El desafío de llevar la iluminación natural que entra por las ventanas hacia el interior del edificio conservando su calidad, puede lograrse reflejando la luz en el techo. En edificios de una sola planta, las aceras, calzadas y patios de tonos claros pueden reflejar una cantidad significativa de luz en el techo. En edificios de varias alturas, algunos elementos constructivos pueden utilizarse para reflejar luz al interior. Los alféizares de dimensiones amplias pueden resultar bastante efectivos, pero son una fuente potencial de deslumbramiento.
Este problema se puede solucionar si se sitúa una pantalla reflectora horizontal por encima de la altura de la vista. Si el acristalamiento se mantiene por debajo de la pantalla, será fundamentalmente para permitir las vistas. La pantalla funciona como un alero que evita la entrada directa de luz solar, y con ella la aparición de intensas manchas de luz. También reduce el deslumbramiento al bloquear la visión directa del cielo a través de la ventana baja. El deslumbramiento de la ventana superior puede controlarse mediante lamas o prolongando la pantalla hacia el interior.
Las pantallas horizontales no sólo mejoran la calidad de la luz natural, sino que aumentan la profundidad de penetración de la iluminación natural en el espacio interior. Deben ser mucho más profundas en las ventanas al este y oeste que al norte, y no se necesitan en absoluto en las ventanas al sur. Cada orientación precisa un diseño diferente de ventana.
Una de las estrategias más efectivas para reflejar la luz en el techo es la persiana veneciana interior, o un sistema similar de lamas en el exterior.
Las venecianas exteriores son más efectivas que las interiores para evitar la ganancia térmica, y añaden textura a la fachada. El principal inconveniente de la persiana veneciana, la acumulación de suciedad puede evitarse si se coloca entre dos hojas de vidrio. Los sistemas dinámicos, como las persianas venecianas, son mucho más efectivos que los estáticos, porque pueden responder mejor a las condiciones variables de la luz natural y la solar.
En todos los casos, el techo debería funcionar como reflector, pero los mecanismos que reflejan la luz hacia el techo podrían tener un acabado especular para maximizar la profundidad de la penetración de la luz solar.
Un inconveniente de los reflectores especulares es que suelen producir manchas de luz solar excesivamente brillantes en el techo. Los reflectores especulares curvados minimizan este problema al difundir la luz sobre un área mayor de techo. Por otra parte, los reflectores mates crean una distribución de luz homogénea y son mucho menos sensibles a los ángulos solares.
Materiales para acristalamiento de huecos
Escoger un vidrio adecuado es crucial. El vidrio transparente puede ser de distintos tipos: claro, tintado, absorbente de calor, reflectante y de baja emisividad. Los tintados, absorbentes de calor y reflectantes resultan en general poco apropiados para la captación de luz natural, porque reducen la transmisión. A veces se utilizan para controlar el deslumbramiento producido por contrastes de claridad excesivos entre ventanas y muros.
No es apropiado utilizar el mismo vidrio en todas las orientaciones. Su elección debe ajustarse a la orientación, la tipología y clima. También hay que evitar los vidrios oscuros, porque pueden crear una atmósfera sombría y reducir la productividad.
La mayor parte de los bloques de vidrio (o pavés) son poco útiles en iluminación natural porque proporcionan poco control sobre la dirección o la calidad de la luz. Además, eliminan las vistas y tienen un pobre comportamiento térmico. Sin embargo, existen bloques especiales con prismas que refractan la luz hacia el techo para aumentar su penetración en el interior.
El vidrio traslúcido con transmisión de luz muy elevada y superficie reducida no suele ser adecuado para el acristalamiento de ventanas porque se convierte en fuente de brillo excesivo cuando la luz solar incide sobre él. Como difunde la luz equitativamente en todas direcciones, no ayuda mucho a mejorar el gradiente de iluminación a través de la habitación. Y además no permite ver.
