Tabla de contenido
- ¿Cómo funciona el aprovechamiento de la luz natural?
- 1. Establezca un objetivo de iluminancia para el espacio.
- 2. Medir una señal que represente la zona de luz diurna.
- 3. Ajustar la intensidad de la luz eléctrica.
- 4. Responder a los cambios a un ritmo adecuado.
- Un ejemplo de aprovechamiento de la luz natural utilizando 500 lux.
- Detección de luz natural en bucle abierto y bucle cerrado
- Tipos de soluciones de iluminación para el aprovechamiento de la luz natural
- ¿Dónde funciona mejor el aprovechamiento de la luz natural?
- Cómo diseñar y poner en marcha un sistema de aprovechamiento de la luz natural
- ¿Cuánta energía se puede ahorrar aprovechando la luz natural?
- Preguntas frecuentes
Las soluciones de iluminación que aprovechan la luz natural utilizan sensores de luz y controles automáticos para ajustar la iluminación eléctrica según la cantidad de luz diurna disponible. Cuando la luz natural que entra por ventanas, tragaluces u otras aberturas proporciona parte de la iluminación necesaria para un espacio, el sistema reduce la potencia de las luminarias que iluminan esa área. Cuando la luz natural disminuye, las luminarias aumentan su potencia. Un sistema correctamente configurado puede reducir el consumo de energía para la iluminación diurna, manteniendo al mismo tiempo la iluminación necesaria para las tareas que realizan las personas.
Un controlador de aprovechamiento de la luz natural utiliza un sensor de luz para atenuar las luminarias, sobre todo en la Zona 1, cerca de la ventana, con una salida de luz progresivamente mayor en las Zonas 2 y 3.
El ajuste se realiza por zonas de iluminación . En una oficina con ventanas en una pared, la fila de luces más cercana a las ventanas puede atenuarse considerablemente a media mañana. Una segunda fila puede atenuarse solo ligeramente, mientras que las luminarias más alejadas mantienen su intensidad normal. El mismo principio de respuesta a la luz natural se aplica a un aula con ventanas altas o a un almacén con tragaluces, pero la ubicación y el tamaño de las zonas serán diferentes.
¿Cómo funciona el aprovechamiento de la luz natural?
Un sistema de aprovechamiento de la luz natural consta de tres partes funcionales. Un fotosensor detecta la luz, un controlador decide cómo debe responder la iluminación y un controlador o relé modifica la potencia de la luminaria. Estas funciones pueden estar integradas en una misma luminaria o distribuidas en dispositivos independientes que dan servicio a una habitación o zona.
1. Establezca un objetivo de iluminancia para el espacio.
El diseño de iluminación determina la cantidad de luz que debe llegar a la superficie donde se realiza una tarea. Dicha superficie, denominada plano de trabajo , puede ser un escritorio, un banco de trabajo o el suelo de una zona de circulación. Algunas aplicaciones también requieren mediciones en una superficie vertical, como la pizarra de un aula o un expositor comercial.
La iluminancia se mide en lux , donde un lux equivale a un lumen por metro cuadrado. La potencia lumínica de una luminaria, expresada en lúmenes, describe la cantidad de luz visible que emite. La iluminancia en el plano de trabajo también depende de cómo la luminaria distribuye la luz, dónde está instalada y cómo la reflejan las superficies cercanas.
2. Medir una señal que represente la zona de luz diurna.
Un fotosensor mide la luz dentro de su campo de visión. Según el diseño, puede apuntar hacia una abertura que permite la entrada de luz natural o detectar la luz reflejada por las superficies dentro del espacio. Un sensor montado en el techo suele percibir un nivel de luz diferente al medido en un escritorio situado debajo. Durante la puesta en marcha, las lecturas en el plano de trabajo ayudan a determinar cómo debe traducirse la señal del sensor en una respuesta de control.
El sistema de control determina la «dependencia» para cada luminaria. La dependencia relaciona la iluminancia de luz natural medida en el fotosensor, predice la iluminancia de luz natural en el lugar de trabajo y luego determina el nivel de atenuación deseado para la luminaria. El funcionamiento real de la atenuación de luz natural dependiente del tiempo se basa entonces en la configuración de dependencia para cada luminaria y la señal del fotosensor. McNeil, A., Kohler, C., Lee, ES, & Selkowitz, SE (2014). High Performance Building Mockup in FLEXLAB . Lawrence Berkeley National Laboratory, Report LBNL-1005151, § 4.2.
