% Tabla 7 Parámetros de simulación de iluminación natural. Fuente: elaboración propia.
A continuación se presentan los resultados del FIN, se muestran las plantas de cada
caso y los puntos medidos con sus respectivos valores obtenidos que posteriormente se
graficaron para la realización del análisis comparativo
71
Fin
prom
edio
: 3.3
3%
El análisis del factor de iluminación natural en el caso base arrojo como resultado un
promedio de 3.33%, lo que significa que se encuentra dentro de los valores típicos mínimos del
FIN (ver anexos) para un espacio de oficinas, en la imagen se muestra como los valores
cercanos a la ventana rondan el 15%.
Fig 47 Planta de medición del FIN del caso base en 300 puntos en el plano de trabajo ( 75 cm) . Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
2.1 1.9 2.7 3.9 8.1 10.4 12.1 14.8 14.8 15.6 15.5 14.9 14.2 13.7 11.7 7.8 4.7 2.3 2.1 1.7
2.6 3.1 3.7 6.5 8.6 10.9 13.0 14.2 15.1 14.5 14.9 14.8 13.9 12.8 11.8 8.0 6.0 4.0 2.9 2.5
2.8 2.7 3.7 4.5 6.4 7.9 8.9 10.0 10.8 11.5 11.5 10.5 10.2 9.5 8.6 6.6 5.5 4.2 2.7 2.6
2.7 2.6 3.5 3.9 4.7 5.8 6.6 7.6 8.1 7.9 7.5 8.0 6.8 7.3 5.6 5.2 4.2 2.7 2.8 2.2
1.7 2.2 3.0 3.0 3.5 4.2 4.8 5.1 5.5 6.0 6.0 5.7 5.4 4.9 4.4 3.9 2.9 2.9 2.5 2.1
1.6 2.4 2.5 2.6 3.2 3.3 4.0 3.8 4.4 4.2 3.5 3.7 3.7 3.4 3.0 3.0 2.5 2.0 1.8 1.5
1.5 1.6 2.1 2.2 2.4 3.0 3.1 3.1 3.0 3.5 3.3 3.4 3.0 2.8 2.6 2.3 1.9 2.0 1.9 1.6
1.5 1.3 1.7 1.7 2.2 2.1 2.4 2.6 2.4 2.5 2.4 2.6 2.5 2.4 2.3 1.9 1.9 1.7 1.8 1.3
1.3 1.5 1.6 1.5 1.8 2.0 2.3 2.2 2.1 2.1 2.1 2.0 1.9 2.1 2.0 1.7 1.4 1.4 1.3 1.3
1.1 1.2 1.5 1.4 1.3 1.7 1.7 1.8 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.7 1.6 1.5 1.5 1.3 1.1 1.2
1.1 1.2 1.3 1.3 1.4 1.4 1.4 1.3 1.7 1.6 1.6 1.7 1.6 1.5 1.3 1.5 1.3 1.3 1.1 1.0
1.1 1.1 1.2 1.1 1.3 1.3 1.3 1.2 1.5 1.3 1.4 1.4 1.4 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.1 1.1
1.0 1.0 1.0 1.0 1.2 1.0 1.2 1.3 1.5 1.3 1.2 1.2 1.1 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0
1.0 0.9 1.0 1.1 1.0 1.1 1.1 1.2 1.2 1.1 1.2 1.2 1.2 1.1 1.1 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0
0.9 0.9 1.0 0.9 1.1 0.9 1.1 1.2 1.1 1.1 1.1 1.0 1.1 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0 1.0 0.9
%
16 .0+
14 .5
1 3 .0
1 1 .5
1 0 .0
8 .5
7 .0
5 .5
4 .0
2 .5
1 .0
72
Fin
prom
edio
: 2.4
1%
El caso voladizo, en donde podemos observar un FIN promedio de 2.44%, en este caso
a pesar de la disminución del Fin respecto al caso base el resultado se sitúa dentro de los
valores típicos mínimos para un carácter de oficina, además de puede ver como la disminución
a lo largo del local es menos exagerado, respecto al caso anterior.
Fig 48 Planta de medición del FIN del caso voladizo en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) . Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
0.9 1.0 1.4 2.0 3.0 5.8 6.4 8.2 8.4 8.8 8.4 8.8 7.5 7.8 5.7 3.2 2.1 1.4 0.9 1.1
1.3 1.5 2.2 3.2 5.0 6.8 8.8 10.0 11.1 10.9 11.0 10.8 10.5 8.8 6.9 5.1 3.1 2.2 1.8 1.3
1.5 1.7 2.5 2.7 3.9 6.4 6.5 7.5 8.2 8.3 8.4 8.6 8.1 6.7 5.2 4.1 2.9 2.6 1.8 1.6
1.4 1.8 2.4 2.8 3.3 4.3 4.8 5.5 6.0 6.0 5.8 6.2 4.9 5.1 4.5 3.6 2.4 2.0 1.6 1.5
1.4 1.5 2.1 2.0 2.4 3.1 3.7 4.1 4.3 4.7 4.5 4.2 4.1 3.6 3.3 2.9 2.0 1.9 1.6 1.4
1.1 1.4 1.5 1.9 2.2 2.7 3.0 3.1 3.3 3.2 2.8 2.8 2.8 2.8 2.4 2.3 1.6 1.6 1.2 1.1
1.1 1.1 1.4 1.5 1.7 2.2 2.2 2.3 2.4 2.7 2.5 2.5 2.4 2.0 1.8 1.7 1.5 1.3 1.4 1.2
1.2 1.1 1.3 1.5 1.6 1.6 1.8 2.0 1.8 2.0 2.0 2.1 2.0 1.7 1.7 1.4 1.4 1.4 1.2 1.0
1.0 1.2 1.2 1.1 1.3 1.5 1.7 1.6 1.6 1.6 1.7 1.8 1.6 1.6 1.5 1.4 1.1 1.1 1.0 1.1
0.8 1.0 1.0 1.1 1.1 1.3 1.3 1.4 1.3 1.4 1.5 1.5 1.4 1.3 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 0.9
0.9 1.0 0.9 0.9 1.1 1.1 1.1 1.0 1.2 1.2 1.3 1.4 1.2 1.2 1.2 1.1 0.9 0.9 0.8 0.8
0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.1 1.1 1.1 1.2 1.0 1.1 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9
1.0 0.8 0.9 0.8 0.9 1.1 1.0 0.9 1.2 1.0 1.0 1.0 0.9 1.0 0.9 0.8 0.8 0.9 0.9 0.8
0.7 0.8 1.0 0.8 0.8 0.8 0.9 1.0 1.0 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 1.0 0.8 0.8
0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 0.8 0.9 0.8 1.0 0.7 1.0
Visible Nodes: 300Average Value: 2.41 %
%
16.0+
14.5
13.0
11.5
10.0
8.5
7.0
5.5
4.02.5
1.0
73
Fin
prom
edio
: 2.3
9%
En el caso de utilización de un sistema de protección solar con pérgolas el valor
promedio del FIN es del 2.39% valor que es admisible para un uso de oficina, en la figura 51 se
puede ver la similitud de valores con respecto al caso voladizo.
Fig 49 Planta de medición del FIN del caso pérgola en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) . Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
1.2 1.5 1.4 2.4 2.9 5.8 6.9 9.4 9.5 9.0 9.8 8.9 7.4 8.0 6.8 3.7 2.4 1.7 0.8 1.1
1.3 1.5 2.1 3.3 4.7 6.7 8.9 9.7 10.911.0 10.910.6 10.4 9.0 6.6 4.9 3.1 2.3 1.8 1.3
1.4 1.7 2.5 2.6 3.9 5.9 6.2 7.3 8.0 8.2 8.2 8.1 7.7 6.4 5.1 4.0 2.7 2.5 1.7 1.6
1.4 1.8 2.3 2.8 3.2 4.3 4.7 5.3 5.7 5.9 5.6 6.2 4.8 5.0 4.4 3.5 2.3 2.0 1.5 1.5
1.2 1.5 2.0 2.0 2.3 3.0 3.6 3.9 4.3 4.5 4.3 4.0 4.0 3.5 3.2 2.8 1.9 1.8 1.6 1.3
1.0 1.4 1.5 1.8 2.1 2.5 2.9 3.1 3.3 3.2 2.8 2.8 2.7 2.8 2.4 2.3 1.6 1.6 1.2 1.1
1.1 1.1 1.4 1.5 1.7 2.1 2.2 2.3 2.3 2.7 2.5 2.5 2.4 2.0 1.8 1.7 1.4 1.3 1.4 1.2
1.2 1.1 1.3 1.5 1.6 1.5 1.8 2.0 1.7 2.0 1.9 2.0 1.8 1.8 1.7 1.3 1.4 1.4 1.2 0.9
0.9 1.1 1.2 1.1 1.3 1.5 1.6 1.5 1.6 1.6 1.6 1.8 1.5 1.6 1.4 1.4 1.1 1.1 1.0 1.0
0.8 1.0 0.9 1.0 1.1 1.3 1.3 1.4 1.2 1.4 1.5 1.4 1.4 1.3 1.1 1.2 1.0 1.0 0.8 0.9
0.9 1.0 1.0 0.9 1.1 1.0 1.1 1.0 1.2 1.2 1.3 1.4 1.2 1.2 1.1 1.1 0.9 0.9 0.8 0.8
0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 1.1 1.1 1.1 1.1 1.0 1.1 1.2 1.1 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8
1.0 0.8 0.8 0.8 0.9 1.1 1.0 0.9 1.1 1.0 1.0 0.9 0.9 1.0 0.9 0.7 0.8 0.9 0.9 0.8
0.7 0.8 1.0 0.8 0.8 0.8 0.9 1.0 1.0 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.8 0.8
0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 0.8 0.9 0.8 1.0 0.7 1.0
Visible Nodes: 300Average Value: 2.39 %
%
16.0+
14.5
13.0
11.5
10.0
8.5
7.0
5.5
4.02.5
1.0
74
Fin
prom
edio
: 2.4
3%
El tercer caso que se analizó, es el de pérgolas a 45º encontrando como valor promedio
un Fin del 2.43% resultado similar en cuanto a valores y comportamiento a los casos de
voladizo y pérgola.
