luz natural

Universidad de Colima

Facultad de Arquitectura y Diseo

PRESENTA: Mara de Lourdes Gutirrez Mandujano

TTULO:

Aprovechamiento eficiente de la luz diurna en las aulas tipo CAPFCE de la Universidad de Colima, Campus Coquimatln, Col.

TSIS:

Es posible la optimizacin de la luz natural en el interior de las aulas tipo CAPFCE del Campus de la Universidad de Colima, por medio de sistemas pasivos de

iluminacin.

Director de Tesis

M.C. Jol Cruz Galeana

Asesor:

Dr. Leandro Sandoval lvarez

Aprovechamiento eficiente de la luz diurna en aulas tipo CAPFCE

M A R A D E L O U R D E S G U T I R R E Z M A N D U J A N O

2

AGRADECIMIENTOS

A la Facultad de Arquitectura y Diseo de la Universidad de Colima, Campus

Coquimatln, por facilitar sus instalaciones e instrumentos de medicin para

realizar la investigacin realizada.

Al Dr. Leandro Sandoval lvarez, M.C. Jol Cruz Galeana por sus asesoras.

A los profesores:

Dr. Luis Gabriel Gmez Azpeitia, Dr. Adolfo Gmez Amador y Dr. Armando

Alcntara Lomel, todos ellos catedrticos de distintas asignaturas de la Maestra en

Arquitectura especialidad en Diseo Bioclimtico.

Al Arq. Ramn Ventura

A mis padres que son el motor que me motiva a ser mejor.

A mis amigos compaeros: kisha, Gina, Juan Pablo, Ana, Luis, Pablo H. Carlos.

Y a Ramn Solis.



3

RESUMEN: La presente investigacin muestra los componentes, la produccin, la ubicacin dentro del

edificio, barreras tcnicas, aplicaciones, caractersticas principios fsicos de algunos

sistemas de iluminacin diurna como: repisas de Luz, sistemas de lumbreras y persianas,

panel cortado con lser , cristales direccionadores de luz y techos anidlicos, probados en

distintos pases por IEA1 ; continuando con el anlisis del aprovechamiento de la luz natural

en aulas tpicas tipo CAPFCE de la Facultad de Arquitectura y Diseo, Campus

Coquimatln, y despus se probaron sistemas pasivos de iluminacin con sombreado

(repisas de luz) y sin sombreado (tragaluces), estas ensayos se efectuaron en maquetas

(escala 1:20) calibradas acorde con los salones diagnosticados, y se hicieron filtros por

medio de anlisis costo beneficio y aprovechamiento eficiente de la luz natural y as

seleccionar la mejor alternativa para iluminarlos pasivamente.

SUMMARY:

The present investigation shows the components, the production, the location inside the

building, technical barriers, applications and the characteristic physical principles of some

systems of daylighting. These include light shelves, systems of lights and blinds, laser-cut

panel, glass light directors and anidolic roofs, proven in different countries by the IEA; in

keeping with the analysis of the use of natural light in classrooms type CAPFCE at the

Faculty of Architecture and Design, Campus Coquimatln. Later passive systems of

illumination were proven with shade (light shelves) and without shade (skylights), these

experiments were made in scale models (scale 1:20) calibrated according to the classrooms

diagnosed and the filters were made by means of cost and benefit analysis and by their

efficiency in the use of natural light and in this way the best alternative for pasive illumination

was choosen.

1 NANCY RUCK WITH YVIND ASCHEHOUG, SIRRI AYDINLI, JENS CHRISTOFFERSEN, GILLES COURRET, IAN EDMONDS, ROMAN JAKOBIAK, MARTIN KISCHKOWEIT-LOPIN, MARTIN KLINGER, ELEANOR LEE, LAURENT MICHEL, JEAN-LOUIS SCARTEZZINI, AND STEPHEN SELKOWITZ, 2000, IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, Published by the Lawrence Berkeley National Laboratory, under the auspices of the California Public Utilities Commission. LBNL Report Number: LBNL-47493



4

CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS

RESUMEN-ABSTRAC

CAPITULO 0

INTRODUCCIN 8

JUSTIFICACIN.. 9

PROBLEMTICA..... 10

PREGUNTAS DE INVESTIGACIN .... 11

HIPTESIS 12

OBJETIVOS DE INVESTIGACIN .. 13

CAPITULO 1 .. 14

ANTECEDENTES .. 15

1.0 LA LUZ DE DIA EN EL DISEO DE LAS EDIFICACIONES.. 17

1.1 La planeacin para la luz de da en la fase conceptual.. 18

1.2 La disponibilidad de la luz de da... 19

1.3 La edificacin y las obstrucciones ... 19

CAPITULO 2 .. 20

2.0 LAS ESTRATEGIAS PARA LA EDIFICACIN 21

2.1 La Funcin de las ventanas 21

2.2 Las estrategias de diseo para ventanas .. 22

2.3 La divisin funcional de una ventana 23

2.4 Estrategias para el ventanaje 24

2.5 La interrelacin con los espacios adyacentes 25

2.6 Acabados, amueblado y uso del espacio 26



5

CAPITULO 3 28

3.0 ESTRATEGIAS DE DISEO PARA LOS SISTEMAS DE LUZ DE DA . 29

3.1 La funcin de los sistemas 30

3.2 La ubicacin .. 31

3.3 La habilidad de cambiar . 32

3.4 La transparencia 32

CAPITULO 4.. 34

PARMETROS DE DESEMPEO... 35

4.0 Introduccin. 35

4.1 El confort visual y el desempeo..... 37

4.2 Iluminancia.. 37

4.3 Distribucin de la luz natural y el confort 39

4.5 Deslumbramiento 40

4.6 Normas oficiales mexicanas 42

CAPTULO 5 43

5.0 Sistemas de iluminacin diurna . 44

5.1 Introduccin 44

5.2 Matriz de sistemas 46

5.2.1 Sistemas de Luz de Da con Sombreado .. 46

5.2.2 Sistemas de Luz de Da sin Sombreado..... 47

5.2.3 nota sobre la informacin en la matriz .... 48

5.3 repisas de Luz..... 52

5.4 sistemas de lumbreras y persianas.... 66

5.5 panel cortado con lser .... 80

5.6 cristales direccionadores de luz.... 88

5.7 techos anidlicos .... 103

6.0 EXPERIMENTO 115

Metodologa General . 116



6

6.1 Ubicacin de aulas ... 117

6.2.0 Descripcin del entorno inmediato de las aulas .. 118

6.2.1 Descripcin de aulas tpicas de La Facultad De Arquitectura Y Diseo.. 119

6.3 Metodologas especficas 125

6.3.1 Cantidad de luz en cada punto del plano de trabajo 125

6.3.2 Factor de luz de Da (FLD) . 128

6.3.3 Evaluacin cualitativa de las aulas 128

6.3.3.1. Distribucin de la luz .. 128

6.3.3.2 Deslumbramiento (reflectancias) 129

6.4 Descripcin de instrumentos de medicin 130

6.5 Monitoreo . 130

6.6 Anlisis de los datos . 131

6.7 Factor de luz de da aulas 3 y 4 .. 145

6.8 Reflectancias y Transmitancias de los materiales ... 149

6.9.0 Resultados del experimento 150

6.9.1 Discusin 161

6.9.2. Aplicando el Factor de Ajuste y lo esperado en el aula . 162

6.9.3. Anlisis de contraste 164

6.9.4. Anlisis de costo beneficio. 170

Conclusiones 171

APNDICES 173

Apndice A 174

Apndice B 177

Apndice C 180

Apndice D 187

Apndice E 191

Apndice F 194



7

CAPITULO 0

INTRODUCCIN JUSTIFICACION PROBLEMATICA PREGUNTAS DE INVESTIGACIN HIPTESIS OBJETIVOS: GENERALES Y PARTICULARES



8

INTRODUCCIN En un mundo recientemente inmerso en temas como las emisiones de carbono, el

calentamiento global y el diseo sustentable, la planeacin del uso de la luz natural

en edificios escolares, se ha convertido en una estrategia eficiente para reducir el

uso excesivo de energa elctrica para iluminar dichos espacios, introduciendo

sistemas innovadores que pueden reducir significativamente el consumo y mejorando

las condiciones de iluminacin en el interior. La presente investigacin enfoca su

atencin a en el aprovechamiento eficiente de la luz natural y tambin diagnosticar el

estado actual de aulas tpicas de la Universidad de Colima y sugiere sistemas de

iluminacin diurna, que se adapten a las necesidades de las actividades a realizar

dentro de cada local de acuerdo a la morfologa de las escuelas con el sistema de

construccin tipo CAPFCE y as aumentar la eficiencia de iluminacin en ellas.



9

JUSTIFICACIN

El ser humano ha modificado su entorno para tener ms comodidades y el diseo de

envolventes arquitectnicas ha tenido una evolucin que ha echado mano de

diversas formas para iluminar las edificaciones. Estudiando la tarea de iluminar espacios aprovechando la luz natural es interesante

ubicar el contexto para el cual se disear, aclarar cuales son los compromisos a

cumplir; ejemplificando, en el hogar, no se requieren las mismas especificaciones

que un espacio escolar demanda tornndose factible analizar y resolver por varias

razones muy importantes una, por las tareas visuales (finas) cometidas en las aulas;

dos, por las prolongadas jornadas de estas actividades que suelen ser crticas; y la

tercera que es el anlisis de la luz natural con respecto a su aprovechamiento

eficiente, calidad de luz.



