Iluminación natural en los espacios arquitectónicos

El empleo de la luz natural en la arquitectura vuelve a ser objeto de estudio gracias a su capacidad para para iluminar los espacios y disminuir el uso de fuentes de iluminación artificial. Un esquema que permite reducir la demanda eléctrica y los costos asociados.

Los estudios de radiación solar comenzaron en la Ciudad de México en 1957. Ese año el Instituto de Geofísica de la UNAM creó el Observatorio de Radiación Solar que a la fecha continúa en funcionamiento, siendo el único a nivel nacional.

Por Antonia Tapia.

A lo largo de la historia de la humanidad la iluminación natural ha tenido un rol protagónico. Durante el Paleolítico el hombre que habitaba en las cavernas diferenciaba el día de la noche gracias a los destellos de luz; posteriormente, el empleo de las primeras aberturas dotó de iluminación y ventilación a los espacios.

Con el paso del tiempo, el uso de esta poderosa fuente de energía cobró diferentes significados y en la actualidad es un elemento esencial en el diseño arquitectónico. Para profundizar sobre la importancia de la luz natural como fuente de iluminación al interior de los espacios, Constructor Eléctrico dialogó con el maestro en Arquitectura, Arturo Valeriano Flores, profesor de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

“La luz lo es todo en la arquitectura. En particular, la luz natural es capaz de transformar los espacios, modificarlos, generar contrastes, sombras y reflejos. Permite crear ambientes. Su variabilidad otorga un carácter especial a los espacios”, comenta el maestro.

Desde tiempos remotos la luz natural ha sido materia de investigación de las diferentes culturas. En Egipto el culto al sol y a la luz fue parte central de la vida de esta civilización; en Grecia los primeros estudios se abocaron al fenómeno de la luz y la visión, y en la antigua Roma se focalizaron en el uso de la luz natural en las construcciones.

En ese sentido, el arquitecto Valeriano Flores explica que es precisamente con el tratado de Vitruvio, escrito hacia la segunda mitad del Siglo I a. C., cuando queda de manifiesto la importancia de dotar a todos los espacios que habita el hombre de suficiente luz natural, ya que en su Libro VI propone un método geométrico para garantizar la accesibilidad de luz a las habitaciones de una vivienda.

Dentro de la historia de la Arquitectura un elemento que transformó considerablemente los lugares y la calidad de vida de sus habitantes fue el empleo de aberturas. Estos rudimentarios huecos que se utilizaban en los muros evolucionaron luego en ventanas que permitieron iluminar y ventilar el interior de los espacios.

Hacia el año 65 d. C. los romanos comenzaron a utilizar las primeras ventanas vidriadas, pero su gran impulso se registró años más tarde, durante la Edad Media. En ese sentido, las iglesias fueron las primeras construcciones que emplearon estos elementos arquitectónicos que para el siglo XVI ya formaban parte de las viviendas.

Con el transcurso de los años, el diseño de las ventanas y de las aberturas se desarrolló de la mano de la producción del cristal, el cual se convirtió en un material fundamental dentro de la denominada Arquitectura de cristal y hierro que irrumpió en el siglo XVII con la llegada de la Revolución Industrial.

La arquitectura bioclimática, que identifica un estilo arquitectónico conectado íntimamente con los recursos naturales, otorga una posición muy importante a la iluminación natural la cual comenzó a ser objeto de estudio con gran fuerza en la década de 1960. En ese sentido, el primer libro que abordó esta temática se publicó en 1966 bajo el nombre Daylighting. Esta publicación, escrita por Hopkinson, Petherbridge y Longmore, hizo referencia a diferentes aspectos de la iluminación natural en el que la manera de aplicar métodos de cálculo en espacios interiores es uno de los más relevantes.

En el ámbito de la arquitectura, el tema de mayor interés recae sobre el uso de la luz natural y lo referente a sus propiedades y a su capacidad para permitir el desarrollo de tareas visuales. Actualmente, debido a los requerimientos en materia de ahorro de energía, este tema nuevamente es objeto de estudio por su capacidad para iluminar los espacios y disminuir el uso de fuentes de iluminación artificial.