Fig 50 Planta de medición del FIN del caso mixto en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) . Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
1.3 1.1 1.6 2.4 3.2 6.3 6.9 9.3 8.8 9.2 9.5 9.2 8.1 8.3 6.8 3.6 2.2 1.7 0.9 1.1
1.5 1.5 2.2 3.4 5.0 7.0 8.8 9.911.211.011.111.210.59.2 7.1 9.1 8.3 2.5 1.8 1.4
1.4 1.9 2.6 2.7 4.1 6.3 6.5 7.8 8.2 8.4 8.8 8.7 8.2 6.7 5.2 4.2 2.9 2.6 2.0 1.7
1.3 1.9 2.5 2.8 3.3 4.1 4.6 5.4 5.9 5.7 5.6 6.0 4.9 5.0 4.6 3.4 2.5 2.1 1.6 1.5
1.4 1.5 2.1 2.1 2.4 3.0 3.6 4.1 4.3 4.6 4.4 4.1 4.1 3.6 3.3 2.8 1.9 1.9 1.6 1.4
1.1 1.4 1.5 1.9 2.2 2.7 2.9 3.1 3.3 3.2 2.7 2.8 2.7 2.8 2.5 2.3 1.6 1.6 1.2 1.1
1.1 1.1 1.4 1.5 1.7 2.2 2.2 2.3 2.4 2.7 2.5 2.5 2.4 2.0 1.8 1.7 1.4 1.3 1.3 1.2
1.1 1.1 1.1 1.5 1.5 1.6 1.8 2.0 1.8 2.0 1.9 2.1 2.0 1.8 1.7 1.4 1.4 1.4 1.2 1.0
1.0 1.2 1.2 1.1 1.3 1.5 1.7 1.6 1.6 1.6 1.6 1.8 1.6 1.6 1.5 1.4 1.1 1.1 1.0 1.1
0.8 0.9 1.0 1.1 1.1 1.3 1.3 1.3 1.3 1.5 1.5 1.5 1.4 1.3 1.2 1.2 1.0 1.0 0.8 0.9
0.9 1.0 1.0 0.9 1.1 1.1 1.1 1.0 1.2 1.2 1.3 1.4 1.2 1.2 1.1 1.1 0.9 0.9 0.8 0.8
0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.1 1.1 1.1 1.2 1.0 1.1 1.2 1.1 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9
1.0 0.8 0.9 0.8 0.9 1.1 1.0 0.9 1.2 1.0 1.0 1.0 0.9 1.0 0.9 0.8 0.8 0.9 0.9 0.8
0.7 0.8 1.0 0.8 0.8 0.8 0.9 1.0 1.0 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.8 0.8
0.7 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.9 0.8 1.0 0.7 1.0
Visible Nodes: 300Average Value: 2.44 %
%
16.0+
14.5
13.0
11.5
10.0
8.5
7.0
5.5
4.02.5
1.0
75
Fin
prom
edio
: 2.1
7%
El último caso de estudio corresponde al sistema mixto el cual tiene el valor promedio
más bajo de los cuatro sistemas de protección solar analizados, sin embargo los resultados
demostraron que la variación entre los cuatro sistemas es mínima por lo tanto, este caso
también se encontraría dentro de los valores típicos mínimos para un espacio de oficina.
Fig 51 Planta de medición del FIN del caso mixto en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) . Fuente: propia con Ecotect 2011
1 .0 1.0 1.3 1.8 3.6 4.9 5.5 6.9 6.7 7.1 7.1 6.8 6.4 6.2 5.5 3.6 2.1 1.1 1.1 00 .9
1 .5 1.7 2.3 3.8 5.2 6.7 7.5 8.4 9.1 8.6 9.0 8.9 8.5 7.7 6.8 4.7 3.4 2.2 1.5 1.4
1 .7 1 .8 2.3 2.9 4.2 5.4 5.6 6.4 6.8 7.1 7.1 6.7 6.6 6.0 5.5 4.3 3.4 2.5 1.8 1.6
1 .7 1.7 2 .3 2.6 3.1 4.0 4.4 4.9 5.2 5.4 5.1 5.4 4.6 4.8 4.1 3.4 2.8 1.8 1.7 1.4
1 .2 1.5 1.9 2.1 2.5 3.0 3.4 3 .5 3.8 4.1 3.9 3.8 3.7 3.3 3.1 2.6 2.0 1.9 1.6 11 .4
1 .1 1.6 1.6 1.9 2.3 2.5 2.6 2.9 2.9 3.0 2.6 2.7 2.6 2.6 2.2 2.2 1.8 1.5 1.3 1.1
1 .0 1.1 1.4 1.5 1.8 2.0 2.2 2.1 2.3 2.5 2.4 2.4 2.1 2.0 1.8 1.7 1.5 1.5 1.3 1.1
1 .2 1.0 1.3 1.3 1.6 1.5 1.7 1.8 1.7 1.9 1.8 1.9 1.8 1.7 1.7 1.4 1.4 1.3 1.2 0.9
0 .9 1.1 1.2 1.2 1.4 1.6 1.6 1.6 1.5 1.6 1.5 1.8 1.4 1.5 1.5 1.3 1.1 1.1 1.0 1.0
0 .8 0.9 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.5 1.4 1.2 1.3 1.2 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8
0 .9 1.0 1.0 0.9 1.2 1.1 1.0 1.0 1.2 1.2 1.2 1.3 1.2 1.1 1.1 1.1 1.0 1.0 0.9 0.8
0 .8 0.8 0.9 0.9 0.9 1.1 1.1 1.0 1.1 1.0 1.1 1.1 1.1 1.0 1.0 0.9 1.0 0.9 0.8 0.9
0 .8 0.9 0.8 0.8 0.9 1.0 1.0 0.9 1.1 1.0 0.9 1.0 0.9 1.0 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
0 .7 0.8 0.8 0.9 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.8 0.8
0 .7 0.9 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.8 0.8%
16.0+
14.5
13.0
11.5
10.0
8.5
7.0
5.5
4.02.5
1.0
76
La disminución del FIN promedio de los primeros tres sistemas de protección solar
analizados (voladizo, pérgola y pérgola 45º) es de entre un 27-28% menor respecto del caso
base (sin protección solar) a pesar de que los sistemas son diversos presentan una disminución
muy parecida, esto se puede deber a que la separación entre cada pérgola es mínima en
ambos casos sin embargo, para el sistema mixto la disminución promedio del FIN respecto del
caso base es mayor, un 35% (ver fig 55) valor que era de esperar pues al utilizar elementos
verticales el componente de cielo se reduce, a pesar de estos datos los valores en todos los
casos analizados se encuentran dentro del rango mínimo para un espacio con carácter de
oficina según Lechner (2002).
Fig 52 Disminución del FIN al centro del local. Fuente: elaboración propia a partir de datos de Ecotect 2011.
Fig 53 Disminución del FIN promedio porcentajes sobre las barras tomando como referencia el caso base. Fuente: elaboración
propia con datos de Ecotect 2011.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
FIN
(%)
Distancia desde la ventana (m)
Caso Base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45°
Mixto
FIN mínimo para oficina
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Caso Base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
FIN
%
-28% -28% -27% -35%
77
La diferencia más significativa entre los primeros tres sistemas analizados y el mixto se
encuentra en las proximidades de la ventana la gráfica de abajo muestra la disminución a 0.5m
de la venta, el sistema mixto presenta la disminución más drástica dentro del conjunto de
sistemas analizados tomando siempre como referencia el caso base, sin embargo entre mayor
es la distancia entre la ventana y los puntos analizados la diferencia de disminución del FIN
entre los cuatro sistemas de control solar analizados se vuelve insignificante, a una profundidad
de 3 m desde la ventana todos los sistemas presentan un valor similar (ver fig 60).
