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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y ARTES
INVESTIGACION II
MECANISMO DE DISTRIBUCION DE LUZ NATURAL Y CONTROL DE
DESLUMBRAMIENTO AL INTERIOR DE UN AULA DE ESTUDIO.
Por
Diana Peñaloza Sánchez.
1. Introducción
La iluminación de un espacio es uno de los factores más importantes cuando
hablamos de condiciones apropiadas de habitabilidad. En el caso de un lugar
diseñado para cumplir con funciones de trabajo o estudio, los requerimientos
lumínicos se incrementan de acuerdo al tipo labor que se desempeña. El
confort dentro del sitio de trabajo está directamente relacionado con la calidad
de iluminación.
El siguiente trabajo investigativo halla su punto de partida con el planteamiento
de la siguiente hipótesis: ¿Es posible mejorar las condiciones lumínicas a
través de un dispositivo que logre una distribución uniforme de la luz en un
espacio de estudio? Bajo este paradigma se buscan estrategias que alcancen
las condiciones de confort visual y el control de efectos adversos:
deslumbramiento, contraste y fatiga visual, que dificultan la realización de
actividades académicas en el lugar analizado.
El fenómeno de deslumbramiento ocurre cuando una persona se expone a una
luminancia superior a la que está adaptada su retina previamente, este es un
defecto común en espacios que reciben luz directa y no poseen una
distribución homogénea de la misma.
Ciertamente, las superficies reflectantes y no reflectantes son raramente
uniformes, cuando la luz que perciben las personas no es homogénea, pueden
sentir un deslumbramiento incomodo debido al alto rango dinámico de
iluminación o su variación extrema. (Cai & Chung, 2012)
En su artículo, (Cai & Chung, 2012), realiza un análisis sobre algunas
entidades y sus propuestas sobre los parámetros de medida de la incomodidad
ocasionada por el deslumbramiento, los valores hablan de niveles
imperceptibles e intolerables de deslumbramiento. Por ejemplo, la CIE
(Comisión Internacional de la Iluminación) propone un rango máximo de
deslumbramiento de 10 a 26, sin ninguna diferenciación dentro de esta escala,
mientras el Índice de deslumbramiento Británico (BGI) establece un rango de
10 (deslumbramiento imperceptible) a 30 (deslumbramiento intolerable). Otro
modelo analizado es el de Guth, denominado: Probabilidad de confort visual
(VCP), quien propone una escala diferenciada. La clasificación de la misma
está estimada en porcentajes que evalúan las condiciones de confort visual de
menor a mayor desde un 20% al 85%, siendo este último la medida óptima. Los
valores intermedios se dividen de la siguiente manera, un 36% (no confortable),
50% (aceptable), 65% se interpreta como (perceptible) y un 75%
(imperceptible). Mistrick and Choi proponen también una ecuación (1), que
calcula un Rango Unificado de Deslumbramiento (UGR) ¼14, entre
“perceptible” hasta aproximadamente UGR UGR¼22 “inaceptable”.
Ecuación 1
La ilustración 1 muestra las distintas escalas de la sensación de malestar a
causa del deslumbramiento evaluando las propuestas (UGR, BGI Y VCP) antes
mencionados por los distintos investigadores.
Ilustración 1
UGR: Rango Unificado de Deslumbramiento;
CGI: CIE Índice de deslumbramiento (Comisión Internacional de la Iluminación);
BGI: Índice de deslumbramiento Británico;
VCP: Probabilidad de confort visual.
FUENTE: (Cai & Chung, 2012)
La grafica 2 ilustra de mejor manera los rangos de confort de deslumbramiento.
Ilustración 2
La diferencia de luminancia entre dos superficies es lo que llamamos contraste,
este efecto puede producir una alteración de lo que observamos. La dificultad
para visualizar un objeto depende de las propiedades de reflectancia de las
superficies que interactúan con el observador, ya sea por las propiedades de
color o composición material.