10

PROBLEMTICA

El monitoreo en campo realizado en esta investigacin demostr que los niveles de

iluminacin son crticos2 y que no hay calidad de luz dentro de las aulas tpicas de

la Facultad de Arquitectura y Diseo, ya que para poder ejecutar las tareas visuales

es necesario tener como mnimo de 400 luxes, en los salones actualmente se

obtienen valores muy por debajo de estos requerimientos, durante la mayor parte del

da, en la temporada del solsticio de invierno (poca ms crtica del ao), contando

con un promedio de 8 hrs. aproximadamente demandando en esta poca del ao

ms atencin, para aprovechar la disponibilidad de luz natural para iluminar durante

ms horas ya que en ste perodo es cuando se cuenta con menor nmero de horas

durante el da solar y segn el grfico de Dresler3, la latitud en la que se encuentra

situado Coquimatln, se tienen que el FLD calculado cuenta con el 90% al 95% de

horas laborables en condiciones ptimas de iluminacin y si a esto se le agrega el

costo por el consumo de energa elctrica para el rubro de iluminacin, durante la

jornada escolar que es entre 7:00 a 20:30hrs (sumando los dos turnos en los que

son usadas algunas aulas), que equivale a $2,200 costo del consumo de energa

anual por aula y aumentando de manera exponencial ya que en el Campus existen

actualmente 40 salones que suman un total de $88,000 anualmente, esto registra

un alto consumo que obedece a dirigir la atencin de las autoridades para disminuir

dichos consumos innecesarios puesto que se cuenta con una buena disponibilidad

de luz de da esta latitud, dado los altos porcentajes de aprovechamiento de horas

con las que se beneficia.

2 Niveles crticos de iluminacin: niveles por debajo de 300 luxes de acuerdo a los valores mnimos de iluminacin que sugiere la Norma Oficial Mexicana (NOM-025-STPS,1999) 3 grfico Dresler aprobado por la CIE. Citado en la publicacin LA ILUMINACIN NATURAL EN LA ARQUITECTURA (CLIMAS

SEMITEMPLADOS) por AVILA RAMREZ DAVID, ARIAS OROZCO SILVIA, Coordinacin editorial, Universidad de Guadalajara, Centro

Universitario de Arte, Arquitectura y Diseo Centro de Investigaciones en Ergonoma. Agosto 2004.



11

PREGUNTAS DE INVESTIGACIN:

Qu sistema pasivo es el ms adecuado para aprovechar eficientemente la luz natural disponible para la latitud 19 14 dentro de las aulas tipo CAPFCE,

las repisas de luz, los tragaluces, o la combinacin de ambos?

Es posible aumentar en un 20 % el FLD de las aulas tipo CAPFCE por medio de repisas de luz (reflejante) o semi- especular?

Qu modificaciones son necesarias para construcciones futuras en este sistema constructivo para un clima como el de Coquimatln colima?

Que sistema pasivo de iluminacin es el mas conveniente de acuerdo al costo beneficio que ofrece para las aulas actuales en el sistema tipo CAPFCE?



12

HIPTESIS Es posible aprovechar ptimamente la luz de da en aulas tpicas de la Facultad de

Arquitectura y Diseo por medio de dos sistemas pasivos, con dispositivos con sombreado (repisas de luz con acabado semi-especular) y sin sombreado (tragaluces) para poder homogenizar la distribucin de la luz natural dentro de los

locales y as crear el ambiente idneo para realizar la tarea visual que se efecta en

el interior de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana (NOM-025-STPS-1999,

Condiciones de iluminacin en los centros de trabajo) y los niveles recomendados

por la CIE, cabe destacar que hipotticamente es necesario combinar estos dos

tipos de sistemas dada la morfologa de las aulas y los requerimientos necesarios de

cada local para evitar

el deslumbramiento en

las zonas criticas de

baja luminancias y

reas donde exista

exceso de luz que

provocan

deslumbramiento en

los usuarios.

Imagen 1 : zonas criticas de baja iluminacin y deslumbramiento dentro de una aula. Fuente: autora (MLGM)



13

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN General: evaluar y mejorar la eficiencia de la iluminacin natural dentro de los espacios dedicados al estudio. Particular: al evaluar la eficiencia lumnica en espacios escolares en horarios matutinos y vespertinos se probarn dos dispositivos en modelos a escala para el aprovechamiento de la luz natural utilizando sistemas pasivos de iluminacin.

Evitar el deslumbramiento Lograr el Confort lumnico de los usuarios Mejoramiento de la productividad, eficiencia en las diversas actividades de

los usuarios.

Elegir un dispositivo en relacin al costo beneficio



14

ANTECEDENTES

LA IMPORTANCIA DE LA LUZ DE DA CAPITULO 1 1.0 LA LUZ DE DIA EN EL DISEO DE LAS EDIFICACIONES 1.1 La planeacin para la luz de da en la fase conceptual 1.2 La disponibilidad de la luz de da 1.3 La edificacin y las obstrucciones



15

ANTECEDENTES

LA IMPORTANCIA DE LA LUZ DE DA. Evidentemente la luz de da es la que genera un ambiente luminoso idneo para el

ser humano, ya que el ojo se encuentra adaptado a los cambios graduales que se

muestran durante el da, entonces, la luz natural es todo lo que la luz elctrica aspira

llegar a ser. Las ventanas son una estrategia que provee ventilacin y de luz al

interior del edificio, adems de permitir la visibilidad al exterior y una conexin que

establecen con el mismo.

La luz de da tambin es importante por su calidad, su composicin espectral y

variabilidad. En un estudio hecho a la reaccin de las personas dentro de espacios

interiores sugiere que la luz de da satisface dos requerimientos bsicos del ser

humano que son:

Una poder ver bien el espacio adems realizar la tarea visual adecuadamente y dos

para experimentar algn estimulo medioambiental (Boyce 1998)4, se cree que

trabajar a largo plazo bajo iluminacin elctrica es daino para la salud y trabajando

en condiciones de luz natural se produce menos estrs y disconfort (traduccin realizada por MLGM).

A review of peoples reactions to indoor environments suggests that daylight is

desired because it fulfils two very basic human requirements: to be able to see both

a task and the space well, and to experience some environmental stimulation.

[Boyce 1998].

4 Boyce, P. 1998. Why Daylight? Proceedings of Daylight 98, International Conference on Daylighting Technologies for Energy Efficiency in Buildings, Ottawa, Ontario, Canada: 359- 365.



16

La luz natural suministra alta iluminancia y permite una excelente discriminacin del

color, estas dos propiedades de la luz natural, propician las condiciones adecuadas

para una visin sana, sin embargo la luz natural puede presentar condiciones no

adecuadas de brillos intensos generando disconfort o el deslumbramiento,

concibiendo altos rangos de iluminancia y reflectancia en ciertos materiales como

pantallas pizarrones, mobiliario, pisos, muros, etc. Ambos factores intervienen en

una buena visin; as, estos efectos de la luz diurna y el desempeo de la tarea

visual dependen de cmo se introduzca la luz a los locales. As es, como todos

estos factores deben ser tomados en cuenta para cuando se diseen estrategias de

luz de da para edificaciones.

Las estrategias de luz de da no siempre han mantenido su promesa como tctica

eficaz de energa, con la cual refuercen el confort y desempeo de los ocupantes,

existen varias razones como la ausencia de sistemas de iluminacin natural

apropiados, lo econmico y el rendimiento.

Unas de las barreras comunes en el pasado que han impedido el uso de estas

estrategias son:

Desconocimiento del desempeo del sistema de luz de da.

Desconocimiento apropiado del sistema de iluminacin de luz de da su control y uso

amigable o adecuado.

Y falta de evidencia de las ventajas al aplicar sistemas de iluminacin natural a

edificaciones.

The barriers, identified at the beginning of the International Energy Agency

(IEA) Solar Heating and Cooling (SHC) Task 21: Daylighting of Buildings, were

resolved by coordinated tasks that covered three broad areas: 1) assessment of the

performance of systems and lighting control strategies, 2) development of integrated

design tools, and 3) case studies to provide evidence of daylight performance in

actual buildings.5

5 NANCY RUCK WITH YVIND ASCHEHOUG, SIRRI AYDINLI, JENS CHRISTOFFERSEN, GILLES COURRET, IAN EDMONDS, ROMAN JAKOBIAK, MARTIN KISCHKOWEIT-LOPIN, MARTIN KLINGER, ELEANOR LEE, LAURENT MICHEL, JEAN-LOUIS SCARTEZZINI, AND STEPHEN SELKOWITZ, 2000, IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, Published by the



17

Las barreras que se identificaron en un comienzo por la Agencia Internacional de

Energa (IEA) [Solar Heating and Cooling (SHC)] agenda 21, iluminacin de luz de

da en edificios, fueron resueltos y cubrieron tres grandes reas, 1) La evaluacin

del desempeo de sistemas y estrategias de control de iluminacin, 2) el desarrollo

integrado en el diseo de herramientas, y 3) los casos de estudio para proveer

evidencia a cerca del desempeo en edificios reales (sic.) (Traduccin realizada por

MLGM). Dicha investigacin ayuda a demostrar cuan eficientes son estos sistemas y

para que lugares son los idneos, en relacin con las tareas visuales a realizar y el

tipo de clima y ubicacin del edificio.