Fig 54 Disminución del FIN a .5 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
Fig 55 Disminución del FIN a 1 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect. 2011
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Caso Base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
FIN
%
-27% -27% -26%
-38%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Caso Base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
FIN
%
26% -25.3% -25.3% -25.1%
78
Fig 56 Disminución del FIN a 2 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011.
Fig 57 Disminución del FIN a 3 m de distancia desde la ventana centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011.
79
9.2.2 Análisis de iluminancias (lux)
El análisis de iluminancias nos permite establecer una comparación entre los niveles
obtenidos según el sistema utilizado y los niveles mínimos establecidos por la norma oficial
Mexicana (NOM-025-STPS-1999) Condiciones de iluminación en los centros de trabajo que
establece como valor mínimo de iluminación en oficinas y aulas 300 lx. La simulación se realizó
en tres horarios diferentes ( 9:00, 12:00 y 18:00 horas) tomando en cuenta una jornada común
de trabajo de 9:00-14:00 y de 16:00-19:00 Los puntos de medición en la simulación se situaron
al centro del local en sentido longitudinal y con una separación entre cada punto de 0.5 m y a
una altura de 0.75 m considerado como plano de trabajo, las fechas de la simulación fueron los
solsticios y equinoccios, sin embargo las gráficas presentadas a continuación muestran
únicamente los datos del punto situado a 2m desde la ventana. Debido a que el modelo de
cielo utilizado, como ya se ha mencionado anteriormente es uniforme representa el peor de los
casos, en el solsticio de verano se obtienen los mejores niveles de iluminación, mientras que en
el solsticio de invierno las peores, en este caso a las 9:00 horas cualquiera de los sistemas que
se utilizara disminuirá tanto el nivel de iluminancia que se estaría fura de los niveles mínimos
(establecidos por la norma oficial mexicana) y el único caso que cumpliría con los niveles es el
caso base, por otro lado en todas la fechas simuladas a las 18:00 horas ningún caso analizado
(incluyendo el caso base) obtuvo el valor mínimo por lo que deducimos que a esta hora y bajo
las condiciones establecidas el uso de iluminación artificial en cualquier caso sería
completamente necesario, el sistema de protección solar mixto es el que obtuvo los resultados
más bajos en todas las fechas analizadas, por lo que la necesidad de iluminación artificial sería
mayor si se utilizará este sistema bajo las condiciones anteriormente descritas.
Fig 58 Punto de medición de iluminancias en el interior del local. Fuente: elaboración propia.
N
80
Fig 59 Iluminancias a 2 m desde la ventana el 21 de Junio. Fuente: propia con datos de Radiance V2.0 Beta.
Fig 60 Iluminancia (lux) a 2m desde la ventana 21 de Marzo. Fuente: propia con datos de Radiance V2.0 Beta.
Fig 61 Iluminancia (lux) a 2m desde la ventana 21 Septiembre. Fuente: propia con datos de Radiance V2.0 Beta.
Fig 62 Iluminancia (lux) 2m desde la ventana 21 de Diciembre. Fuente: e propia con datos de Radiance V2.0 Beta.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
Ilum
inac
ias
(lux)
09:00
12:00
18:00
Nom
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
Ilum
inan
cia
(lux)
09:00
12:00
18:00
Nom
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
Ilum
inan
cias
(lux
)
09:00
12:00
18:00
Nom
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45° Mixto
Ilum
inan
cia
(lux)
09:00
12:00
18:00
Nom
81
Fig 63 Iluminancia (lux) promedio . Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
9.2.3 Análisis de luminancias (cd/m2)
Se realizó un análisis de luminancias debido a la importancia del concepto ya que los
objetos se perciben gracias a que existen contrastes de luminancias, al centro del local se situó
un plano de trabajo con un coeficiente de reflexión del 50% que representa el máximo nivel
permitido por la norma oficial mexicana NOM-025-STPS-1999 condiciones de iluminación en los
centros de trabajo, todos los casos se simularon en los solsticios bajo dos condiciones
distintas, la primera con cielo uniforme y la segunda con cielo despejado, con la finalidad de
establecer una comparación de la distribución de luminancias en el peor y mejor de los casos,
como en los análisis anteriores, los sistemas de protección solar voladizo, pérgola y pérgola a
45º muestran un comportamiento muy parecido entre ellos, disminuyendo el contraste de
luminancias respecto del caso base, el sistema mixto presenta la distribución más homogénea
de luminancias sobre todo invierno en condiciones de cielo uniforme, el máximo nivel de
luminancias bajo condiciones de cielo despejado se encontró en el techo, con excepción del
caso base en verano que presentó el máximo nivel en uno de los muro del local, el modelo de
cielo uniforme en donde los valores máximos se encuentran en los muros este y oeste del local.
El caso base en todas la situaciones excepto en el solsticio de verano con cielo
despejado presenta el contraste de luminancias más alto mientras que el sistema mixto
presenta el contraste más bajo, por lo tanto se podría deducir que de todos los sistemas
analizados el que tiene una mayor repercusión en el confort visual es el sistema mixto.
82
Fig 64 Luminancias solsticio de verano con cielo uniforme y despejado. Fuente: elaboración propia con datos de Radiance V.2 Beta.
Solsticio de invierno (cielo uniforme)
Solsticio de invierno (cielo despejado)
Cas
o ba
seVo
ladi
zoP
érgo
laP
érgo
la 4
5ºM
ixto
83
Fig 65 Luminancias solsticio de invierno con cielo uniforme y despejado. Fuente: elaboración propia con datos de Radiance V.2 Beta.
Solsticio de invierno (cielo uniforme)
Solsticio de invierno (cielo despejado)
Cas
o ba
seVo
ladi
zoP
érgo
laP
érgo
la 4
5ºM
ixto
84
Techo Muro este
Muro Oeste
Plano de trabajo
Caso base 97 119 157 142 Voladizo 89 87 125 98 Pérgola 89 95 119 98 Pérgola 45º 87 96 120 103 Mixto 69 69 81 73
Tabla 8 Luminancias en cd/m2 solsticio de verano con cielo uniforme. Fuente: elaboración
propia con datos de Radiance V2 Beta.
Techo Muro este Muro Oeste
Plano de trabajo
Caso base 97 119 157 142 Voladizo 89 87 125 98 Pérgola 89 95 119 98 Pérgola 45º 87 96 120 103 Mixto 69 69 81 73
Tabla 9 Luminancia en cd/m2 solsticio de verano cielo despejado.
Fuente: elaboración propia con datos obtenidos de Radiance V2 Beta.
Techo Muro este Muro Oeste
Plano de trabajo
Caso base 72 83 116 101 Voladizo 63 75 90 70 Pérgola 65 69 87 74 Pérgola 45º 65 68 89 72 Mixto 52 45 48 53
Tabla 10 Luminancia en cd/m2 solsticio de invierno cielo uniforme.
Fuente: elaboración propia con datos obtenidos de Radiance V2 Beta.
Techo Muro este Muro Oeste
Plano de trabajo
Caso base 270 278 165 75 Voladizo 232 120 190 131 Pérgola 240 118 182 131 Pérgola 45º 226 118 171 125 Mixto 204 99 148 105
Tabla 11 Luminancia en cd/m2 solsticio de invierno cielo despejado.
Fuente: elaboración propia con datos obtenidos de Radiance V2 Beta
85
Fig 66 Luminancias en el solsticio de verano con cielo uniforme. Fuente: propia con datos de Radiance V2 Beta.
Fig 67 Luminancias en el solsticio de verano con cielo despejado. Fuente: propia con datos de Radiance V2 Beta.
Fig 68 Luminancias en el solsticio de invierno con cielo uniforme. Fuente: propia con datos de Radiance V2 Beta.
Fig 69 Luminancias en el solsticio de invierno con cielo despejado. Fuente: propia con datos de Radiance V2 Beta.