Si hablamos del color, la alteración puede ser comprendida de mejor manera si
definimos antes que es la visión fotópica. Esta visión es la encargada de
posibilitar la correcta interpretación del color a través del ojo. La visión fotópica
es la percepción visual que se produce con niveles de iluminación diurna, la
misma se fundamenta en la respuesta de los conos (células sensibles a la luz),
uno de los dos tipos de fotorreceptores de la retina. Al ser los conos mucho
menos sensibles a la luz que los bastones, solo se activan cuando los niveles
de iluminación son elevados. (Wandell, 1995).
FUENTE: (Cai & Chung, 2012)
La figura 4 muestra la función de la luminosidad fotópica, en el eje horizontal se
representa la longitud de onda y en el vertical la sensibilidad.
Ilustración 3
El ojo es más sensible a la luz que tiene una longitud de onda de 0.555
micrómetros y la eficiencia fotópica es de 1.
El punto de partida fisiológico para la percepción del color, son los tres tipos de
conos: rojos, verdes y azules. Cada uno de ellos posee un fotopigmento con
una curva característica de absorción con respecto a la longitud de onda que
se perciba. (Wandell, 1995)
En cuanto a la ciencia moderna del color, sus orígenes se remontan al siglo 17.
Antes de esta época comúnmente se pensaba que la luz blanca representaba
la luz en su forma pura y los colores eran una variación de ella. Para este siglo
ya era bien conocido que los colores podían originarse con el paso de la luz
blanca a través de un prisma triangular de vidrio.(Mollon, 2003)
Isaac Newton, en su primera publicación “Nueva teoría del color”, describe
como el adquirió un prisma “para intentar con el experimentar el Fenómeno de
color” (Newton, 1671). El grafico 5 demuestra como realizo su experimento
denominado “Newton’s Experimentum crucis". Al permitir el ingreso de luz
natural por un orificio de su cámara obscura, Newton coloco un prisma en la
abertura y reflejo el haz de luz en una pared opuesta, un espectro de colores
vivos fue el resultado. El observo que el espectro de color no era circular como
FUENTE: (Wikipedia, 2012)
esperaba en conformidad a las leyes de refracción, sino que era oblongo con
terminaciones semi – circulares. (Mollon, 2003)
306
Ilustración 4
Con este precedente, Mollon, explica como esta base nos permite hablar en la
actualidad sobre “la reflectancia del espectro” en una superficie, como la
porción de la luz incidente que es reflejada en cada longitud de onda.
Tal como Newton observo con el prisma, la refracción depende del color.
Según los distintos ángulos las longitudes de onda se desvían, esta
dependencia entre el índice de refracción y la frecuencia de la luz es a lo que
se define como dispersión.
En la imagen (5) se muestra la variación del índice de refracción con la longitud
de onda. Se evidencia que los valores de longitud de onda mayores de acuerdo
al color, apreciamos que el índice de refracción disminuye conforme se acerca
al rojo.
Ilustración 5
FUENTE: Princeton.edu ("Newton’s Experimentum crucis")
FUENTE: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975. pág. 21
FUENTE: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975. pág. 21
Actualmente existen varios autores y entidades que establecen ciertas
condiciones que debería cumplirse en procura de una iluminación optima que le
permita al usuario alcanzar un confort visual.
Cada sitio de acuerdo a su función debe reunir ciertos requisitos, en el caso de
centros educativos, la Norma Ecuatoriana INEN 1 150 habla en una primera
instancia sobre los índices de reflexión admisible (ilustración 6), en cuanto a los
valores mínimos de iluminación de acuerdo a los lugares de estudio propone
los siguientes especificados en la imagen 7. La CIE, Comisión internacional de
Iluminación, con su centro en Paris proporciona valores específicos a otras
actividades como el límite de luminancia para el uso de un ordenador está
cerca de 400 lm/m2, sin embargo este valor no puede ser alcanzado aún si se
usa un sistema anti deslumbramiento, a excepción de que el espacio sea
obscuro. Por otra parte para trabajos de precisión como dibujo necesitan una
iluminación de al menos 1000 lx.