1.0 LA LUZ DE DIA EN EL DISEO DE LAS EDIFICACIONES

Durante siglos, la luz del da era la nica fuente eficaz de luz disponible. La

arquitectura se vio regida por analizar a fondo como lograr una buena distribucin de

la luz dentro de las edificaciones de una manera adecuada. Pero esto cambio con el

avance de la tecnologa la generacin de fuentes artificiales de luz, y la integracin

de materiales como el vidrio en las fachadas, esto cambios liberaron en gran medida

estas limitantes dentro de los esquemas constructivos de la arquitectura. La

aplicacin de sistemas avanzados de iluminacin de luz natural en el proceso de

diseo global de un proyecto es otro gran paso dentro del diseo arquitectnico,

sistemas amigables que se puedan controlar fcilmente, lo cual conlleva a un ahorro

del consumo de energa en los edificios y que los usuarios los acepten.

Lawrence Berkeley National Laboratory, under the auspices of the California Public Utilities Commission. LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 2 pp.22



18

1.1 La planeacin para la luz de da en la fase conceptual

En la tabla 2-1 del (IEA)2000,6 muestra los puntos de partida que deben ser

tomados en cuenta en el proceso de diseo para sistemas de iluminacin en

edificios y se elija el tipo de sistema de iluminacin natural adecuado para el

entorno al cual se esta diseando:

Fuente: IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, 2000, LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 2 pag 1

1.- De acuerdo al tipo de edificio: disponibilidad de luz de da, latitud, probabilidades

de das soleados, temperatura obstrucciones (edificios, rboles, etc.)

2.-Cuartos: la relacin con los espacios adyacentes, autonoma, ganancia de luz,

reflejo de luz, intercambio de luz, anlisis de la estructura ventanaje (unilateral, luz

lateral, luz de techo y multilaterales mezcla de ambos) la altura con respecto a la

proporcin de la profundidad del local.

3.- La ventana: diseo de fachadas y ventanas, diseo nico, diseo mltiple

(vanos), divisiones entre ventanas

4.- Sistemas de iluminacin diurna o natural(pasivos): la funcin del (os) sistema(s),

mltiples funciones como deslumbramiento, sombreado, re-direccionamiento, luz

intensa, y control solar, la luz intensa (deslumbramiento) y su re-direccionamiento,

6 IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, 2000, LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 2 pag 1



19

sombreado y re-direccionamiento, funciones especficas, proteccin de la luz intensa,

el sombreado solar, la redireccin y otras funciones. (Traduccin realizada por MLGM).

1.2 La disponibilidad de la luz de da

Si bien es sabido que todas las estrategias de la iluminacin de diurna hacen uso de

la luminancia del sol, del cielo, los edificios y la tierra, todas las estrategias de

iluminacin diurna dependen de la disponibilidad de la luz natural, la cual es

determinada por la latitud del lugar donde se encuentran las edificaciones y de las

condiciones inmediatas que rodean al mismo y la presencia de obstrucciones; las

estrategias de iluminacin pasiva tambin se ven afectadas por el clima, es

importante conocer las condiciones predominantes o las diferentes temporadas

climticas, para la toma de decisiones que se pueda adecuar a cada uno de estos

cambios a lo largo del ao.

1.3 La edificacin y las obstrucciones

Las condiciones de iluminacin que existen en el interior de los locales, se ve

modificada de acuerdo al entorno que rodea al edificio, las obstrucciones bloquean el

paso de luz, vegetacin, edificaciones contiguas, la topografa del terreno alrededor

que puede modificar la cantidad de luz ciertas horas del da7.

7 JOHAN VAN LENGEN, julio 1999, Manual Del Arquitecto Descalzo, Tercera Impresin, Pag.70-71



20

CAPITULO 2 2.0 LAS ESTRATEGIAS PARA LA EDIFICACIN 2.1 La Funcin de las ventanas 2.2 Las estrategias de diseo para ventanas 2.3 La divisin funcional de una ventana 2.4 Estrategias para el ventanaje 2.5 La interrelacin con los espacios adyacentes

2.6 Acabados, amueblado y uso del espacio



21

2.0 LAS ESTRATEGIAS PARA LA EDIFICACIN Las estrategias de iluminacin con luz de da, tiene tres objetivos bsicos y

primordiales los cuales son: uno iluminar adecuadamente para poder realizar la

tarea visual, dos crear un medio ambiente ameno y atractivo para el humano y por

ltimo horro de energa elctrica.

Conociendo estas metas a realizar, las estrategias de luz de da juegan un papel muy

importante para adecuarlas a las actividades especficas realizadas dentro de las

edificaciones.

El desempeo de las estrategias de luz de da depende de factores como, la

disponibilidad de luz natural que proporciona la envolvente como edificio y lo que la

rodea, las propiedades fsicas y geomtricas del edificio, as como tambin, las

dimensiones, ubicacin, composicin de materiales, de las ventanas y de cmo se

encuentren diseadas para aprovechar al mximo la luz natural disponible.

2.1 La Funcin de las ventanas

Una antigua definicin de ventana era: apertura en una envolvente opaca, aplicado

en el sentido ms estricto de la palabra, otra es elemento constructivo abierto en un

muro con el fin de proporcionar luz natural y ventilar un espacio interior cerrado. A lo

largo de la historia se han construido numerosos tipos de ventanas, pero el material

decisivo desde su aparicin ha sido el vidrio, que proporciona al mismo tiempo

soleamiento, iluminacin y transparencia. Las mejoras de los proceso de fabricacin

industrial del vidrio laminar, en grandes dimensiones, ha permitido el uso y aplicacin

del ingenio de los diseadores aportando innovaciones de estructuras totalmente

vidriadas y fachadas de doble piel desafan el alcance de esas pobres definiciones.



22

Las ventanas tienen varias funciones principales, una es permitir la visibilidad hacia

el exterior, la visin es de gran importancia en la percepcin de los usuarios an

cuando el exterior no sea interesante. La altura y el tamao de las ventanas deben

ser considerados cuidadosamente de manera que correspondan a las actividades

que se realicen en el aula en clara observancia de la altura a la cual se haga la tarea

visual. Algunos sistemas de iluminacin natural pueden afectar la apariencia de las

fachadas, y es necesario hacer un anlisis y establecer la prioridad entre la

apariencia y el desempeo de los dispositivos sin comprometer ste ltimo.

2.2 Las estrategias de diseo para ventanas: En las estrategias de diseo para ventanas, deben dirigirse los rangos de las

condiciones de luz disponibles en el exterior del edificio para satisfacer los rangos

necesarios en el interior. La colocacin y clasificacin de las ventanas, juega un

papel muy importante en el desempeo de los dispositivos de la luz de da.

Las ventanas casi siempre estn expuestas al cielo. Los sistemas de luz de da se

pueden adaptar a las ventanas para las condiciones del cielo y pueden transmitir o

pueden reflejar la luz de da como una funcin de ngulo incidente. Los sistemas de

luz de natural se han utilizado para sombrear del sol, para proteger de la

iluminacin excesiva (deslumbramiento) y para re-direccionar la luz de da.

Estrategias para claraboyas: pueden estar diseadas para cielos claros o difusos

(nublados), ya que la caracterstica ms significante de estas estrategias es como

controlan la luz directa del sol.

El sombreado solar es siempre un problema para los sistemas dedayligthing8 a

excepcin de las fachadas con orientacin norte. El sombreado solar slo es de

importancia menor como resultado de la orientacin y obstrucciones, un sistema para

proteger de la luz intensa tambin puede usarse para el sombreado solar.

El sombreado solar y la proteccin de la luz intensa, pertenecen a funciones

diferentes y requieren consideraciones y estrategias distintas. El sombreado solar

es una condicin para proteger de las ganancias trmicas es decir tiene una funcin

8 Dayligthing: Iluminacin con luz de da (traduccin MLGM)



23

trmica y la proteccin de la luz intensa tiene que ver con una funcin visual, en s

esta encargada de moderar las elevadas luminancias en el campo visual.

Los sistemas para proteger la luz intensa no solo se dirigen a la luz del sol directa,

pero las claraboyas y los reflectantes de luz del sol lo hacen tambin. Existen estrategias para cielos nublados: estas estrategias de claraboyas son diseadas para condiciones de cielos nublados predominantes, las cuales tienen la

misin de dirigir la mayor cantidad luz disponible en el exterior. Se deben colocar en

el edificio en lugares altos (techos), estos sistemas no son adecuados para cielos

despejados ya que la luz directa sobre las claraboyas provocan un clima luminoso

excesivo y adems aporta grandes cantidades de calor al interior aunque por medio

de diferentes diseos se puede adaptar a las condiciones climticas para que acepte

o rechace la luz por medio de control de los sistemas.

Estrategias para cielos despejados: en contraste con las estrategias para cielos nublados las estrategias para cielos despejados, se deben dirigir a la luz del sol

directa y protegerse de sta.