10 30 50 70 90
110 130 150 170
Techo Muro este Muro Oeste Plano de trabajo
Lum
inan
cia
cd/m
2
Caso base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45
Mixto
0 50
100 150 200 250 300
Techo Muro este Muro Oeste Plano de trabajo
Lum
inan
cia
cd/m
2
Caso base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45
Mixto
10 30 50 70 90
110 130 150 170
Techo Muro este Muro Oeste Plano de trabajo
Lum
inan
cia
cd/m
2
Caso base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45
Mixto
0 50
100 150 200 250 300
Techo Muro este Muro Oeste Plano de trabajo
Lum
inan
cia
cd/m
2
Caso base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45
Mixto
86
9.2.4 Factor de iluminación natural y coeficiente de reflexión de las superficies
Para concluir el análisis lumínico, se simularon los casos variando el coeficiente de
reflexión de las superficies interiores del local otorgando los valores máximos permisibles por la NOM-025-STPS-1999 condiciones de iluminación en los centros de trabajo, se realizaron tres
comparaciones, la primera que pertenece a la primera parte del análisis lumínico, la segunda
con los valores máximos en muros, techo, y piso y asignando a la protección solar el mismo
coeficiente de reflexión que la del muro y por último variando el coeficientes de reflexión de la
protección solar al máximo permitido para los techos, un 90%, se obtuvo el FIN promedio de
todas las situaciones y se compararon los valores obtenidos (fig 69). Los resultados demuestra
como el coeficiente de reflexión de las superficies aumentan el nivel de iluminación, en el caso
base el aumento del FIN simplemente por aumentar los valores de reflexión fue de un 16%
respecto al caso estándar, en los otros casos al aumento fue desde un 19 % (voladizo, pérgola
45º) hasta un 47% en el caso mixto con las valores máximos permisibles y un valor del
coeficiente de reflexión del 90% en la protección solar, sin embargo, a pesar de estos aumentos
habría que mencionar que el coeficiente de reflexión del 90% es muy alto por lo que se tendrían
que tener consideraciones respecto al confort lumínico y sobre todo tomar en cuenta el
deslumbramiento, el sistema de control solar funciona como reflector aumentando el nivel de
iluminación en el local.
Superficies
C. R. Caso estándar
Analizado
C. R.
Máximos permisibles
C. R. Máximos protección
solar
Muros 50% 60% 60%
Techo 80% 90% 90%
Protección solar 50% 60% 90%
Piso 20% 50% 50% Tabla 12 Coeficiente de reflexión aplicados a superficies para comparación del FIN. Fuente: elaboración propia.
Fig 70 FIN promedio variando los coeficientes de reflexión de las superficies. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
0 0.5
1 1.5
2 2.5
3 3.5
4 4.5
Caso Base Voladizo Pérgola Pérgola 45°
Mixto
FIN
% Caso estándar analizado
Máximos permisibles
Máximos variación proteccion solar
FIN mínimo para oficina según Lechner (2001)
87
9.3 Análisis de control solar
9.3.1 Exposición a la radiación solar
Respecto al análisis de control solar, como primera etapa se realizó un estudio de la
exposición a la radiación en la fachada, se trazó una malla de 10X10 cm que se sobrepuso a la
fachada, esto permitió por medio de distinto colores conocer el porcentaje que se encuentra
expuesto a la radiación directa en cierta época del año, de esta manera se pudo observar los
periodos en que la fachada capta radiación y aquellos en que permanece protegida, y
compararlo los requerimientos bioclimáticos (ver psicométrico de Givoni en anexo) y así
comprobar la eficiencia de las dimensiones establecidas para el sistema de control solar, en
este caso el análisis se realizó por mes, el caso base por el hecho de no contar con protección
solar, toda la fachada se encuentra 100% expuesta en el primer trimestre del año, caso
contrario en el mes de Junio en donde presenta un 0% de exposición a la radiación debido a la
posición del Sol en este mes, en los sistemas de protección solar voladizo, pérgola y pérgola
45º el porcentaje es similar en todos los meses, por ejemplo en Enero se observa que el 33%
de la ventana permanece un 100% expuesta a la radiación mientras que 67% se encuentra
entre un 0-40% expuesta, el sistema mixto presenta un 0% de exposición a la radiación en la
mayoría de los meses con excepciones de Enero, Febrero, Noviembre y Diciembre.
88
Fig 71 Exposición a la radiación (%) solar en fachada media mensual primer trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
Cas
o ba
seVo
ladi
zoP
érgo
laP
érgo
la 4
5ºM
ixto
Enero Febrero Marzo%
100+
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
89
Fig 72 Exposición a la radiación (%) solar en fachada media mensual segundo trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
%
100+
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Cas
o ba
seVo
ladi
zoP
érgo
laP
érgo
la 4
5ºM
ixto
Abril Mayo Junio
90
Fig 73 Exposición a la radiación (%) solar media mensual en fachada tercer trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011
Cas
o ba
seVo
ladi
zoP
érgo
laP
érgo
la 4
5ºM
ixto
Julio Agosto Septiembre%
100+
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
91
Fig 74 Exposición a la radiación (%) solar media mensual en fachada cuarto trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
Ca
so
ba
se
Vo
lad
izo
Pé
rgo
laP
érg
ola
45
ºM
ixto
Octubre Noviembre Diciembre
%
100+
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
92
9.3.2 Radiación global
La simulación de la radiación global acumulada con cada uno de los sistemas de control
solar, permite ver como disminuye la radiación que incide en la venta dependiendo del sistema
que se utiliza, el sistema que presenta la mayor disminución a la radiación global incidente es el
mixto con un 83% menos tomando como referencia el caso base, este hecho se debe a que el
sistema combina el voladizo con elementos verticales por lo que es de esperar que la ventana
se encuentre menos expuesta a la radiación, después el voladizo con un 54% menos y
finalmente los dos casos en el que se emplea la pérgola disminuyen la misma cantidad un 49%
los datos de la fig 78 son de la radiación global acumulada en un año.
Tabla 13 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso base el eje de las abscisa representa los meses, mientras que en el eje de las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011
Tabla 14 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso voladizo el eje de las abscisas representa los meses,
mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov D ec
.97.2.1.3.7.4.3.1
00000000
59011033513728157311776417305171541545811533 .7
7037 .91
.6.61.1.3.9.8.3.4.3
00000000
39837806110851298613783140351406012605103286677 .7
0000000
196 .602898 .895798 .288209 .699496 .1210726.211089.410683.89588 .797311 .134048 .69
.
0000000
687 .321429 .112719 .154445 .65986 .086899 .166980 .456559 .745203 .333455 .56
1910.
0000000
1078 .091894 .882485 .23099 .543795 .34118 .934275 .73621 .92913 .42078 .191430 .07
.
0000000
1040 .481881 .022638 .823563 .694081 .564317 .134164 .73767 .593514 .62715 .631761 .06
.
0000000
898 .741667 .622622 .583486 .094178 .164541 .154492 .943708 .363438 .582548 .151854 .5
.
0000000
771 .651728.22415.063284.244059.855125.75025.424628.823714.412486.251480.06
.
0000000
802 .072197 .363761 .324934 .055944 .416461 .866686 .826090 .244964 .973631 .581997 .44
. 188
0000000
1648 .824323 .326392 .038164 .679356 .59464 .829778 .239148 .147871 .255534.072738 .39
0000000
268 .576248 .69331 .3111780.913248.214458.914356.313164.410978.28514 .723416 .55
00000000
6553 .5110720.912883.615411.116702.315632.515167.413406.410733.35394 .66
000
000
280 9900
602 7900
733 2400
864 6900
888 8400
655 2500
98.1800
000
000
000
00
00
00
00
00
00
00
00
00
00
00
00
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Wh/m!
17800
16020
14240
12460
10680
8900
7120
5340
3560
1780
0
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
5
00000000
00000000
0000000
0000000
0000000
0000000
0000000
0000000
0000000
0000000
0000000
00000000
4480703485548635864763305895609857674486
2923523563826405553146772932315842253529
1091887352343034062406925851790200024042135169
359769149721622467273013931461134713651003320
56499213011619194620712030173814821088748383
54498413811865213622602180197218401421922452
47087313731825218723762304193618001334970465
40390412661693198524602080188815651229775343
464126020812488267028712196204117991563107151
1134277737034060399336852402265245524701561
1944234580666796266667939454338427143962161
4965713279298652874447966067565856743554
.86
.41
.98
.44
.17
.17
.07
.04
.19
.37
.17
.0
.43
.08
.05
.69
.06
.72
.12
.58
.21.47.1.09.37.18.92.35.13.73.13.681
.846
.694.91.15.03.13.77.5.32.17.42.408
.436
.064.12.97.56.87.7.19.16.04.712.891
.74
.80.55.77.9.23.43.52.06.76.001.709
.53
.08.05.14.47.18.51.93.27.08.92.35
.99
.79.59.46.11.52.09.18.99.25.10.05
.68.23.89.29.8.02.7.62.47.64.09
.406
.64
.32
.03
.33.1.384.7.18.51.68
.32.33.91.86.04.99.92.33.97.82.14
.05
.79
.44
.48
.04
.26
.82
.44
.23
.2800000
00000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
0000
00000
00000
00000
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Wh/m!
