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

               

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           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  

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