Luz del sol directa: las estrategias de luz diurna y las claraboyas difusas son bastante diferentes. La luz del sol es tan brillante que con aperturas pequeas basta

para iluminar adecuadamente grandes reas dentro de los locales.

2.3 La divisin funcional de una ventana Cuando se disea una ventana es necesario asignar una funcin predominante, y

definirlo para un ptimo desempeo lo cual no comprometa ha cumplir con

requerimientos contradictorios; y al elegir las ventanas (sistema de iluminacin

diurna), se debe asegurar que cumplan con todos los rangos de requerimientos del

local.

Cuando una ventana debe cumplir con varas funciones a la vez, el rango de

aplicacin de sistemas de luz de da puede verse reducido ya que el sistema se ve

obligado a tomar en cuenta todas las funciones de la ventana. El aprovechamiento

de estos sistemas toma una direccin que es seccionar las ventanas e incluir reas



24

mviles que permitan retirarse cuando no son necesarias, tambin se sugiere que se

utilicen sistemas que se controlen con la energa del edificio ya que si fuesen

controlados por los usuarios se corre el riesgo de no lograr el ptimo desempeo de

los sistemas Dayligthing.

La iluminacin unilateral por el techo solo puede aplicarse en los edificios en el ltimo

piso, la luz que proporcionan estos dispositivos son eficientes pero tienen una

desventaja aportan ganancias trmicas al interior por la alta incidencia de la luz del

sol y es necesario contar con estrategias de sombreado del sol para evitarlas; por

otra parte generan una vista hacia el exterior, que en muchos casos no es necesaria

para el habitante del local.

El tamao de los techos para iluminar necesariamente deben ser calculados para

encontrar el equilibrio entre la cantidad de luz que entra, el desempeo trmico y los

requerimientos de sombreado. Existen varios techos luminosos (rooflighting) y

estrategias de sombreado. La luz del techo (tragaluces) a menudo son vidriados con

la caracterstica de distribuir la luz difusamente para protegen el interior de los rayos

directos del sol. Vidrios difusos para iluminacin no proveen de un sombreado solar y

si las condiciones cambia a un cielo muy brillante puede provoca una iluminacin

intensa y por ende deslumbramiento. El uso de haz de luz para confundir y usar la

luz del sol dispersa es un clsico concepto arquitectnico de techos luminosos (

Gentofte Public Library9). El uso de atrios y patios proporcionan a menudo la

iluminacin natural bilateral ( la Bertolt Brecht School).

2.4 Estrategias para el ventanaje Si se planea utilizar la iluminacin lateral (ventanas) o la iluminacin por el techo las

estrategias de iluminacin multilateral y unilateral deben ser decididas en la fase

conceptual de diseo.

9 (OSZ Wirtschaft).



25

En la utilizacin una iluminacin lateral con ventanas unilaterales su aplicacin

solicita poner especial cuidado. Y se define que para poder distribuir la luz en un

local profundo y proveer de la suficiente luz para poder realizar la tarea visual sin

provocar luz intensa y permitiendo una vista hacia el exterior. Estas ambiciones

pueden crear conflicto ya que la divisin de la fachada en aperturas con funciones

especficas son una solucin prometedora para la aplicacin de iluminacin lateral

( Willy Brandt Building) traduccin por MLGM.

Las fachadas tienen una capacidad limitada para distribuir la luz adecuadamente en

locales profundos. Coexisten varias reglas para la aplicar el potencial de la luz de da

en zonas ya sea para claraboyas o para el diseo apropiado de ventanas. Durante

la fase conceptual de diseo, la zona iluminada por luz de da, debe considerarse

que la profundidad es dos veces ms grande que la altura de la ventana [Robbins

1986]. Traduccin por MLGM.

2.5 La interrelacin con los espacios adyacentes Mucho se ha hablado ya con respecto a la correlacin existe entre el edificio y los

espacios que lo rodean. Hay infinidad de formas para iluminar espacios, por ejemplo

en un muro colocando una ventana de ojo de buey (clerestory), puede distribuir la

luz diurna dentro de un local a espacios donde no se cuenta con ventanales; sta

estrategia es idnea para locales poco profundos y redireccionando la luz natural,

estos sistemas puede contribuir a la distribucin de luz de da a estos espacios, en

el centro de un edificio; el redireccionamiento de la luz natural debe ser manipulada

con mucho cuidado simultneamente con el control del luz excesiva (glare).

Las ventanas en los atrios o techos son una opcin que se ve limitada dado que

tiene un menor potencial luminoso que el de las ventanas en los muros que dan a

un patio, por que los sistemas de techos vidriados reduce el flujo luminoso. Altas

reflectancias dentro de un espacio de atrio pueden incrementar la penetracin de la

luz; Por otra parte cabe mencionar que aun cuando una ventana proporcione luz,

esto no significa especficamente un incremento de los niveles de iluminacin a los



26

espacios interiores, la presencia de este tipo de ventanas podra promover la

distribucin de la luz y crear un vinculo entre el exterior (lo que lo rodea) y el interior

del edificio.

2.6 Acabados, amueblado y uso del espacio

Dada la importancia de los acabados dentro y fuera de un edificio estos son ser parte

de las estrategias de iluminacin. Las estrategias del redireccionamiento de la luz

usualmente dirigen la luz al techo de un espacio. La reflectancia caracterstica de los

techos refuerza la influencia la manera de cmo se distribuir la luz natural. En un

plano especular fuera de la superficie del techo puede reflectar la luz

redireccionando la luz a reas crticas con baja iluminacin pero puede surgir la

probabilidad de ser una fuente de iluminacin excesiva y por ende

deslumbramientos, Estas superficies tambin pueden actuar como los reflectores o

difusores para la luz

artificial. Los techo difusos

puede ser altos

reflectantes de luz tambin

puede distribuir la luz de

sistemas del luz diurna

daylight redirecting, que

pueden ser ms

confortable para los

ocupantes que en un

ambiente altas

reflectancias.

Las reflectancias de los muros, paredes y el mobiliario tienen una gran influencia en

la impresin creada de un espacio. Es recomendable que la reflectancia el piso no



27

debe ser muy baja es decir mayor que 0.3 %10 contraparte con este dato lo que la

Norma Oficial Mexicana (NOM-025-STPS-1999) rige son niveles mximos de reflectancias en pisos es del 50% deduciendo que debe encontrarse dentro de este

rango, as mismo cada tarea visual define un nivel mnimo de luxes para cada

actividad indicados en la tabla 1 de dicha norma (et. al).

Uno de los criterios que se aplican a menudo es

que se asume que los requerimientos de

iluminacin son homogneos a lo largo y ancho de

un espacio, suponiendo un escenario en el cual solo

exista un puesto de trabajo el escritorio debe ser

colocado cerca de la ventana, en casos como aulas

para estudiantes, es importante cumplir con esa

homogeneidad, ya que la tarea visual ser para

ms de un usuario.

Entrando en detalle, el amueblado, se representa

como una imagen esttica, de las actividades que

se realizan dentro del local, esto con el sencillo fin de localizar exactamente

dnde? se realizan las tareas

visuales. As el amueblado de

los espacios se convierten en

una especificaron para los

requerimientos de iluminacin.

10 Nancy Ruck with yvind Aschehoug, Sirri Aydinli, Jens Christoffersen, Gilles Courret, Ian Edmonds, Roman Jakobiak, Martin Kischkoweit-Lopin, Martin Klinger, Eleanor Lee, Laurent Michel, Jean-Louis Scartezzini, and Stephen Selkowitz, 2000, IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, Published by the Lawrence Berkeley National Laboratory, under the auspices of the California Public Utilities Commission. LBNL Report Number: LBNL-47493. pag. 2-14



28

CAPITULO 3

3.0 ESTRATEGIAS DE DISEO PARA LOS SISTEMAS DE LUZ DE DA 3.1 La funcin de los sistemas 3.2 La ubicacin 3.3 La habilidad de cambiar 3.4 La transparencia



29

3.0 ESTRATEGIAS DE DISEO PARA LOS SISTEMAS DE LUZ DE DA Las estrategias de luz de da y su aplicacin tienen un papel muy importante en

desempeo de un edificio, una mala eleccin puede deteriorar los resultados finales

que se buscan obtener. Y un estudio exhaustivo del potencial que tiene cada sistema

de iluminacin pasiva en cada posible escenario a los cuales se someter incide en

la decisin puesto que es imposible compensar errores en un futuro.

Para esto se debe entender que es necesario:

Uno conocer el funcionamiento de la ventana u otro dispositivo como apertura. Dos la funcin del mismo. Tres la interrelacin del sistema con otros sistemas.

Entonces una razonable eleccin de un sistema, asegura que se reduzcan posibles

efectos negativos de las ventanas y refuerce el desempeo de la luz de diurna y sin

interferir en los efectos deseables con los que cuentan las ventanas y esto en el

sentido estricto en diferentes temporadas del ao y para variadas condiciones del

cielo.