8800
7920
7040
6160
5280
4400
3520
2640
1760
880
0
93
Tabla 15 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso pérgola el eje de las abscisas representa los meses,
mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
Tabla 16 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 casopérgola 45º el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
Tabla 17 Promedio mensual de radiación global incidente en ventana en Wh/m2 caso mixto el eje de las abscisas representa los
meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
39962939022304430655
00000000
3053 .15493 .856689 .356681 .565738 .924580 .023046 .323128 .514313 .63739 .9
00000
0000000
121 .572166.794265.365258.275555.145709.434304.363518.113684.193570.232734.15210.24
0000
0000000
389 .94861 .761854.582951.373468.123890.52790.292794.542581.152069.661254.39352 .83
0000
0000000
611 .641075.041409.951770.172211.942445.192489.562152.721692.631179.04811 .33415 .99
0000
0000000
590 .301067.171497.12021.812315.622449.272362.792137.491993.961540.68999 .11490 .57
0000
0000000
509 .89946 .101487.891977.792370.432579.242580.392107.91950.831445.661052.12504 .27
0000
0000000
437 .78980 .471380.231954.512394.053000.412727.862575.312112.381479.83851 .70371 .74
0000
0000000
526 .611459.892472.943003.04330 73587.862975.112751.032465.362035.61308.1955.70
0000
0000000
1233.712936.94050.854573.894608.14516.593054.183090.153076.642890.841730.99
00000
0000000
203 .224578.316063.66919.466058.026583.063880.424116.174352.564770.12260.1
00000
00000000
5170.57469.58173.58690.28439.14907.66068.75742.55827.13630.6
00000
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
00000000
4665.7358.8986.8497.8568.6432.5967.6177.5832.4408.
00000
Wh/m!
16100
14490
12880
11270
9660
8050
6440
4830
3220
1610
0
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec00000000
27683020482904302629674450417030341745
000000
00000000
230449816115011961313176116541365729
000000
0000000
442984346216717767616666084553673400000
0000000
178340442533625677645600505423343.14800000
0000000
279491644795932966100085172853937119000000
0000000
26948868492410591120108097791170445622400000
0000000
23343268090410841176114195989266148123000000
0000000
2004486207708711046102990373558237417000000
0000000
165413643838963106310509397555653212500000
0000000
167417724991118101411971014840665227000000
0000000
183788831439212725042922309722571728679000000
00000000
396145819533487363137394714376129241424000000
Wh/m!
16100
14490
12880
11270
9660
8050
6440
4830
3220
1610
0
94
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45º Mixto Enero 135.02 67.5 69.34 68.52 25.93 Febrero 106.75 44.52 46.73 46.12 10.46 Marzo 80.05 28.60 38.24 40.90 5.57 Abril 45.84 16.81 26.98 24.83 5.64 Mayo 31.74 16.09 18.55 18.38 7.86 Junio 33.89 17.74 19.30 19.23 8.79 Julio 34.36 17.91 19.63 19.55 8.87 Agosto 35.21 16.52 20.67 20.15 7.72 Septiembre 48.90 21.03 27.19 26.64 7.83 Octubre 73.65 30.29 32.69 35.33 8.43 Noviembre 107.67 49.83 52.05 60.61 18.44 Diciembre 119.27 61.60 63.31 63.54 26.78 Total 852.40 388.51 434.74 432.84 142.23 Tabla 18 Radiación global promedio mensual en ventana kWh/m2. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
Fig 75 Radiación global acumulada por mes incidente en ventana . Fuente: propia con datos de Ecotect 2011.
Fig 76 Radiación global acumulada anual incidente en ventana. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011.
9.3.3 Coeficiente efectivo de sombreado
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
kWh/
m2 /m
es Caso base
Voladizo
Pérlgola
Pérgola 45°
Mixto
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Caso base Voladizo Pérlgola Pérgola 45° Mixto
kWh/
m2 /a
ño
-54% -49% -49%
-83%
95
Se realizó el estudio de coeficiente efectivo de sombreado por cada caso se obtuvo el
promedio mensual, los resultados demuestran que el caso base como es lógico se encuentra
menos protegido, y que a pesar de no contar con sistema de protección solar, los meses de
mayo y junio la fachada permanece sombreada, esto se debe a que el Sol en la latitud 20ºN en
verano se encuentra en el Norte, también se muestran los meses agosto y marzo con un
mínimo de sombreado esto debido a la misma arquitectura del local, caso contrario presenta el
sistema mixto que se encuentra completamente en sombra de marzo a septiembre y el resto del
año presenta un coeficiente de sombreado alto, los sistemas que incorporan pérgolas arrojaron
resultados próximos entre ellos. Mes
Coeficiente de sombra caso base
Coeficiente de Sombra voladizo
Coeficiente de Sombra caso pérgola
Coeficiente de Sombra caso pérgola 45º
Coeficiente de Sombra caso mixto
Enero 100.00% 51.20% 53.10% 52.80% 12.40% Febrero 100.00% 44.10% 46.80% 49.10% 1.30% Marzo 92.00% 36.70% 60.70% 57.40% 0.00% Abril 56.00% 12.90% 42.70% 38.70% 0.00% Mayo 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% June 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% Julio 19.20% 2.50% 19.20% 19.20% 0.00% Agosto 64.00% 17.20% 46.40% 42.40% 0.00% Septiembre 100.00% 42.40% 63.10% 64.10% 0.00% Octubre 100.00% 46.90% 49.50% 48.60% 3.80% Noviembre 100.00% 53.20% 54.90% 54.10% 16.00% Diciembre 100.00% 56.40% 57.80% 56.60% 20.60% Invierno 100.00% 50.60% 52.50% 52.80% 11.40% Verano 6.40% 0.80% 6.40% 6.40% 0.00% Anual 69.30% 30.30% 41.20% 40.20% 4.50% Tabla 19 CS: Coeficiente efectivo de sombreado promedio mensual en la ventana por mes el valor 0 representa el máximo coeficiente de sombra y el valor 100 el mínimo. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
Fig 77 Coeficiente efectivo de sombreado en la ventana por mes el valor 0 representa el máximo coeficiente de sombra y el valor 100 el mínimo. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011.
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Som
bra
(%) Caso base
Voladizo
Pérgola
Pérgola 45
Mixto
96
Por último se realizó el análisis del porcentaje de sombra mensual promedio y hora de cada caso en el que, al contrario del coeficiente efectivo de sombreado el 100% representa completamente en sombra y el 0% completamente expuesto a la radiación.
Tabla 20 Promedio mensual sombreado en % del caso base el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
Tabla 21 Promedio mensual sombreado en % del caso voladizo el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Di c
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ene
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
%100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
97
Tabla 22 Promedio mensual sombreado en % del caso pérgola el eje de las abscisas representa los meses, mientras
que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
Tabla 23 Promedio mensual sombreado en % del caso pérgola 45º el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
Tabla 24 Promedio mensual sombreado en % del caso mixto el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011.
0204060810121416182022Hr
Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Di c
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ene
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ene
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ene
02
04
06
08
10
12
14
16
18
20
22
Hr
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
%100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
98
9.4 Resumen de resultados de iluminación natural y radiación solar
Tabla 25 Resumen de resultados consideraciones relevantes en iluminación natural y control solar, el coeficiente de sombreado 0% representa completamente sombreado mientras que un 100% sería completamente expuesto. Fuente: elaboración propia.
Caso base Voladizo Pérgola Pérgola 45º Mixto
FIN
Pr
omed
ioD
ismin
ució
nde
l FIN
Pr
omed
io
Dism
inuc
ión
de ra
diac
ión
glob
al
inci
dent
e
852.4 kWh/m2/año
388.51kWh/m2/año
434.74kWh/m2/año
432.84kWh/m2/año
142.37kWh/m2/año
Radi
ació
n gl
obal
inci
dent
een
ven
tana
Coe!
cien
te
efec
tivo
de so
mbr
eado
en in
vier
no
Coe!
cien
te
efec
tivo
de so
mbr
eado
en v
eran
o
100% 51% 53% 53% 11%
0%1%6% 6% 6%
3.33 2.41 2.39 2.43 2.17
-28%
-54% -49% -49% -83%
-28% -27% -35%Referencia100%
Referencia100%
99
Capítulo 10 Conclusiones y líneas abiertas de investigación
100
101
10.1 Conclusiones
10.1.1 Conclusión general En climas cálidos los sistemas de control solar son una herramienta fundamental en el
diseño pasivo arquitectónico, por lo que es importante su incorporación en el diseño ya que
representan un aporte al mejoramiento de la calidad ambiental por medio del control de las
condicionantes climáticas exteriores, el buen desempeño de los sistemas de control solar está
asociado a los conceptos de geometría solar, radiación solar, iluminación natural y el clima del
emplazamiento, el hecho de proteger o no la envolvente y la forma de hacerlo podría marcar la
diferencia entre una arquitectura confortable y una fuera de confort, entre un consumo
energéticamente eficiente o un derroche de energía.