Ilustración 6
Ilustración 7
FUENTE: Instituto de normalización INEN, Norma 1 150
FUENTE: Instituto de normalización INEN, Norma 1 150
El lugar de análisis elegido es un aula de estudio, ubicada en el Segundo Piso
la Facultad de Arquitectura, Diseño y Artes de la Pontificia Universidad Católica
del Ecuador, Quito – Ecuador.
La investigación inicial plantea un paradigma metodológico que permita
cuantificar y cualificar la iluminación natural actual a través de una serie de
procedimientos como modelaciones y simulaciones en ecotect, uso del
luxómetro y una encuesta aleatoria a los usuarios del espacio.
Los objetivos de investigación se direccionan a soluciones que logren una
eficiencia lumínica para el aula, proporciones una mejora de la calidad visual en
función a una distribución uniforme y un rendimiento de la luz natural y una
disminución en el consumo de energía eléctrica en el día. Además de un
control de variaciones de iluminación natural en rangos no superiores ni
inferiores a 300 luxes.
La meta fundamental es dispersar la cantidad de la luz proveniente de los
ventanales, de modo que esta no produzca un deslumbramiento a los usuarios
cercanos y permita una repartición homogénea al resto del espacio, evitando
una sobreexposición y el control del contraste.
A pesar de que el espacio cuenta con ventanales amplios sin bloqueos por
parte de otros elementos que impidan el paso de luz, las ganancias por
iluminación solar directa no son eficientes. El registro fotográfico (ilustración 7)
muestra a simple vista como las dos terceras partes (área 1 y área 3), descritas
en la imagen, no reúnen las condiciones lumínicas adecuadas. Por
consiguiente en el área uno (ilustración 8) es necesario el bloqueo total de luz
con el uso de la persiana, mientras en el área 2, se hace indispensable el uso
de energía eléctrica.
Ilustración 8
Ilustración 9
Esto puede ser constatado numéricamente a través de las simulaciones del
curso solar anual y diario, se muestran en las imágenes las horas de mayor y
menor incidencia de la luz natural.
AREA 1 AREA 3
FUENTE: Elaboración propia (noviembre 2012)
AREA 1 AREA 2 AREA 3
FUENTE: Elaboración propia (noviembre 2012)
Ilustración 10
Con la simulación del espacio en ecotect, se pudo establecer los puntos con
exceso y carencia de luz natural, en la gráfica 10 se evidencia la cantidad de
luxes en distintos puntos del aula, el rango usado va desde 2000 lux a 200 lux.
Mientras en la zona cercana a los ventanales se obtiene una luminancia de
cerca de 1800 lx que es una cantidad excesiva de acuerdo a los estándares
óptimos, se observan zonas con una iluminación deficiente que bordea los 200
lx.
Ilustración 11 lux
2000+
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Daylight AnalysisDaylighting LevelsValue Range: 0 - 2000 lux© E C O T E C T v 5
DIAGRAMA ESTEREOGRAFICO ANUALMODELO 3D DIAGRAMA SOLAR ANUAL Y DIARIO
FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)
lux
2000+
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Daylight AnalysisDaylighting LevelsValue Range: 0 - 2000 lux© E C O T E C T v 5
DIAGRAMA CALCULO ILUMINACION
Ubicación Geográfica: -1.1º Latitud , -78.7º
Fecha de medición: 19 de noviembre
107 lx
220 lx
347 lx
913 lx
FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)
Además se efectuó varias mediciones con luxómetro para obtener los niveles
de luminancia ilustración 12. Estos valores evidencian el alto contraste
existente en las distintas áreas del aula.
Ilustración 12
Puntos de medicion
1 Pizarra 2 Escritorio 3 Pared lateral izquierda
Posicion del luxometro
Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal
Valores luxes 125.1 110 703 1150 79.3 65.2
Separacion con respecto a la pared
0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m 0.6 m
Medición de iluminación con Luxómetro:
Hora: 1:30 pm
Condiciones del cielo: 0/8 (despejado)
1
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PLANTA UBICACIÓN DE LAS MEDICIONES CON LUXO LUXOMETRO
FUENTE: Elaboración propia (noviembre2014)
Bibliografía
Generalidades:
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