Cabe mencionar que los sistemas de iluminacin natural se pueden categorizar por distintas caractersticas y se debe ser conciente de todas las propiedades con las que cuentan, como la funcin y los parmetros de desempeo, que sencillamente este ltimo junto con los costos y la apariencia en algunos casos son de los puntos que determinan por cual de todos se deber optar. Si bien no hay un mtodo definido, el cual de la solucin de que sistema elegir, el ultimo criterio que ayuda a la toma de decisin es el desempeo del conjunto de todas las soluciones que se empleen. Evidentemente los sistemas de iluminacin por el techo (techos de luz) o tragaluces, estn diseados para iluminar solamente y no brinda una vista al exterior, pero estas estrategias suelen ser aplicadas en climas clidos o muy calientes con ciertas reservas, ya que se necesita proteger del exceso de luz (deslumbramiento) y de las ganancias trmicas, un ejemplo es aplicar pequeas aperturas en la losa de tal manera que por medio de sistemas novedosos de iluminacin diurna se pueda distribuir homogneamente la luz, un ejemplo empleado



30

de dicha estrategia es Waterford School, International Centre for Desert Architecture, (Waterford Centro Escolar, Internacional para la Arquitectura del Desierto), otra estrategia esta en las aulas de Park Ridge Primary School (escuela primaria del parque Ridge que en verano presenta un clima soleado y templado en Melbourne, al sur de Australia, ah se emplearon tneles de luz, para descartar la luz solar directa y distribuir la luz del cielo por medio de claraboyas en los espacios de esta escuela. Los sistemas de sombreado para techos luminosos, como protectores del sol son elementos de espejo, los tableros prismticos y sistemas de sombreado selectivos direccionales de luz usan sistemas pticos hologrficos y pueden emplearse en grandes superficies vidriadas en los techos para edificaciones ubicadas en altas latitudes, pero no sera conveniente aplicar esta clase de techos a el tipo de clima de Coquimatln, dadas las condiciones y latitud a la que se encuentra ubicada.

3.1 Las funciones de los sistemas Las funciones de los sistemas se clasifican en dos:

1.- multi funcional: proteccin de la luz excesiva: sombreado solar, redireccin con persianas de luz exteriores, toldos protectores del exceso de luz: sombreado solar con rboles, aleros, proteccin de la luz excesiva con sistemas de sombreado selectivo direccional: redireccin ventanas profundas, sombreado solar con paneles prismticos reflectantes (espejos); sombreado solar con redireccin: usando estantes ligeros(repisas de luz), techado anidolico, luz guiada. 2.- mono - funcional:

Proteccin del exceso de luz con pantallas, persianas, cortinas; sombreado solar: con proyecciones, sombras solares (quita sol o quiebra - soles), lminas fijas, vidrio

reflectivo; redireccin: con reflectores, paneles cortados con lser, vidrios difusores; transportacin (conduccin) de la luz: pipas de luz, tubos o ductos solares, fibras; optimizacin de los niveles de la luz natural: dinteles altos, vidrios con alta transmisin de luz; funcin esttica: tragaluces (bloques ladrillos) vitroblock, vidrio pigmentado (filtrasol); funcin trmica: doble piel, ventanas montadas sobre un eje.



31

3.2 La ubicacin: La ubicacin de los sistemas puede entrar en 4 puntos:

1.- en el Exterior: rboles muertos, proyecciones, balcones (balconeado), arcadas, sombras solares,

aleros, persianas.

2.- ventanas vidriadas o (con hojas de vidrio): Elementos hologrficos, paneles cortados con lser, vidriado con elementos

reflectantes / redireccionadores, ventanas con vidrios intercambiables, vidrios

transportadores de luz.

3.- en el INTERIOR: Cortinas, persianas, lminas interiores umbrales reflectivos, de prismas y persianas

venecianas.

4.- COMBINACIN DE SISTEMAS: vidrios guiadores (transportadores) de luz con sombreado, techos anidolicos, sistemas transportadores de luz.

Imgenes (de izquierda a derecha) 3.1 (fachada sur) y 3.2 (fachada norte): aula 3 y 4 donde se

muestra la ubicacin de los sistemas actuales en las aulas de la Facultad de Arquitectura y Diseo en

el Exterior: rboles, proyecciones, sombras solares, aleros, persianas; En vanos vidriados o (con

hojas de vidrio).



32

3.3 La habilidad de cambiar Segn el Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, (manual sobre sistemas y componentes de iluminacin natural) los sistemas de iluminacin diurna pueden tener la habilidad de cambiar de distintas formas Disposicin, sin cambios Proyeccin, estante de luz, techos anidlicos, angular

selectivo de luz del cielo, ductos solares (lumiductos),

protectores solares con elementos reflectantes.

Disposicin con cambios Vidrios intercambiables, vidrios foto cromticos, vidrios

termo cromticos, rboles con follaje perenne.

Ajustables sin la capacidad

de retirarse

Lminas mviles (giratorias)

Ajustables con la

capacidad de retirarse

Persianas venecianas, persianas de rodillo, toldos

Rastreadores solares Fibras, heliostat solux

3.3 La transparencia La transparencia en los dispositivos de iluminacin diurna es necesaria, hablando de

ventanas, y esto se convierte en un problema real para estos, ya que una de las

funciones primarias de los vanos es permitir la visibilidad al exterior. Cabe aclarar

que los materiales con los que estn construidos los sistemas, no necesariamente

deben ser transparentes, en si la necesidad de crear una sensacin subjetiva en los

usuarios que hay una conexin con el exterior es importante. Hay sistemas de

sombreado para controlar el exceso de luz que inevitablemente afecta la

visualizacin hacia el exterior, estrategias como sta y los redireccionadores de la luz

tambin lo hacen. Algunos sistemas avanzados como elementos pticos

hologrficos, paneles cortados con lser, repisas de luz, sombrean y redireccionan la

luz en ciertos ngulos que no afectan en gran escala la visibilidad al exterior, el

inconveniente con estos sistemas es que no controlan adecuadamente la luz

intensa; pero hablando de los sistemas de iluminacin diurna fijos que controlan la

luz intensa, como sombreado solar con elementos de espejo en la cavidad del vidrio,



33

techos anidlicos, y guiadores de la luz y sombra, tampoco les proporciona una vista

a los ocupantes hacia el exterior.

Se disean persianas y otros sistemas mviles que pueden retirarse obscurecer y

proteger de la luz intensa cuando se necesite, pero ellos no interfieren con la vista

cuando son retirados. La transparencia de estos sistemas depende de las

condiciones en las que opera.

El vidrio Electro-cromtico puede ajustar la transmisin de radiacin encima de una

gama amplia sin cambiar la distribucin de luz del da. El vidrio con transmisin ligera

que vara, dependiendo de la cantidad de luz del da incidente o la temperatura, esta

es una tecnologa prometedora que se ha desarrollado en los laboratorios.



34

CAPTULO 4

4.0 PARMETROS DE DESEMPEO Introduccin 4.1 El confort visual y el desempeo 4.2 Iluminancia 4.3 Distribucin de la luz y confort visual 4.4 Deslumbramiento 4.5 NORMATIVIDAD (Normas oficiales mexicanas)



35

4.0 PARMETROS DEL DESEMPEO INTRODUCCION Los parmetros de desempeo de un sistema de iluminacin de luz de da, deben

ser caracterizados de acuerdo al contexto para el cual se aplicarn dentro de una

edificacin, la tarea a realizar y puedan cumplir con las necesidades que se

requieren satisfacer y se involucran parmetros como el desempeo y confort

visual, el uso de energa del edificio, economa y la integracin de diferentes

sistemas. Los objetivos principales de un sistema de pasivo de iluminacin son,

aprovechar la luz de da utilizable y generar un clima luminoso durante el mayor

tiempo posible o bien durante una significativa temporada del ao, con lo cual se

permita compensar la utilizacin de energa elctrica por la luz natural y pueda

refrescar adems de reducir la ganancia de calor; la ventana convencional y las

claraboyas cubren en gran medida este tipo requerimientos bsicos para el buen

funcionamiento de las edificaciones.

Las funciones requeridas dentro de las aulas pueden resumirse en:

Proporcionar la luz del da utilizable a las profundidades mayores del aula con

respecto de la ventana.

Cuando los cielos son predominantemente nublados, es necesario aumentar la luz

del da utilizable dentro del local (s).

Aumentar la luz del da utilizable para climas muy soleados cuando se controla la luz

del sol directa.

Aumentar la luz del da utilizable para ventanas que se bloquean por las

obstrucciones exteriores y por consiguiente tiene una vista restringida del cielo, y

transportar la luz del da utilizable a los espacios sin ventana. El trmino la luz del

da utilizable abarca el objetivo y las medidas subjetivas para la visibilidad y confort:

Los niveles mas altos de iluminancia, a menudo en locales con grandes

profundidades se ven reducidos y es necesario contar con aperturas que provean de



36

ms luz natural, las soluciones convencionales (ventanas), a dems del desempeo

que tengan sea el ptimo ya sea bajo un cielo nublado y/o claro lo cual condiciona,

la uniformidad correcta de distribucin luz, la reduccin de la luz intensa

(deslumbramiento) y las cargas de enfriamiento por un control directo de la luz del

sol compromete la admisin de este agente al interior.