Beneficios
El arquitecto Valeriano Flores afirma que la luz natural no sólo influye en los órganos visuales y permite el fenómeno de la visión, también es responsable de controlar y regular procesos vitales que desencadenan efectos fisiológicos y psicológicos, positivos o negativos.

“La luz natural, debido a sus propiedades, tiene la capacidad de mejorar la productividad en espacios de trabajo. A la fecha, sus cualidades no han sido igualadas por ninguna fuente de iluminación artificial. La presencia de luz natural desencadena una serie de reacciones a nivel biológico que pueden ayudar a mejorar el estado de ánimo de las personas; la luz natural tiene ese potencial”.

En estudios que relacionan la luz natural con la productividad en las empresas se ha encontrado que dicha luz puede elevarse hasta en un cinco por ciento en espacios que cuentan con una buena iluminación natural en comparación con aquellos que no presentan condiciones de iluminación artificial adecuadas. Del mismo modo, diversas investigaciones indican que las personas que trabajan con luz natural son 20 por ciento más rápidas y cometen menos errores.

Métodos para determinar la disponibilidad de iluminación natural
Uno de los métodos que se emplea para determinar la disponibilidad de iluminación natural se basa en modelos matemáticos elaborados a partir de algoritmos que incorporan variables como la posición del sol, la latitud del lugar de estudio y los valores de radiación solar. Estos métodos son sólo aproximaciones en las cuales no se toman en cuenta variables como las condiciones del cielo, contaminación, nubosidad y parámetros atmosféricos en general, por la tanto, su precisión es muy baja.

Otro método, mucho más preciso, utiliza instrumentos que miden la intensidad de la luz, como los fotómetros, para obtener de forma más confiable los valores de disponibilidad de luz natural.

El arquitecto Flores afirma que en México no se ha avanzado demasiado en cuanto a estudios de disponibilidad de iluminación natural, caso contrario a lo que sucede con aquellos que hacen referencia a la radiación solar. También agrega que en el Laboratorio de interacción con el medio que dirigió el maestro Leonardo Zeevaert Alcántara se realizaron registros y se construyeron bases de datos a partir de mediciones con instrumentos muy precisos, y que se han realizado investigaciones acerca de la disponibilidad de la luz natural, el impacto en los usuarios, los sistemas de conducción de la luz, nuevas tecnologías y validación de métodos de cálculo.

“Hoy en día, estos temas se están volviendo centro de atención por parte de instituciones de investigación a nivel nacional, sin embargo, creo que el avance es muy poco comparado con otras regiones del mundo en donde las investigaciones llevan por lo menos 30 años de desarrollo”, afirma el arquitecto.

Eficacia luminosa
En el caso de la luz natural, Valeriano Flores indica que la eficacia luminosa se obtiene a partir de la energía que se recibe del sol (radiación solar) y de la luz que se puede medir en la superficie terrestre. Asimismo, estas variables se ven afectadas por otros factores que son de tipo atmosférico y climático. Es así que se pueden tener valores muy diferentes de eficacia luminosa en distintas regiones del país o del mundo, ya que esos valores pueden modificarse por factores como la contaminación, presencia de partículas suspendidas, nubosidad y en general cualquier otra variable presente en la atmósfera.

Subraya que la distribución de la luz dentro de los espacios arquitectónicos es variable. Los factores que la determinan son la posición, forma y tamaño de las ventanas, y agrega que depende mucho de los factores internos y externos, climáticos, atmosféricos, geométricos (relacionados con la ventana) y arquitectónicos relacionados con los colores y las texturas de las superficies de los espacios.

Para medir la luz natural en los espacios arquitectónicos, los métodos de cálculo que se utilizan incorporan, en su mayoría, como variables principales las ventanas y las condiciones interiores de los espacios. También se emplean modelos que toman en cuenta las condiciones de accesibilidad de luz natural, al tratarse de condiciones bajo un entorno urbano de alta densidad y con presencia de obstrucciones.