Los materiales traslúcidos con baja transmisión de luz pueden emplearse en grandes superficies acristaladas, creando una fuente extensa de baja claridad que proporcionará una significativa cantidad de luz sin deslumbramiento.
Iluminación cenital
La principal ventaja este tipo de iluminación es su potencial para iluminar con calidad y cantidad. Sin embargo, presenta también serios inconvenientes. No es una estrategia que funcione en edificios de muchas plantas y, como no satisface las necesidades de vistas y de orientación, debería suplementar, más que sustituir, a las ventanas. Como los lucernarios horizontales se comportan de forma diferente a los verticales y las linternas, se tratarán por separado.
Estrategias para lucernarios horizontales y claraboyas
Las claraboyas y lucernarios horizontales en general se abren a una gran zona de cielo sin obstrucciones, por lo que transmiten niveles de iluminación muy elevados. Como los rayos de luz solar directa no son deseables en las tareas visuales difíciles, la luz del sol que penetra debe difundirse de alguna manera. En las claraboyas, a diferencia de las ventanas, el acristalamiento traslúcido puede ser apropiado, ya que no hay vistas, y el deslumbramiento directo puede evitarse en gran medida. El problema fundamental de las claraboyas es que recogen mucha más luz y calor en verano que en invierno, justamente lo contrario de lo que se necesita. Por ello, siempre que sea posible, es mejor utilizar lucernarios verticales.
A continuación, se enumeran las normas básicas para la colocación de claraboyas:
Distribuir regularmente las claraboyas para conseguir una iluminación uniforme. Si hay ventanas, las claraboyas pueden colocarse más lejos del perímetro.
Abocinar los huecos para incrementar el tamaño aparente de la claraboya. Esta solución proporciona además una mejor distribución de la luz y un menor deslumbramiento.
Colocar la claraboya en la zona más alta de la cubierta. Así permitirá que la luz se difunda antes de alcanzar el suelo. Se evita en gran parte el deslumbramiento directo, porque la alta claridad de la claraboya se sitúa en el límite o más allá del campo de visión del observador.
Colocar los lucernarios horizontales y las claraboyas cerca de los muros. Este muro luminoso hará que el espacio parezca más amplio y agradable. Hay que evitar la incidencia de luz solar directa en la parte baja de los muros.
Utilizar reflectores interiores para difundir la luz solar. Una claraboya puede suministrar luz uniforme y difusa si se suspende un reflector bajo el hueco para dirigir la luz hacia el techo.
Utilizar pantallas y reflectores exteriores para mejorar el equilibrio verano/invierno. Apantallar la claraboya frente al sol de verano y utilizar reflectores para aumentar la captación del sol en invierno. Los mecanismos móviles pueden ser más efectivos.
Controles de calidad. Algunos espacios, como aulas de audiovisuales, necesitan controlar el nivel de iluminación natural. Las claraboyas pueden equiparse con lamas reguladas mediante fotosensores que mantienen el nivel de iluminación constante.
Situar las claraboyas en un plano inclinado para mejorar el equilibrio verano/invierno. Las claraboyas inclinadas hacia el norte o sur suministrarán luz más uniforme a lo largo de todo el año. Cuando se aumenta la inclinación, las claraboyas se transforman en linternas o lucernarios verticales descritos en la sección siguiente.
Utilizar la luz solar para conseguir iluminación efectista. En vestíbulos, salas de espera y otros espacios sin tareas visuales críticas, utilizar la luz solar y las manchas de sol para dar interés al espacio. Las manchas de luz solar que discurren lentamente a través de las superficies pueden crear efectos espectaculares y manifestar el paso del tiempo. Para minimizar el recalentamiento estival, utilizar lucernarios pequeños. Si son grandes, equiparlos con vidrio reflectante, tramas impresas o células fotovoltaicas para reducir la entrada de sol.
Lucernarios verticales y linternas.