PARMETROS VARIABLES INDEPENDIENTES

LNEA DE BASE

Confort visual y el desempeo

Iluminancia

Distribucin

Deslumbramiento

Direccin

Amenidad visual

Vista al exterior

Apariencia

Brillos aparentes

Color

Privacidad

Convivencia social

Confort trmico:

Caractersticas del dispositivo

Uso de energa del edificio

Iluminacin con energa:

Condiciones de energa del espacio

Sistemas de sombreado

Demanda mas alta (cresta)

Economa

Cdigos y estndares

Construccin e integracin de los

sistemas

Los datos del producto

Integracin de los sistemas

Consideraciones de los usuarios

Clima

Disponibilidad de luz de da

Temperatura

Lugar:

Latitud

Disponibilidad local de luz de da

Condiciones atmosfricas

Obstrucciones exteriores

Reflectancias de la tierra

Espacio:

Geometra

Superficies reflectantes

Ventanas:

Tamao

La colocacin

Orientacin

Sistema de iluminacin diurna

Sistema de sombreado

Sistemas de iluminacin:

El ambiente y la tarea del sistema

Control de los sistemas

La tarea:

Escritura, lectura

Cantidad de horas de demanda (uso)

Aclarar, vidrios sin obstrucciones,

vidriado con sistemas de sombreado.

Fuente: Tabla 3-1 IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components,

2000, LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 3 pag 2. traduccin (MLGM)

En si los sistemas que se evaluarn en la fase de experimentacin se le aplican

estos parmetros para poder decidir cuales de ellos son los indicados para las

necesidades del Campus Coquimatln, utilizando esta tabla que en el experimento



37

del capitulo 6 se desarrolla se describirn estos parmetros y variables

independientes que mostraran la pauta a seguir.

4.1 El confort visual y el desempeo El confort visual esta en funcin de la respuesta de la retina a la luz que recibe. A

mayor cantidad de luz recibida menor es el dimetro de la pupila e inversamente

proporcional si la luz disminuye, y la dimensin de la pupila ( de 2 a 8 mm de ) y

estos dimetros producen un cambio efectivo de iluminacin global de luz que llega

a la retina que es de 10 a uno. Por dicha razn se enuncia que el uso continuo de

los msculos que controlan el tamao de la pupila puede producir fatiga y por lo tanto

el desarrollo visual se disminuye considerablemente. El tipo de variaciones extremas

de las fuentes de luz en condiciones de trabajo no son recomendables.

Se usan los parmetros del desempeo de los sistemas para determinar si una

iluminacin se encuentra dentro de los estndares para una visibilidad ya dada que

se relaciona directamente a la fisiologa del ojo [IES 1993a]. Generalmente, una

buena visibilidad es definida por una cantidad (500 luxes) condicin adecuada de luz

indicada para la tarea visual a realizar, la distribucin uniforme de iluminancia y

luminancia, la direccionalidad suficiente para modelar objetos tridimensionales y

superficies (direccin de luz), la ausencia de luz intensa, y volumen espectral

suficiente para proporcionar el color con precisin cuando se requiera.

4.2 Iluminancia Las pautas para la iluminacin elctrica han definido los rangos de los niveles de la

iluminancia basados en la tarea visual, la edad de los usuarios, los requisitos de

exactitud, y reflectancias de fondo de tarea visual [IES 1993a, CIE-29.2 1986]. En la

iluminacin natural se busca el equilibrio de energa total entre la luz necesaria y las

ganancias trmicas (es decir, de las ganancias de calor solares) ya que esta ltima

es una consideracin agregada. Para las tareas bsicas como leer y escribir, los

niveles de iluminancia para efectuar la tarea visual satisfactoriamente puede exceder

los niveles de iluminacin elctrica recomendada por los factores de dos o ms si no

hay ninguna luz intensa y si las ganancias de calor asociadas tienen un impacto de



38

energa de sistema mecnico mnimo (sobre todo en los climas dominantemente

frescos). Para tareas de similares que necesitan la misma cantidad de iluminacin

pero para espacios con equipos de computo u otros, se caracterizan por los valores

de luminancia bajos (



39

porcentaje mayor de das del ao que los sistemas de ventanas convencionales. Las

ventanas convencionales introducen la luz de da en un cuarto a una profundidad de

1.5 a dos veces la altura de la ventana como una regla de oro, sobre el suelo.

Algunos sistemas del daylighting se disean para lograr el redireccionamiento de la

luz a las profundidades de dos o ms veces la altura de la ventana para un

porcentaje mayor del ao que es posible con los planes convencionales. Las

situaciones de la tarea son a menudo ambiguas o frecuentemente cambian, para que

una evaluacin se dirija normalmente se deben plantear situaciones representativas

dentro de un espacio, como el caso de temporadas criticas de menor disponibilidad

de luz.

4.3 Distribucin de la luz y confort visual La distribucin de iluminancia y la luminancia son medidas de cmo la luz vara de

punto a punto en cada superficie. La visibilidad pobre y la incomodidad visual

pueden resultar si el ojo se obliga a adaptar demasiado rpido a una gama amplia de

niveles luz. Se usan iluminancia y las proporciones de luminancia como mximo al

promedio o promedio-al-mnimo para cuantificar la uniformidad de la iluminacin y

son tpicamente moderado por un plano de trabajo horizontal a una altura de 0.8 m

sobre el suelo para actividades como leer o escribir. Por el oficina encender, por

ejemplo, el ANSI/IESNA las pautas de RP-1 formulan las proporciones del contraste

mximas entre toda la tarea, el fondo, y las superficies remotas dentro del campo de

visin del ocupante [IES 1993b]: La variacin en la luminancia por la tarea inmediata

(dentro de uno central o visin ergonmica) debe guardarse a un mximo de 2.5:1 a

3:1; La variacin en la luminancia entre la tarea y fondo (central o la visin

ergonmica; por ejemplo, cartas negras en un fondo blanco) se permite, tpicamente

3:1; la variacin mayor se permite entre la tarea y las superficies remotas (el entorno

panorama la vista; el ej., paredes, techo, y suelo), tpicamente 10:1, pero el plan

debe encontrarse adems de las pautas adicionales para la luz intensa (por ejemplo,

20:1 a 40:1).



40

Una evaluacin sistemtica de sistemas del daylighting es complicada por varios

factores, sin embargo: El sol es cambiante al igual que la componente del cielo,

esto obliga a que el nmero de condiciones que se debe evaluar se aumente en

demasa; El contexto de la tarea es a menudo ambigua, esto mientras exige

considerar todo las vistas dentro del espacio o para seleccionar varias situaciones

de tarea de los usuarios; si el sol directo no se excluye o se remite, los mapas de

luminancia de superficie continuas puede ser el nico mtodo para determinar la

situacin, tamao, e intensidad luminosa y las reas de luz del sol (brillos excesivos);

4.4 Deslumbramiento El deslumbramiento se produce por un brillo dentro del campo de la visin que, al

ser suficientemente superior a la luminancia a la que se han adaptado los ojos,

causa molestia, incomodidad o prdida de la realizacin de la visual o de la

visibilidad. El deslumbramiento directo es causado por una fuente de luz dentro del

campo visual, el deslumbramiento reflejo o especular es provocado por reflejos de

un brillo muy elevado procedentes de superficies muy pulidas vidriosas que van a

parar a un individuo(ErnesJ. McCormmick11).

Agregando, los efectos del deslumbramiento directo sobre la realizacin de la tarea

visual se acentan y empeoran a medida que la fuente de deslumbramiento se

acerca a la lnea de visin del ser humano (segn Luckiesh y Moss). El investigador

Hopkinson ha efectuado algunas investigaciones relacionadas con el

deslumbramiento originado por la luz de da (a travs de las ventanas) y presenta

una formula modificada para calcular el ndice de deslumbramiento respecto a la

iluminacin de interiores con luz de da. Las ventanas, naturalmente pueden

proporcionar un utilsimo caudal de iluminacin, de modo que un problema bsico es

el de disear ventanas a fin de proporcionar iluminacin con luz de da (junto con

otros aspectos deseables que aportan las ventanas, como la ventilacin,

posiblemente vista al exterior, y por supuesto un mnimo de deslumbramiento).

11ERNESJ. MC-CORMMICK, ERGONOMIA, Pag.290,1976, EDITORIAL Mc-Graw-Hill, versin castellana de Santiago Pey y MANUEL PAGS



41

Para reducir el deslumbramiento directo procedente de ventanas se recomienda:

1) utilizar ventanas situadas a cierta distancia del suelo; 2) construir un voladizo

exterior por encima de las ventanas; 3) disponer de lminas verticales (a fin de

disminuir la lnea directa de visin respecto de las ventanas); 4) disponer de luces

cerca de las ventanas (a fin de reducir el contraste con la luz procedente de la

ventana, y 5) usar cortinas mamparas o celosas (Hopkinson). Y para reducir el

deslumbramiento procedente de reflejos, se recomienda utilizar la luz difusa, luz

indirecta pantallas deflectoras, cortinas, etc. Es decir emplear superficies que

ayuden a difuminar la luz, tales como superficies con pintura lisa, evitar el uso de

metales brillantes.

Determinacin de recomendaciones sobre el nivel de iluminacin: La investigacin de Blackwell proporciona una base para determinar los niveles de

iluminacin para distintas tareas (los procedimientos especficos para hacerlo se

explican en el Manual de Iluminacin IES). En la tabla 12-1 muestra los estndares

de iluminacin recomendados por el IES para varios tipos de seleccionados de

situaciones y tareas, destacando para una situacin similar a la que se lleva dentro

de las aulas, es decir montaje, visin fcil 32 Pc (344.4451lx), Fina 540 Pc.

