PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y ARTES

INVESTIGACION II

MECANISMO DE DISTRIBUCION DE LUZ NATURAL Y CONTROL DE

DESLUMBRAMIENTO AL INTERIOR DE UN AULA DE ESTUDIO.

Por

Diana Peñaloza Sánchez.

1. Introducción

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

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

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

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

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

de iluminación.

Bajo este paradigma, el presente artículo investigativo busca estrategias que

mejoren la distribución de iluminación natural al interior de un espacio de

estudio y el control de efectos adversos como: deslumbramiento fisiológico,

contraste y fatiga visual, que dificultan la realización de actividades académicas

como: lectura, dibujo o el uso de un ordenador.

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

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

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

distribución homogénea de la misma.

Ciertamente, las superficies reflectantes y no reflectantes son raramente

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

sentir un deslumbramiento incomodo debido al alto rango dinámico de

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

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

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

ocasionada por el deslumbramiento, los valores hablan de niveles

imperceptibles e intolerables de deslumbramiento. Por ejemplo, la CIE

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

“perceptible” hasta aproximadamente UGR UGR¼22 “inaceptable”.

Ecuación 1

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

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

mencionados por los distintos investigadores.

Ilustración 1

UGR: Rango Unificado de Deslumbramiento;

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

BGI: Índice de deslumbramiento Británico;

VCP: Probabilidad de confort visual.

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

Ilustración 2

FUENTE: (Cai & Chung, 2012)

FUENTE: (Cai & Chung, 2012)

Otro factor importante a estudiar es el contraste y como este provoca una

alteración en la percepción visual del observador. La diferencia de luminancia

entre dos superficies es lo que llamamos contraste. La dificultad para visualizar

un objeto superficies que interactúan con el observador, ya sea por las

propiedades de reflexión de color o composición material.

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

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

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

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

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

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

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

de iluminación son elevados. (Wandell, 1995).

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

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

Ilustración 3

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

micrómetros y la eficiencia fotópica es de 1.

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

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

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

se perciba. (Wandell, 1995)

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

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

FUENTE: (Wikipedia, 2012)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

terminaciones semi – circulares. (Mollon, 2003)

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Ilustración 4

Con este precedente como punto de partida, Mollon, explica como esta base

nos permite hablar en la actualidad sobre “la reflectancia del espectro” en una

superficie, como la porción de la luz incidente que es reflejada en cada longitud

de onda.

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

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

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

se define como dispersión.

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

la longitud de onda. La tabla (6) posee los valores de longitud de onda mayores

de acuerdo al color, apreciamos que el índice de refracción disminuye

conforme se acerca al rojo.

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

Ilustración 5

Ilustración 6

Niveles de reflectancia color y material

Las mediciones tradicionales de transmitancia resultan insuficientes para

caracterizar ópticamente la conducta de materiales difusores en diferentes

aplicaciones. En su mayoría los materiales no son reflectores ni difusores

perfectos de la luz, estos materiales abarcan en su mayoría todos los de

carácter inorgánico y biológicos con que nos encontramos en el medio

ambiente natural y construido. Por estas razones se hace imprescindible la

consideración combinada de procesos reales de reales de reflexión y difusión

de la luz en cada superficie y en cada medio que atraviesa.

McGuire, R. G. (1992). Reporting of objective color measurements.HortScience, 27(12), 1254-1255.

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

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

1.1. Fatiga Visual

Actividades que demandan mayor iluminación y menor

El límite de luminancia para el uso de un ordenador está cerca de 400 lm/m2,

este valor no puede ser alcanzado aún si se usa un sistema anti

deslumbramiento, a excepción de que el espacio sea obscuro.

Para trabajos de precisión como dibujo se requiere una iluminación de 1000 lx

Condiciones optimas

Norma ecuador

Centro paris CIE

Otros autores

UDI, Usefull Daylight Illuminance

Ubicación

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

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

del Ecuador, Quito – Ecuador. El lugar cuenta con tres grandes ventanales que

reciben luz natural directa, paradójicamente el espacio está iluminado

generalmente con energía eléctrica. Durante ciertas horas del día se debe

bloquear incluso el paso de luz con las persianas, lo que provoca un

incremento de consumo energético innecesario.

Diagnóstico y justificación problema

Registro fotográfico

Mediciones Ecotect

La imagen 6 muestra el rango de sombras en

AREA 1 AREA 2 AREA 3

FUENTE: Elaboración propia

2. Metodología

3. SOLUCIONES

FUENTE: Elaboración propia, Software Ecotect

Filtering of sunlight can be accomplished in two ways: either by using a glazing that selectively transmits only the visible wavelengths, or by bouncing sunlight off a surface that selectively reflects only the visible wavelengths into the conditioned space. With a selectively reflecting surface, one can orient the building geometry so that the full spectrum of sunlight can be admitted duringthe heating season to heat the space, and shading can be used to exclude non-visible wavelengths during the cooling season. Though electric lighting consumes 30 - 50% of the energy used in a typical commercial building [Ne’eman et al., 1984; Robbins, 1986], little effort is expended to utilize the daylighting resource that already exists in perimeter office spaces by exterior windows. The technology necessary to realize the savings from daylighting is fairly new [Rubinstein and Verderber, 1990; Choi et al., 1984; Helms and Belcher, 1980] - dimmable fluorescent ballasts controlled by a signal from a photocell. With the recent entry into the marketplace of mass produced windows of high thermal resistance and with low emissivity films (placed in the air gap between the sheets of glass), the trade-off between daylighting gains and

thermal losses has been altered. Daylighting Design via Monte CarlobyJon McHugh1, Pat Burns1, Doug Hittle1 and Brian MillerDepartment of Mechanical EngineeringColorado State UniversityFort Collins, CO 80523

Resultados

Bibliografía

McGuire, R. G. (1992). Reporting of objective color measurements.HortScience, 27(12), 1254-1255.

Guth, S. K. (1966). Computing visual comfort ratings for a specific interior lighting

installation. Illuminating Engineering, 61(10), 634.

Luckiesh, M., & Guth, S. K. (1949). Brightness in visual field at borderline between comfort and

discomfort (BCD). Illuminating Engineering, 44(11), 650-670.

Mistrick RG, Choi A-S. A comparison of the visual comfort probability and unified glarerating systems. Journal of the Illuminating Engineering Society 1999; 28: 94–101.

En un ambiente interno el exceso o carencia de iluminación puede alterar la

percepción de una imagen u objeto. Los componentes que modifican la

apariencia de objetos son las variaciones en dirección e intensidad de

iluminación. Los objetos por sus propiedades tridimensionales generan

sombras que pueden acentuar y reducir ciertos rasgos de lo percibido. (Rivas,

Mendiola, Herrera, González, Trejo & Ríos Moreno, 2007).

Clase 306