Los lucernarios verticales y las linternas son áreas elevadas sobre la cubierta para proporcionar luz al espacio interior. A diferencia de los primeros, las linternas generalmente están abiertas a más de una orientación y son practicables. Estos mecanismos han sido utilizados en arquitectura durante más de 4.000 años para suministrar luz natural a la zona central de grandes espacios. Las salas hipóstilas egipcias tenían columnas de mayor altura en el centro para elevar la cubierta, creando una linterna de iluminación y ventilación.
El acristalamiento vertical o casi vertical de los lucernarios está más cercano por sus características a las ventanas que a las claraboyas.
Otra ventaja de los lucernarios verticales es la naturaleza difusa de la luz, debida a que gran parte de la luz entrante se refleja en el techo. Como la luz puede difundirse fácilmente una vez en el interior, el acristalamiento puede ser transparente. El inconveniente principal de cualquier hueco vertical es que se ve menos cielo que en un hueco horizontal, por lo que recoge menos luz. Como sucede con las claraboyas, el deslumbramiento directo y los reflejos molestos pueden ser importantes. A continuación, se describen algunas de las estrategias más comunes para lucernarios verticales y linternas.
Orientación. Diseñar los huecos con cuidado para evitar problemas de luz solar directa. En climas extremadamente cálidos carentes de invierno, son preferibles los lucernarios verticales orientados al norte, mientras que en climas cálidos con inviernos cortos, podría funcionar mejor una combinación de huecos al norte y sur.
Cubierta reflectante. Utilizar una cubierta blanca de alta reflectancia para reflejar más luz hacia el lucernario. En el interior la luz debe ser difundida mediante pantallas o bien reflejada en un techo blanco de alta reflectancia.
Reflejar la luz en los paramentos interiores. Los paramentos pueden actuar como difusores extensos de baja claridad. Una pared bien iluminada parecerá alejarse, haciendo que el espacio parezca mayor. Además, puede evitarse completamente el deslumbramiento por visión directa del cielo.
Pantallas difusoras. Evitan la incidencia de la luz solar en las superficies de trabajo, distribuyen más uniformemente la luz sobre éstas, y eliminan el deslumbramiento del lucernario. La distancia entre pantallas debe calcularse para evitar la entrada de luz solar directa y el deslumbramiento en el campo de visión por encima de los 45°. Las pantallas deberían tener un acabado mate muy reflectante o ser altamente traslúcidas.
Controles cuantitativos. En espacios que requieran ajuste del nivel de iluminación natural, pueden emplearse venecianas, estores o cortinas.
Técnicas especiales en iluminación natural
A continuación se define una serie de estrategias útiles para problemas especiales de iluminación:
Patios de luces. Resultan más eficaces cuando aumenta la relación entre anchura y profundidad porque se reduce el número de reflexiones, absorbiéndose menos luz. Si las paredes del patio fueran muy reflectantes, se transmitiría más luz, o bien el patio podría hacerse más estrecho para la misma transmisión de luz.
Con las superficies especulares actuales muy reflectantes, que absorben tan sólo un 2% en cada reflexión, es posible transmitir luz a distancias de una planta con patios de pequeñas dimensiones.
Sistemas prismáticos. Muy utilizados a principios del siglo XX, su empleo se está recuperando actualmente. Uno de los principales desafíos en la iluminación natural ha sido siempre la necesidad de obtener luz de calidad en las zonas alejadas de las fachadas. Los prismas de cristal o plástico pueden situarse en la parte superior de las ventanas para refractar la luz hacia el techo, de forma similar a las pantallas reflectoras horizontales y a los bloques de vidrio prismáticos comentados anteriormente.
Suelos de vidrio. En el siglo XIX se utilizaron con frecuencia los bloques de vidrio para permitir que la luz llegara a los sótanos. En algunas de las zonas comerciales más antiguas de Nueva York, aún se puede caminar sobre aceras con bloques de vidrio embebidos que han resistido un siglo entero de camiones aparcados sobre ellas. Aunque los bloques de vidrio vuelven a utilizarse por razones formales, siguen siendo un medio magnífico para llevar la luz de una planta a la siguiente.