(5812.512 lx), para trabajo en oficinas: como diseo, dibujo a detalle 220 Pc.

(2368.06 lx) y para residencias con una actividad de lectura y escritura 75 Pc.

(807.2933 lx)12. En contraste con estos valores se tienen recomendaciones por otros

autores como Andrea Pattini en su articulo RECOMENDACIONES DE NIVELES DE

ILUMINACIN EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES. UNA COMPARACIN

INTERNACIONAL, en la Tabla 1 contrastando estos con los que rige Norma Oficial

Mexicana (NOM) -025-STPS-1999 y Dr. Gabriel Gmez Azpeitia varan estos niveles

de una manera muy grande determinando que los valores ms adecuados para la

tarea visual son los recomendados por la IES y los de Patn y como el mas cercano

los que dicta la (NOM) -025-STPS-1999.

Ahora cabe sealar que estas valas no son fijas de acuerdo con Blackwell,

menciona que acorde con la edad se debe ajustar proporcionalmente a la realizacin

de la tarea visual l ha encontrado multiplicadores de contraste, utilizando la

12 ejemplos elegidos del IES, lighting Handbook, pp9-81 a la 9-95.



42

realizacin media de un grupo de personas entre los 20 y 25 aos de edad como

base su factor es (1.0) y los valores medios para grupos de personas de cuarenta

aos son (1.17). Aunque los niveles altos de iluminacin puedan garantizarse en

algunas circunstancias, existen , sin embargo , indicaciones claras de que en algunas

tareas los niveles altos de iluminacin pueden debilitar la informacin (Logan

Berger), y hace necesario que se garantice la iluminacin adecuada durante el

tiempo que sea necesario para la tarea visual ajustndolo a la edad de los

ocupantes. Las cuantas que rige la Norma Oficial Mexicana (NOM) -025-STPS-1999

para los niveles mnimos de iluminacin al ser contrastados con los valores

recomendados segn una compilacin hecha por el autor Andrea Pattini13, en la

Tabla 1. Niveles recomendados de iluminancia horizontal (lx) para diferentes

actividades en edificios no residenciales destinados a oficinas, escuelas, hospitales e

industria, y para actividades como el leer (tarea visual fina) e iluminacin para el

pizarrn; el cruce de estas dos fuentes da como resultado la siguiente tabla de

niveles mnimos de iluminacin requeridos para las tareas visuales.

4.5 NORMATIVIDAD (Normas oficiales mexicanas) Normatividad y comparativa

TAREA VISUAL EL PUESTO DE TRABAJO

REA DE TRABAJO NIVELES MNIMOS DE ILUMINACIN (lx) NOM -

025-STPS-1999.

Niveles de iluminacin

recomendados

por el Manual

del IES (basado en los

experimentos

de blackwell)

GABRIEL GOMEZ

AZPEITIA

Andrea Pattini RECOMENDACIONES DE

NIVELES DE ILUMINACIN

EN EDIFICIOS NO

RESIDENCIALES. UNA COMPARACIN

INTERNACIONAL, en la Tabla

1 (LUXES) para Mxico

Distincin moderada de detalles: ensamble simple, trabajo

medio en banco y mquina, inspeccin simple, empaque y

trabajos de oficina.

Talleres: reas de empaque y

ensamble, aulas y oficinas. Lectura 300 500

160 400

Distincin clara de detalles: maquinado y acabados

delicados, ensamble e inspeccin moderadamente difcil,

captura y procesamiento de informacin, manejo de

instrumentos y equipo de laboratorio.

Talleres de precisin: salas de

cmputo, reas de dibujo,

laboratorios.

500 _

270 900

TABLA 1 fuente: comparativa NOM -025-STPS-1999 con Andrea Pattini RECOMENDACIONES DE NIVELES DE ILUMINACIN EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES.

UNA COMPARACIN INTERNACIONAL, en la Tabla 1 (lx)

Nota: por lo cual se adopta la cantidad de 400 (lx) como el mnimo reglamentario y 600 (lx) mnimo deseable y de 900 lx para el rea del pizarrn.

13 niveles de iluminacin recomendados segn una compilacin hecha por el autor Andrea Pattini llamada RECOMENDACIONES DE NIVELES DE ILUMINACIN EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES. UNA COMPARACIN INTERNACIONAL, en la Tabla 1. Niveles recomendados de iluminancia horizontal (lx) para diferentes actividades en edificios no residenciales destinados a oficinas, escuelas, hospitales e industria.



43

CAPTULO 5

5.0 sistemas de iluminacin diurna 5.1 introduccin 5.2 matriz de sistemas 5.2.1 Sistemas de Luz de Da con Sombreado 5.2.2 Sistemas de Luz de Da Sin Sombreado 5.2.3 Algunas Notas sobre la Informacin en la Matriz 5.3 sistemas de iluminacin diurna



44

5.0 SISTEMAS DE ILUMINACION DIURNA 5.1 Introduccin

Este captulo describe las caractersticas de algunos de los sistemas avanzados de

luz de da, para poder tomar la decisin adecuada de cual sistema de iluminacin

diurna es el ms adecuado para las escuelas tipo CAPFCE de la Facultad de

Arquitectura y diseo de la Universidad de Colima, Campus Coquimatln.

Posterior a esta introduccin, la cual resume los elementos clave del proceso de

toma de decisiones para los sistemas de luz de da, la Seccin 4.2 consiste de una

matriz detallada de sistemas de luz de da clasificados en dos grupos generales:

aquellos que poseen sombreado y los que no lo tienen. Las descripciones tcnicas

en la seccin 5.3 en adelante, proveen detalles acerca del diseo y la aplicacin de cada sistema, los principios fsicos en que est basado, as como informacin acerca

de controles, mantenimiento, costo y ahorro de energa y resultados de simulacin o

medida del desempeo asociado con cada sistema.

Los sistemas en este captulo representan un rango de sistemas de luz de da

disponibles actualmente para el oficio de la construccin. Algunos de estos an se

encuentran en desarrollo o en etapa de prototipo y algunos son ms bien conceptos

arquitectnicos y no productos.

Todos estos sistemas tienen caractersticas diferentes asociadas a los parmetros de

mayor desempeo discutidos en el Captulo 4. Dado que estos parmetros pueden

tener distinta importancia en casos de diseo en la vida real, es imposible desarrollar

una escala de clasificacin unificada o definir un mtodo de seleccin claro para

elegir el mejor sistema de luz de da en una situacin determinada. No obstante, no

se explican profundamente todos, solo enfocndonos a los posibles sistemas que se



45

pueden adaptar a escuelas tipo CAPFCE, segn el criterio aplicado de acuerdo a los

parmetros de desempeo y necesidades a cubrir.

Los parmetros clave a considerar en la eleccin del sistema fueron:

Condiciones de luz de da del sitio latitud, nubosidad, obstrucciones. Objetivos de luz de da: (Controlar la penetracin de luz solar directa sobre el

plano de trabajo. Controlar contraste de claridad dentro del campo visual de los ocupantes, especialmente entre las ventanas y las superficies circundantes del local. Minimizar la reduccin por ngulo de incidencia de la luz ingresando (efecto reduccin por coseno14).

Estrategias de luz de da implicadas en el diseo arquitectnico Esquema y funcin de ventanas Objetivos de energa y reduccin de picos de poder Limitaciones operacionales fijo/operable, consideraciones de mantenimiento Limitaciones de integracin integracin arquitectnica/de construccin Limitaciones econmicas

Tambin es importante enfocarse en los objetivos mayores para la aplicacin de

sistemas de luz de da:

Redireccionar la luz de da a zonas de baja iluminacin Mejorar la luz de da para la labor de iluminacin Mejorar confort visual, control de deslumbramiento Lograr el sombreado solar

Es muy importante que si se desea comparar los mritos de sistemas diferentes se

comprenda el contexto de los resultados presentados en este captulo. Algunos

14 Esto significa que los ventanales ubicados en la parte alta de los muros producen ms iluminancia que una ventana baja de igual rea.



46

resultados de medicin provienen de experimentos con modelos a escala bajo

condiciones de luz simulada mientras que otros provienen de pruebas en

habitaciones a tamao real bajo condiciones reales de cielo en distintas ubicaciones

por todo el mundo

Debido a que las habitaciones y las condiciones de prueba experimentales difieren

significativamente de un sitio a otro, no podemos comparar los resultados numricos

de distintos sitios experimentales. Las conclusiones generales formuladas para cada

sistema son vlidas, pero los detalles especficos, tales como la magnitud absoluta

de los niveles de iluminacin, no pueden ser comparados entre los sistemas

evaluados en sitios diferentes.

5.2 Matriz de Sistemas

La siguiente matriz muestra dos grupos de sistemas de luz de da aquellos con y sin

sombreado.

5.2.1 Sistemas de Luz de Da con Sombreado

Se cubren dos tipos de sistemas de luz de da con sombreado: los sistemas que

dependen primariamente de luz difusa y rechazan la luz directa del sol y los sistemas

que utilizan primariamente luz directa del sol, envindola al techo o a ubicaciones por arriba de la altura del ojo.