“Uno de los métodos que más se emplean debido a que no establece valores absolutos es el que se denomina valor del factor de luz día (daylight factor), el cual establece una relación entre la luz natural disponible en el exterior con la luz que hay en un espacio interior. Incorpora tres variables: la luz natural proveniente del cielo (indirecta), la luz proveniente de superficies externas (edificios colindantes) y las interacciones que se presentan en el interior de los espacios y sus elementos (superficies, mobiliario). Este método tiene la ventaja de que al no establecer valores absolutos lumínicos (lux) se ajusta con base en la variabilidad de la luz natural”, asegura el arquitecto.

Como herramienta de apoyo existe software especializado en cálculos y simulaciones de iluminación natural, como Radiance, Daysim, Ecotect o Revit, que permiten obtener resultados bastante precisos.

Luz natural y eficiencia energética
En este punto en particular, el arquitecto Valeriano Flores sostiene que es necesario hacer una diferenciación muy clara entre lo que es exclusivamente la luz natural y la exposición al sol (radiación solar). “Es necesario prestar mucha atención al momento de diseñar con iluminación natural; si esto se hace bien, es muy probable que se favorezca el ahorro de energía al disminuir el uso de iluminación con fuentes artificiales; en caso contrario, se pueden poner en riesgo las condiciones de confort térmico. Si se comprometen estos últimos aspectos, es probable que deban utilizarse sistemas de acondicionamiento artificial que igualmente requieren energía para funcionar”.

En cuanto al ahorro, el profesional indica que no existen valores absolutos ni contundentes; de cualquier manera, se estima que con el aprovechamiento de la luz natural es posible ahorrar hasta 5 por ciento de energía, en contraste con espacios cuya fuente de iluminación principal es artificial.

“Este valor puede no resultar tan elevado, pero si el ahorro se analiza desde el punto de vista económico y ecológico, en muchos casos puede ser suficiente para hablar de un beneficio bastante significativo”, puntualiza.

Actualmente, en el mercado existen distintos tipos de materiales y soluciones que permiten aprovechar al máximo los beneficios de la luz natural. Ejemplo de ello pueden ser los cristales avanzados o los sistemas completos de conducción de la luz natural. Los primeros aprovechan al máximo la luz natural al bloquear la radiación solar excesiva de forma simultánea; en tanto, los segundos pueden ser sistemas de ductos que incorporan materiales altamente reflectantes, aunque también pueden emplear captadores de luz natural que conducen la fuente luminosa por medio de fibra óptica hasta un difusor. De igual forma, se han desarrollado sistemas de reflectores que conducen la luz a través de espacios confinados, como cubos de iluminación. La mayoría de estos sistemas, expresa el arquitecto, se basan en el principio de transportación de la luz auxiliado por lentes tipo Fresnel, lentes concentradores del haz de luz, espejos, reflectores y difusores.

Ausencias
Cabe destacar que en México aún no existe ninguna normatividad que regule el uso de la luz natural en los espacios arquitectónicos o establezca criterios para su utilización y aprovechamiento. La única norma que hace referencia a esta temática es el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, el cual en sus normas técnicas complementarias establece que el área de las ventanas para iluminar de forma natural no deberá ser inferior al 17.5 por ciento del espacio total.

La ausencia de una norma en esta materia, afirma el especialista, representa un hueco legal y es un indicador de la falta de interés por el tema en cuanto a su aprovechamiento y uso eficiente.

“El uso la luz natural en los espacios puede y debe abordarse bajo un enfoque tecnológico científico. Esto ofrece la posibilidad de establecer metodologías que se basen en aspectos perfectamente objetivos y cuantificables, tal como lo sería cualquier otro aspecto de la edificación. Si dejamos al buen criterio y la sensibilidad de los diseñadores y constructores cuestiones tan importantes como la estructura y las instalaciones de un edificio, en ese sentido, ¿por qué no hacemos lo mismo con la luz?”, finaliza el arquitecto Valeriano Flores.
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