10.1.2 Conclusiones particulares
• El conocimiento y la integración de las condicionantes ambientales locales son el punto
de partida para el diseño de un sistema de control solar óptimo.
• El trabajo demostró que las dimensiones establecidas para los sistemas de control solar
fijos externos bajo las condicionantes empleadas en la investigación, permiten afirmar
que los tres sistemas voladizo, pérgola, pérgola 45º son óptimos, tomando en cuenta el
control solar y la iluminación natural, debido a que presentan un comportamiento positivo
en relación al confort visual pues aún en el peor de los casos el FIN promedio se
encontraría en el mínimo permisible para el uso asignado, otro punto a favor de estos
sistemas es el equilibrio de luminancias entre las diferentes superficies, pues el no
utilizar un sistema de control solar provoca contrastes excesivos que finalmente se
traducen en un bajo confort visual, por el contrario el sistema mixto presenta un pobre
contraste de luminancias.
• La similitud de los resultados obtenidos tanto en la simulación de iluminación natural
como la de control y radiación solar de los sistemas voladizo, pérgola y pérgola 45º se
debe a que las dimensiones de separación establecidas para los sistemas que
incorporan pérgolas es mínima, por lo tanto terminan por comportarse casi como si
fuese un solo elemento es decir, como un voladizo.
102
• Respecto al coeficiente de reflexión de las superficies en relación a la iluminación
natural, en general los materiales y sus propiedades de reflexión aplicados a las
superficies interiores e inclusive al propio sistema de control solar son una herramienta
potente para mejorar el ambiente lumínico, particularmente es importante considerar que
la superficie en la cual se realiza primera reflexión sea de color claro para de esta
manera incrementar la luz reflejada en el interior del local, sin embargo habrá que tener
en consideración los posibles deslumbramientos en caso de la utilización de materiales
con alto coeficiente de reflexión.
• El requerimiento del período de sombreado de un edificio dependerá del clima, el
sistema de control solar ideal deberá bloquear al máximo la radiación en el periodo
adecuado mientras que permite un buen nivel de iluminación.
• Debido a que el problema del sombreado es el de bloquear el Sol en ciertos ángulos, el
sistema de control solar dividido en porciones de menor tamaño podría tener el mismo
efecto respecto al control solar, sin embargo habría que realizar el análisis lumínico.
• El sistema mixto presentó efectos negativos en la orientación Sur, ya que, representa
un gran impacto en la disminución del confort lumínico además de que la envolvente
permanece en sombra todo el año, lo anterior se debe a los elementos verticales y por lo
tanto se puede afirmar que es el sistema menos óptimo.
• Respecto a la simulación de iluminación natural, es importante señalar que el intentar
imitar las condiciones de cielo de una región en especifico es complejo, a pesar de que
el software Radiance cuenta con varias opciones de cielo incluido el despejado, es
recomendable, según sea la región la utilización del modelo de cielo que represente el
peor de los escenarios y de esta manera implementar las estrategias necesarias para
garantizar el niveles lumínicos mínimos, por otro lado en cualquier caso se puede
realizar una comparativa del peor y el mejor de los escenarios sobre todo en regiones en
donde la mayor parte del año el cielo permanece despejado.
103
10.2 Líneas abiertas de investigación
Finalmente los resultados obtenidos de este trabajo nos llevan a plantearnos nuevas
preguntas de investigación, por lo que continuar con investigaciones relativas al tema sería de
gran interés, a partir de este trabajo se plantean las siguientes líneas de investigación:
• Contrastar simulaciones con mediciones reales de tal manera que puedan
compararse los resultados obtenidos en este trabajo.
• Extender la investigación hacia consumos y ahorros energéticos de refrigeración
e iluminación asociado con los sistemas de control solar.
• Investigar la disminución de temperatura interiores según el sistema de control
solar empleado.
• Comparación de sistemas de control solar en distintas regiones.
104
105
Anexos
106
107
Tarea visual del puesto de
trabajo
Área de Trabajo
Niveles Mínimos de Iluminación (luxes)
En exteriores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.
Exteriores generales: patios y estacionamientos.
20
En interiores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.
Interiores generales: almacenes de poco movimiento, pasillos, escaleras, estacionamientos cubiertos, labores en minas subterráneas, iluminación de emergencia
50
En interiores.
Áreas de circulación y pasillos; salas de espera; salas de descanso; cuartos de almacén; plataformas; cuartos de calderas.
100
Requerimiento visual simple: inspección visual, recuento de piezas, trabajo en banco y máquina.
Servicios al personal: almacenaje rudo, recepción y despacho, casetas de vigilancia, cuartos de compresores y pailería.
200
distinción moderada de detalles: ensamble simple, trabajo medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina.
Talleres: áreas de empaque y ensamble, aulas y oficinas.
300
distinción clara de detalles: maquinado y acabados delicados, ensamble de inspección moderadamente difícil, captura y procesamiento de información, manejo de instrumentos y equipo de laboratorio.
Talleres de precisión: salas de cómputo, áreas de dibujo, laboratorios.
500
distinción fina de detalles: maquinado de precisión, ensamble e inspección de trabajos delicados, manejo de instrumentos y equipo de precisión, manejo de piezas pequeñas.
Talleres de alta precisión: de pintura y acabado de superficies y laboratorios de control de calidad.
750
Tabla 26 Niveles mínimos de iluminación para centros de trabajo en México. Fuente Norma oficial mexicana NOM-025-STPS-1999
condiciones de iluminación en los centros de trabajo
108
Concepto Niveles Máximos permisibles de Reflexión
Techos 90 % Paredes 60 %
Plano De Trabajo 50 %
Suelos 50 %
Tabla 27 Niveles máximos permisibles del factor de reflexión para centros de trabajo en México. Fuente: Norma oficial mexicana NOM-025-STPS-1999 condiciones de iluminación en los centros de trabajo.
Tipo de espacio Factor de iluminación natural (%)
Estudios de arte, galerías 3-4
Laboratorios, fabricas 3-5
Oficinas, aulas, gimnasios, cocinas 2
Iglesias, estar, vestíbulos 1
Pasillos, habitación de dormir 0.5
Tabla 28 Valores Mínimos típicos de factor de iluminación natural. Fuente: Lechner 2001
Superficies Coeficiente de reflexión recomendada (%)
Techos 78-80
Muros 40-80
Pisos 20-40
Tabla 29 Reflectancias recomendadas. Fuente:Brown & DeKay (2001) p. 219.
Color Coeficiente de reflexión (%)
Blanco 80-90
Amarillo y rosa pálidos 80
Lila y beige pálidos 70
Verde y azul pálidos 70-75
Amarillo mostaza 35
Café medio 25
Azul y verde medio 20-30
Negro 10
Tabla 30 coeficiente de reflexión de distintos colores. Fuente: Brown & DeKay (2001) p. 219.
Fig 78 Luminancia recomendadas en muros, techos y tareas. Fuente: elaboración propia.
40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Luminancia preferida cielo raso y muros
Luminancia preferida de tarea
109
Fig 79 Requerimientos bioclimáticos diagrama psicométrico Guadalajara México (latitud 20ºN). Fuente: elaboración propia con
datos de la comisión nacional del agua.
El siguiente anexo consistió en crear una base de datos de la radiación que recibe un
cubo de 1m2 en distintas orientaciones, a los largo del año y en latitudes de 0º N a 90ºN con
intervalos de 10. Los datos se obtuvieron mediante simulaciones realizadas con software
Heliodon 2TM que toma en cuenta únicamente la radiación directa sin embargo en ciertas
latitudes como 20º 40’ N que corresponde a la Ciudad de Guadalajara (México) o 18º 36’
(Republica Dominicana) en donde la mayor parte del año las condiciones de cielo son
despejado, la variación entre el cálculo teórico de radiación directa (software Heliodon) y el
medido que considera la radiación difusa en mínimo por lo que no se considera como
representativa. Las tablas siguientes muestran la radiación media por día de cada mes. La
forma en que se giro el cubo fue en sentido contrario a las manecillas del reloj tomando el
ángulo 0 como fachada Sur.