Debido a la naturaleza frágil del vidrio, los bloques tenían que ser pequeños para que el fallo de una unidad no produjera un fallo general grave. Actualmente, el vidrio laminar puede alcanzar el mismo objetivo.
Como el vidrio se ha convertido en un material de comportamiento predecible, los ingenieros pueden calcular el grosor y el número de láminas a partir de las dimensiones de la pieza de pavimento y de su carga. Los suelos de vidrio formados por bloques o placas proporcionan una poderosa herramienta para transmitir la iluminación natural hasta los pisos inferiores.
Iluminación artificial como complemento de la iluminación natural
Aunque un edificio se diseñe para poder iluminarse completamente con luz natural, se requiere además un sistema de iluminación artificial para utilizarlo con mal tiempo y durante la noche. El edificio iluminado con luz natural puede ahorrar gran cantidad de energía únicamente si las luminarias se apagan cuando hay disponible suficiente luz natural. Aunque podemos confiar el encendido de la luz a los usuarios, pocos la apagarán cuando ya no sea necesaria. Esto es comprensible porque mantener la iluminación eléctrica cuando hay luz natural, duplicando por tanto la iluminación requerida, no es sólo visualmente aceptable, sino que apenas se nota, ya que el ojo se adapta fácilmente a los niveles de iluminación elevados.
En consecuencia, es necesario utilizar controles automáticos si se quiere ahorrar electricidad con la iluminación natural. Dichos controles consisten en una fotocélula instalada en el techo de la zona de trabajo y un panel de control tipo interruptor o regulador.
El primero es más económico, mientras que el segundo ahorra más energía y es menos perturbador para los usuarios. Para sacar provecho a estos controles automáticos, las luminarias deben disponerse de forma que complementen la luz natural disponible.
La iluminación fluorescente es la mejor opción para el encendido y regulación. Las lámparas pueden regularse hasta el 15% de su flujo luminoso sin cambios de color, y pueden encenderse y apagarse casi instantáneamente.
Como la mayor parte de las fuentes de descarga de alta intensidad (halogenuros metálicos y sodio de alta presión) cambian de color al regularse y tienen un largo tiempo de reencendido (de 5 a 10 minutos), no son tan adecuadas para las estrategias de encendido/apagado y regulación.
Los usuarios no sólo dejan las luces encendidas cuando hay luz natural más que suficiente, sino también cuando no hay nadie en la habitación.
Los sensores de ocupación son una solución muy rentable a este problema.
Estos sensores utilizan tanto radiación infrarroja como vibraciones ultrasónicas para detectar la presencia de personas.
La iluminación natural debería cubrir la parte ambiental de un sistema de iluminación para áreas de trabajo.
La iluminación ambiental es normalmente un tercio de la iluminación de tarea recomendada. La iluminación artificial de tarea controlable por el usuario proporciona así el control necesario para obtener luz abundante de alta calidad para el trabajo.
Conclusión
Como Louis Kahn sugería en la cita inicial, la iluminación natural da sentido y riqueza a la arquitectura.
La gente quiere y necesita luz natural por razones psicológicas, espirituales y fisiológicas. Aunque proyectar con ella es más difícil que con luz artificial, tiene importantes consecuencias estéticas para el interior y el exterior de los edificios. Las diversas estrategias de iluminación natural, tales como las pantallas reflectoras horizontales y lucernarios verticales, transforman la apariencia de los edificios. La iluminación natural permite a los arquitectos justificar económicamente elementos visuales adicionales que enriquecen el proyecto.
El medio ambiente también se enriquece. La iluminación natural reduce el consumo de energías no renovables y la polución vertida al medio ambiente, convirtiéndose en una importante estrategia en el esfuerzo por reducir el calentamiento global.