Los sistemas de sombreado estn diseados para la sombra solar as como para la

luz diurna; tambin pueden dirigirse a otros problemas de luz de da, tales como la

proteccin contra deslumbramiento y el redireccionamiento de luz directa o difusa. El

uso de sistemas de sombreado solar convencionales, tales como persianas

plegables, a menudo reducen significativamente la admisin de luz de da a una

habitacin. Para incrementar la luz de da al tiempo que proveen sombreado, se han

desarrollado sistemas avanzados que a la vez que protegen el rea cerca de la



47

ventana de la luz directa del sol, envan luz de da directa y/o difusa al interior de la

habitacin.

5.2.2 Sistemas de Luz de Da Sin Sombreado

Los sistemas de luz de da sin sombreado estn diseados primariamente para

redireccionar la luz del da hacia reas lejanas a una ventana o a un tragaluz.

Pueden o no bloquear la luz directa del sol. Estos sistemas se pueden dividir en

cuatro categoras:

Los Sistemas de Direccionamiento de Luz Difusa redireccionan la luz del da

de reas especficas del vaco del cielo al interior de la habitacin. Bajo

condiciones de cielo nublado, el rea alrededor del cenit es mucho ms

brillante que el rea cercana al horizonte. Para sitios con obstrucciones

externas altas (tpicas en ambientes urbanos densos), la porcin superior del

cielo puede ser la nica fuente de luz de da. Los sistemas de

direccionamiento de luz pueden mejorar la utilizacin de luz de da en estas

situaciones.

Los Sistemas de Direccionamiento de Luz Directa envan luz directa del sol al

interior de la habitacin sin los efectos secundarios de deslumbramiento y

sobrecalentamiento.

Los Sistemas de Dispersin o Difusin de Luz se utilizan en aberturas de

iluminacin del cielo o superior para producir una distribucin de luz uniforme.

Si estos sistemas son usados en aberturas de ventanas verticales, el

resultado ser un deslumbramiento serio.

Los Sistemas de Transporte de Luz recogen y transportan la luz del sol sobre

distancias largas hacia el ncleo de una construccin va fibra ptica o tubos

de luz.



48

5.2.3 Algunas Notas sobre la Informacin en la Matriz Algunos sistemas incluidos en la matriz pueden cumplir mltiples funciones y son,

por lo tanto, mostrados en ms de una categora. Las repisas de luz, por ejemplo,

redireccionan tanto la luz del sol difusa como los rayos del sol.

Los encabezados de columna seleccionados de la matriz que no son claros, se

describen detalladamente a continuacin:

Bajo el encabezado Proteccin de deslumbramiento, se consideraron las siguientes

cuestiones: El sistema previene el deslumbramiento cuando se ve directamente

desde el interior, deslumbramiento directo del sol y deslumbramiento de reflexiones

con velos?

Al evaluar la Vista exterior, la matriz considera las siguientes cuestiones: El

sistema permite una vista transparente y sin distorsin cuando se usa en su posicin

de diseo primaria? Por ejemplo, los sistemas conocidos como aberturas anidlico-

cenitales no permiten una vista clara y sin obstruccin hacia el exterior (son

tpicamente utilizadas arriba de una ventana transparente que permite una vista sin

obstruccin).

Para la columna con el encabezado Direccin de luz dentro de la profundidad de la

habitacin, la matriz responde a la cuestin: Logra el sistema la redireccin de luz

hacia profundidades que son ms grandes que los sistemas de ventanas de

permetros convencionales?



49

En la columna Iluminacin homognea, la matriz establece la pregunta: Logra el

sistema una distribucin uniforme de la luz del da por todo un espacio (paredes y

techo)? Al evaluar Potencial de ahorro (iluminacin artificial), la matriz responde a la

cuestin: El sistema desplaza eficientemente el uso de iluminacin artificial

comparado con los sistemas convencionales?

En la columna con el encabezado Necesidad de rastreo, la matriz responde la

pregunta: Los ajustes pasivos o sistemas mecnicos son necesarios para rastrear

los movimientos diurnos o estacionales del sol a lo largo del da o el ao para

mantener un desempeo eficiente?

La Disponibilidad indica si la tecnologa est disponible comercialmente (A) o si se

encuentra an en etapa de prueba (T). Se proporciona informacin para contactar a

los fabricantes de sistemas comercialmente disponibles. Algunos sistemas que estn

etiquetados como disponibles deben ser diseados y construidos como parte integral

de la cubierta de una construccin, (repisas de luz).

Para la mayora de los sistemas incluidos, informacin a detalle es proporcionada en

las descripciones tcnicas que siguen a la matriz. Una excepcin importante son los

sistemas de transporte de luz (grupo 2D), los cuales se encuentran ms all del

mbito de este trabajo.



50

1. Sistemas de Sombreado

Criterios para la eleccin de elementos

Cat

egor

a

Tipo

/Nom

bre

Esqu

ema

Clim

a

Ubi

caci

n

Prot

ecci

n d

e de

slum

bram

ient

o

Vis

ta e

xter

ior

Dire

cci

n de

luz

dent

ro d

e la

prof

undi

dad

de la

hab

itaci

n

Ilum

inac

in

hom

ogn

ea

Pot

enci

al d

e ah

orro

(ili

itif

ii

l)N

eces

idad

de

rast

reo

Dis

poni

bilid

ad

1A

Primario

utilizando

luz difusa

Prismas y

persianas

venecianas

Climas

templados

Ventanas

verticales Y D Y Y Y Y A

1B

Primario

utilizando

luz directa

del sol

Sombra de

direccin de luz

(4.7)

Climas

clidos,

cielos

soleados

Ventanas

verticales

arriba del

nivel del ojo

Y Y D D D N T

Lumbreras y

persianas (4.4)

Todos los

climas

Ventanas

verticales Y D Y Y Y Y A

Repisa de luz para

redireccin de luz

del sol (4.3)

Todos los

climas

Ventanas

verticales D Y Y Y Y N A

Cristales con

perfiles reflejantes

(Okasolar)

Climas

templados

Ventanas

verticales

tragaluz D D D D D N A

Lminas de

plataforma giratoria

Climas

templados

Ventanas

verticales

tragaluz

Y/

D D D D D Y A

Y=S, D=Depende, N=No, A=Disponible, T=Fase de prueba, (n)=Ver seccin n

FUENTE: Nancy Ruck with yvind Aschehoug, Sirri Aydinli, Jens Christoffersen, Gilles Courret, Ian Edmonds, Roman Jakobiak, Martin Kischkoweit-Lopin, Martin Klinger, Eleanor Lee, Laurent Michel, Jean-Louis Scartezzini, and Stephen Selkowitz, 2000, IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, Published by the Lawrence Berkeley National Laboratory, under the auspices of the California Public Utilities Commission. LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 4 Pag. 4-6



51

2. Sistemas de Luz de Da sin sombreado incluido

Criterios para la eleccin de elementos

Cat

egor

a

Tipo

/Nom

bre

Esqu

ema

Clim

a

Ubi

caci

n

Prot

ecci

n d

e

desl

umbr

amie

nto

Vist

a ex

terio

r

Dire

cci

n de

luz

dent

ro d

e la

prof

undi

dad

de la

hab

itaci

n

Ilum

inac

in

hom

ogn

ea

Pote

ncia

l de

ahor

ro

(ilum

inac

in

artif

icia

l)

Nec

esid

ad d

e ra

stre

o

Dis

poni

bilid

ad

2A

Sistemas de

direccionami

ento de luz

difusa

Sistema

Anidlico

integrado

(4.12)

Climas

templados

Ventanas

verticales

N Y Y Y Y N A

Sistema de

refuerzo

Climas

templados

Fachada

vertical

arriba de

ventana

Y D Y Y Y N A

2B

Sistemas de

direccionami

ento de luz

directa

Panel

cortado con

lser (4.6)

Todos los

climas

Ventanas

verticales

tragaluz

N Y Y Y Y N T

Cristal direccionador

del sol (4.9)

Todos los

climas

Ventanas

verticales

D N Y Y Y N A

2C

Sistemas

de

dispersin

Todos los

climas,

cielos

soleados

Ventanas

verticales

tragaluz

N N Y Y D N A

2D

Transporte

de luz

Tubo de luz

Todos los

climas,

cielos

soleados

Y Y Y N A

Techo de

redireccin

de luz

Climas

templados,

cielos

soleados

Y Y Y N T

Y=S, D=Depende, N=No, A=Disponible, T=Fase de prueba, (n)=Ver seccin n

FUENTE: Nancy Ruck with yvind Aschehoug, Sirri Aydinli, Jens Christoffersen, Gilles Courret, Ian Edmonds, Roman Jakobiak, Martin Kischkoweit-Lopin, Martin Klinger, Eleanor Lee, Laurent Michel, Jean-Louis Scartezzini, and Stephen Selkowitz, 2000, IEA, Day ligth in Buildings, A Source Book on daylighting on Systems and Components, Published by the Lawrence Berkeley National Laboratory, under the auspices of the California Public Utilities Commission. LBNL Report Number: LBNL-47493. Cap. 4 Pag. 4-7 y 4-8

Aprovechamiento eficiente de la luz diurna en aulas tipo CAPFC

luz natural

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