0º
90º
180º
270º Giro de 15º
110
Fig 80 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 0º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
111
Fig 81 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 10º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
112
Fig 82 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 20º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
113
Fig 83 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 30º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
114
Fig 84 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 40º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
115
Fig 85 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 50º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
116
Fig 86 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 60º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
117
Fig 87 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 70º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
118
Fig 88 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 80º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
119
Fig 89 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 90º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM
120
121
Índice de figuras
Portada: Le poème de l'angle droit Le Corbusier (1955) Fig 1 La journée solaire de 24 heures. Fuente: Le poème de l'angle droit Le Corbusier (1955) . 15 Fig 2 Stonehenge observatorio. Fuente: Wikipedia.org .................................................................................... 17 Fig 3 Observatorio El Caracol México. Fuente: Alaskan Dude ..................................................................... 17 Fig 4 Movimiento de la Tierra rotación y traslación. Fuente: elaboración propia. ................................ 18 Fig 6 Carta solar estereográfica latitud 20ºN. Fuente: propia a partir de Ecotect 2011. .................. 21 Fig 7 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: Le Corbusier p. 242 ............................................................................ 23 Fig 8 Perdida de energía antes de entrar a la atmosfera terrestre. Fuente: elaboración propia. 25 Fig 9 Radiación directa y difusa del cielo. Fuente: elaboración propia. .................................................... 25 Fig 10 Distribución de la radiación solar en la alta atmósfera y al nivel del mar en distintas
condiciones. Fuente: guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios (2005) p. 15. ................................................................................................................................................. 26
Fig 11 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: Enciclopedia de Le Corbusier. ................................................... 27 Fig 12 Espectro electromagnético. Fuente: guía técnica aprovechamiento de la luz natural en la
iluminación de edificios (2005) p.13. ................................................................................................................. 30 Fig 13 Espectro visible. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 17. ................................... 30 Fig 14 Reflexión especular. Fuente: elaboración propia. .................................................................................. 31 Fig 15 Reflexión compuesta. Fuente: elaboración propia. ............................................................................... 31 Fig 16 Reflexión difusa. Fuente: elaboración propia. .......................................................................................... 31 Fig 17 Constitución del ojo humano. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 23. ...... 32 Fig 18 Parte fotosensible del ojo. Actuación de bastoncillos y conos. Fuente: manual de
luminotecnia indalux (2002) p. 24. ...................................................................................................................... 33 Fig 20 Curva de sensibilidad del ojo. Fuente: manual de luminotecnia Indalux (2002) p. 26. ...... 35 Fig 21 Estado de ánimo expresado como nivel de “activación” (aurosal level) con iluminación
uniforme de 250 lux y 2800 lux en función del número de horas de trabajadores del turno de noche (Boyce & Col) ............................................................................................................................................ 37
Fig 22 Niveles de estrés de un grupo de empleados que trabajan únicamente con luz eléctrica y con una combinación de luz natural y artificial (Kerkhof) ....................................................................... 37
Fig 23 Planta típicas del siglo XX debido a la necesidad de iluminación y ventilación, de arriba hacia abajo en “u”, patio central yen ”H” . Fuente: elaboración propia. .......................................... 39
Fig 24 Mujer leyendo una carta en la ventana pintura de Vermeer. ............................................................ 39 Fuente: arte-historia.com consultado en Junio del 2013. Fig 25 Casa Barragán. Fuente: Yutaka Saito (2001). ......................................................................................... 39 Fig 26 Biblioteca casa Barragán ejemplo de de componente de paso lateral ....................................... 41 Fig 27 Convento de la Tourette de Le Corbusier ejemplo de componente de paso cenital .......... 41 Fig 28 Fuentes de iluminación natural. Fuente: elaboración propia. .......................................................... 41 Fig 30 Distintos modelos de cielo y su distribución luminosa. Fuente: internet .................................... 42 Fig 32 Diagrama con las 3 componentes que se toman en cuenta para la medición del FIN en
un pinto interior del local. Fuente: elaboración propia. ............................................................................ 43 Fig 33 Dibujo de Le Corbusier. Fuente: internet .................................................................................................... 45 Fig 34 Casa Robie de Frank Llloyd Wright. Fuente: gowright.org consultada en junio del 2013. 47 Fig 35 Cité de refuge Paris Le Corbusier (1929) a la izquierda la fachada original sin protección
solar, a la derecha la fachada modificada con sistemas de protección. Fuente: facadesconfidential.blogspot.com.es consultada en junio del 2013. ................................................ 48
Fig 37 Unidad habitacional en Marsella Le Corbusier (1946). Fuente: Le Corbusier Juan-Louis Cohen Taschen (2004) p. 56. ................................................................................................................................ 50
Fig 40 Ejemplos de sistemas de control solar fijos Fuente: Lechner (2001). ......................................... 51 Fig 41 Ángulos para el dimensionamiento de sistemas de control solar. Fuente: Arias y Ávila
(2004). ................................................................................................................................................................................ 52
122
Fig 43 Sistemas de control solar a evaluar en sección longitudinal. Fuente: elaboración propia. ............................................................................................................................................................................................... 63
Fig 44 Mascara de combras del caso base. Fuente: elaboración propia en Ecotect 2011. .......... 67 Fig 45 Mascara de sombra de arriba hacia abajo caso voladizo y caso pérgola. Fuente:
elaboración propia con Ecotect 2011. ............................................................................................................... 68 Fig 46 Mascara de sombras de arriba hacia abajo caso pérgola 45º y caso mixto. Fuente:
elaboración propia con Ecotect 2011. ............................................................................................................... 69 Fig 47 Planta de medición del FIN del caso base en 300 puntos en el plano de trabajo ( 75 cm) .
Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ............................................................................................. 71 Fig 48 Planta de medición del FIN del caso voladizo en 300 puntos en el plano de trabajo (75
cm) . Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ................................................................................. 72 Fig 49 Planta de medición del FIN del caso pérgola en 300 puntos en el plano de trabajo (75
cm) . Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ................................................................................. 73 Fig 50 Planta de medición del FIN del caso mixto en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) .
Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ......................................................................... 74 Fig 51 Planta de medición del FIN del caso mixto en 300 puntos en el plano de trabajo (75 cm) .
Fuente: propia con Ecotect 2011 ....................................................................................................................... 75 Fig 52 Disminución del FIN al centro del local. Fuente: elaboración propia a partir de datos de
Ecotect 2011. ................................................................................................................................................................. 76 Fig 53 Disminución del FIN promedio porcentajes sobre las barras tomando como referencia el
caso base. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ................................................ 76 Fig 54 Disminución del FIN a .5 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes
sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ..................................................................................................................... 77
Fig 55 Disminución del FIN a 1 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect. 2011 ..................................................................................................................... 77
Fig 56 Disminución del FIN a 2 m de distancia desde la ventana al centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011. ........................................................................................................................................................... 78
Fig 57 Disminución del FIN a 3 m de distancia desde la ventana centro del local porcentajes sobre las barras tomando en cuenta el caso base como el 100%. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011. ........................................................................................................................................................... 78
Fig 58 Punto de medición de iluminancias en el interior del local. Fuente: elaboración propia. .. 79 Fig 59 Iluminancias a 2 m desde la ventana el 21 de Junio. Fuente: propia con datos de
Radiance V2.0 Beta. .................................................................................................................................................. 80 Fig 60 Iluminancia (lux) a 2m desde la ventana 21 de Marzo. Fuente: propia con datos de
Radiance V2.0 Beta. .................................................................................................................................................. 80 Fig 61 Iluminancia (lux) a 2m desde la ventana 21 Septiembre. Fuente: propia con datos de
Radiance V2.0 Beta. .................................................................................................................................................. 80 Fig 62 Iluminancia (lux) 2m desde la ventana 21 de Diciembre. Fuente: e propia con datos de
Radiance V2.0 Beta. .................................................................................................................................................. 80 Fig 63 Iluminancia (lux) promedio . Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ....... 81 Fig 64 Luminancias solsticio de verano con cielo uniforme y despejado. Fuente: elaboración
propia con datos de Radiance V.2 Beta. ......................................................................................................... 82 Fig 65 Luminancias solsticio de invierno con cielo uniforme y despejado. Fuente: elaboración
propia con datos de Radiance V.2 Beta. ......................................................................................................... 83 Fig 66 Luminancias en el solsticio de verano con cielo uniforme. Fuente: propia con datos de
Radiance V2 Beta. ....................................................................................................................................................... 85 Fig 67 Luminancias en el solsticio de verano con cielo despejado. Fuente: propia con datos de
Radiance V2 Beta. ....................................................................................................................................................... 85 Fig 68 Luminancias en el solsticio de invierno con cielo uniforme. Fuente: propia con datos de
Radiance V2 Beta. ....................................................................................................................................................... 85
123
Fig 69 Luminancias en el solsticio de invierno con cielo despejado. Fuente: propia con datos de Radiance V2 Beta. ....................................................................................................................................................... 85
Fig 70 FIN promedio variando los coeficientes de reflexión de las superficies. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ........................................................................................... 86
Fig 71 Exposición a la radiación (%) solar en fachada media mensual primer trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ......................................................................... 88
Fig 72 Exposición a la radiación (%) solar en fachada media mensual segundo trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. .............................................................. 89
Fig 73 Exposición a la radiación (%) solar media mensual en fachada tercer trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011 .......................................................................... 90
Fig 74 Exposición a la radiación (%) solar media mensual en fachada cuarto trimestre del año. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ......................................................................... 91
Fig 75 Radiación global acumulada por mes incidente en ventana . Fuente: propia con datos de Ecotect 2011. ................................................................................................................................................................. 94
Fig 76 Radiación global acumulada anual incidente en ventana. Fuente: propia con datos de Ecotect 2011. ................................................................................................................................................................. 94
Fig 77 Coeficiente efectivo de sombreado en la ventana por mes el valor 0 representa el máximo coeficiente de sombra y el valor 100 el mínimo. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ............................................................................................................................................. 95
Fig 78 Luminancia recomendadas en muros, techos y tareas. Fuente: elaboración propia. ...... 108 Fig 79 Requerimientos bioclimáticos diagrama psicométrico Guadalajara México (latitud 20ºN).
Fuente: elaboración propia con datos de la comisión nacional del agua. .................................. 109 Fig 80 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 0º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 110 Fig 81 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 10º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 111 Fig 82 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 20º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 112 Fig 83 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 30º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 113 Fig 84 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 40º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 114 Fig 85 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 50º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao,Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 115 Fig 86 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 60º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 116 Fig 87 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 70º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 117 Fig 88 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 80º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 118 Fig 89 Radiación directa teórica en 1m2 latitud 90º . Fuente: Cedano, Masoud, Palao, Ogeda y
Zambrano a partir de datos de Heliodon 2TM ............................................................................................. 119
124
Índice de tablas
Tabla 1 Esquema de metodología. Fuente: elaboración propia. ................................................. 13 Tabla 2 Comparación del ojo y la cámara fotográfica. Fuente: Manual de luminotecnia Indal
(2002). .................................................................................................................................. 33 Tabla 3 Valores del FIN recomendado según exigencia visual. Fuente: manual de iluminación
Martín M. (2006) .................................................................................................................. 44 Tabla 4 Consumo energético destinado a iluminación según Sector. Fuente: guía técnica de
iluminación eficiente. ............................................................................................................ 44 Tabla 5 Ángulos para sistemas de control solar según orientación. Fuente Arias y Ávila (2004).
............................................................................................................................................. 52 Tabla 6 Parámetros del caso de estudio. Fuente: elaboración propia. ........................................ 62 Tabla 7 Parámetros de simulación iluminación natural. Fuente: elaboración propia. .................. 70 Tabla 8 Luminancias en cd/m2 solsticio de verano con cielo uniforme. ....................................... 84 Tabla 9 Luminancia en cd/m2 solsticio de verano cielo despejado. ............................................. 84 Tabla 10 Luminancia en cd/m2 solsticio de invierno cielo uniforme. ............................................ 84 Tabla 11 Luminancia en cd/m2 solsticio de invierno cielo despejado. ......................................... 84 Tabla 12 Coeficiente de reflexión aplicados a superficies para comparación del FIN. Fuente:
elaboración propia. ............................................................................................................... 86 Tabla 13 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso base el eje de las
abscisa representa los meses, mientras que en el eje de las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011 ...................................................................... 92
Tabla 14 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso voladizo el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. .................................................................................. 92
Tabla 15 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 caso pérgola el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. .................................................................................. 93
Tabla 16 Promedio mensual de radiación global en ventana en Wh/m2 casopérgola 45º el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. .................................................................................. 93
Tabla 17 Promedio mensual de radiación global incidente en ventana en Wh/m2 caso mixto el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ..................................................................... 93
Tabla 18 CS: Coeficiente efectivo de sombreado promedio mensual en la ventana por mes el valor 0 representa el máximo coeficiente de sombra y el valor 100 el mínimo. Fuente: elaboración propia con datos de Ecotect 2011. ................................................................... 95
Tabla 19 Promedio mensual sombreado en % del caso base el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ....................................................................................................................... 96
Tabla 20 Promedio mensual sombreado en % del caso voladizo el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ..................................................................................................... 96
Tabla 21 Promedio mensual sombreado en % del caso pérgola el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ..................................................................................................... 97
Tabla 22 Promedio mensual sombreado en % del caso pérgola 45º el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ..................................................................................................... 97
125
Tabla 23 Promedio mensual sombreado en % del caso mixto el eje de las abscisas representa los meses, mientras que las ordenadas las 24 horas. Fuente: elaboración propia con Ecotect 2011. ....................................................................................................................... 97
Tabla 24 Resumen de resultados consideraciones relevantes en iluminación natural y control solar, el coeficiente de sombreado 0% representa completamente sombreado mientras que un 100% sería completamente expuesto. Fuente: elaboración propia. ............................... 98
Tabla 25 Niveles mínimos de iluminación para centros de trabajo en México. Fuente Norma oficial mexicana NOM-025-STPS-1999 condiciones de iluminación en los centros de trabajo ................................................................................................................................ 107
Tabla 26 Niveles máximos permisibles del factor de reflexión para centros de trabajo en México. Fuente: Norma oficial mexicana NOM-025-STPS-1999 condiciones de iluminación en los centros de trabajo. ............................................................................................................. 108
Tabla 27 Valores Mínimos típicos de factor de iluminación natural. Fuente: Lechner 2001. .... 108
126
Bibliografía
Alzoubi, H. H., & Al-Zoubi, A. H. (2010). Assessment of building façade performance in terms of daylighting and the associated energy consumption in architectural spaces: Vertical and horizontal shading devices for southern exposure facades. Energy Conversion and Management, 51(8), 1592–1599. doi:10.1016/j.enconman.2009.08.039
Arias Orozco, S., & Avila, D. (2004). La iluminación natural en la arquitectura. Guadalajara: Universidad de Guadalajara. Arias Orozco, S., & Avila, D. (2004). Análisis bioclimático de la ciudad de Guadalajara. Guadalajara, México: Universidad de Guadalajara. Baker, N., Fanchiotti, A., & Steemers, K. (1993). Daylighting in architecture a european reference book. Bruselas: James & James (Science Publishers).
Bellia, L., De Falco, F., & Minichiello, F. (2013). Effects of solar shading devices on energy requirements of standalone office buildings for Italian climates. Applied Thermal Engineering, 54(1), 190–201. doi:10.1016/j.applthermaleng.2013.01.039
CEI, & IDAE. (2005). Guía técnica para el aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de los edificios. (I. p. energía, Ed.) Madrid. DeKay, M., & Brown, G. (2001). Sun, Wind & Light. New York: John Wiley & Sons, Inc.
David, M., Donn, M., Garde, F., & Lenoir, a. (2011). Assessment of the thermal and visual efficiency of solar shades. Building and Environment, 46(7), 1489–1496. doi:10.1016/j.buildenv.2011.01.022
Evans, B. (1981). Daylight in architectur a european reference book<e. New York: Mc Graw Hill. Hernandez Sampieri, R., & Fernandez Collado, C. (2010). Metodología de la investigación. Mc Graw Hill. Lechner, R. (2001). Heating, Cooling, Lighting. New York: John Wiley & Sons Inc. Mazria, E. (1985). Le guide de la maison solaire. Parenthèses. Monroy, M. (2006). Manual de la iluminación. (A. d. Canaria, Ed.) Las Palmas, España. Morillón, D., & Mejía, D. (2004). Modelo para diseño y control solar en edificios. México D.F. : UNAM.
Ochoa, C. E., & Capeluto, I. G. (2006). Evaluating visual comfort and performance of three natural lighting systems for deep office buildings in highly luminous climates. Building and Environment, 41(8), 1128–1135. doi:10.1016/j.buildenv.2005.05.001
127
Olgay, V. (1998). Arquitectura y clima: manual del diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Barcelona: Gustavo Gili. Olgyay, A., & Olgyay, V. (1957). Solar control and shading devices. Londres: Princeton Universuty Press.
Palmero-Marrero, A. I., & Oliveira, A. C. (2010). Effect of louver shading devices on building energy requirements. Applied Energy, 87(6), 2040–2049. doi:10.1016/j.apenergy.2009.11.020
Philips, D. (2004). Natural light in architecture. Elsevier.
Sherif, A. H., Sabry, H. M., & Gadelhak, M. I. (2012). The impact of changing solar screen rotation angle and its opening aspect ratios on Daylight Availability in residential desert buildings. Solar Energy, 86(11), 3353–3363. doi:10.1016/j.solener.2012.09.006
Tornquits, J. (2008). Color y luz teoría y práctica. Barcelona: Gustavo Gili. Viqueira Rodríguez. (2001). Introdución a la arquitectura bioclimaica. Limusa. Yáñez, G. (2008). Arquitectura solar e iluminación natural. Madrid: Munilla-Lería. Sitios web http://radsite.lbl.gov/deskrad/. (n.d.). Retrieved Junio de 2013 http://wiki.naturalfrequency.com. (s.f.). Recuperado el Julio de 2013, de http://wiki.naturalfrequency.com: http://wiki.naturalfrequency.com Requena Ruiz, I. (15 de Julio de 2011). Repositorio institucional de la universidad de Alicante. Recuperado el Junio de 2013, de Repositorio institucional de la universidad de Alicante: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/23997