3. Ajustar la intensidad de la luz eléctrica.
Los fotosensores y los sensores de movimiento PIR envían señales a un controlador de aprovechamiento de la luz natural, que atenúa las luminarias o las enciende y apaga.
El controlador interpreta la señal del sensor según la configuración de la zona. Puede reducir gradualmente la potencia del controlador, seleccionar un nivel de potencia preestablecido o apagar la iluminación cuando la luz natural sea suficiente y la secuencia configurada lo permita. Cuando la zona necesita más luz eléctrica, el controlador aumenta la potencia o vuelve a encender las luminarias.
4. Responder a los cambios a un ritmo adecuado.
Las nubes que se mueven rápidamente, las sombras breves y los reflejos pueden provocar picos o caídas repentinas en las lecturas de los sensores. Las tasas de atenuación y los retardos configurables ayudan al sistema a responder a cambios sostenidos sin que las luces se muevan visiblemente ante cada fluctuación. Los controles de conmutación pueden usar diferentes umbrales para encender y apagar, una técnica llamada histéresis , para reducir la conmutación repetida cerca de un umbral.
Un ejemplo de aprovechamiento de la luz natural utilizando 500 lux.
Supongamos que un escritorio de oficina tiene un objetivo de diseño de 500 lux . La tabla muestra cuánta luz eléctrica se necesitaría en ese escritorio bajo diferentes condiciones de luz natural.
| La luz del día llega al escritorio | Se necesita iluminación eléctrica | Iluminancia combinada |
|---|---|---|
| 50 lux | 450 lux | 500 lux |
| 200 lux | 300 lux | 500 lux |
| 380 lux | 120 lux | 500 lux |
| 530 lux | 0 lux si el apagado total está activado. | 530 lux |
Estas cifras describen la luz que llega al escritorio . El controlador determina la orden de atenuación correspondiente según la respuesta del sistema instalado. En el último caso, una zona configurada para mantener una potencia mínima puede seguir suministrando luz eléctrica. Si la luz solar directa resulta incómoda en el escritorio, se pueden utilizar persianas, cortinas o cristales para controlar la luz natural y el deslumbramiento.
Detección de luz natural en bucle abierto y bucle cerrado
La elección entre la detección en bucle abierto y en bucle cerrado depende de lo que el fotosensor pueda observar y de la precisión con la que sus lecturas reflejen las condiciones en el área controlada.
Ambos sistemas tienen como objetivo 500 lux. El control de bucle abierto mide la luz natural que entra por la ventana, y el control de bucle cerrado mide la luz natural más la luz eléctrica en el escritorio.
| Método de detección | Lo que mide el sensor | Lo que importa en la práctica |
|---|---|---|
| Bucle abierto | Luz natural proveniente de una ventana, tragaluz o posición exterior donde las luminarias controladas tengan poca influencia en la lectura. | El controlador utiliza una relación calibrada entre la señal de luz natural y la luz prevista en el plano de trabajo. Compruebe que esta relación se mantiene en condiciones normales de sombra y luz natural. |
| Circuito cerrado | Una combinación de luz natural y luz eléctrica en el área controlada, que generalmente se percibe como luz reflejada en las superficies de la habitación. | El controlador recibe información a medida que cambia la salida de la luminaria. Apunte el sensor hacia una parte representativa de la zona y compruebe cómo los muebles, los reflejos y las luminarias cercanas afectan a su lectura. |
Un sensor de bucle abierto funciona bien cuando la luz natural entra por una abertura constante y la luz que capta es representativa del área controlada. Un sensor de bucle cerrado proporciona información más precisa sobre un área de trabajo cuando su posición y calibración son adecuadas. Por ejemplo, un sensor que detecta un rayo de sol brillante en el suelo puede atenuar las luces cercanas mientras que los escritorios necesitan más luz. Cambiar el campo de visión del sensor o dividir el espacio en zonas más pequeñas puede solucionar el problema.
Tipos de soluciones de iluminación para el aprovechamiento de la luz natural
El control de salida y la arquitectura del sistema son decisiones de diseño independientes. Un controlador de sala único puede proporcionar atenuación continua, y un sistema en red más grande puede incluir zonas de atenuación y de conmutación.
| Estrategia de salida | Cómo funciona | Dónde encaja |
|---|---|---|
| Interruptor de encendido/apagado | Un relé conmuta una luminaria o un grupo de ellas según los umbrales de luz y los retardos configurados. | Zonas donde la luz natural proporciona regularmente suficiente iluminación para la tarea y es apropiado el encendido y apagado completo. |
| Atenuación gradual | Las luminarias se mueven entre niveles de salida preestablecidos, como máximo, intermedio y bajo. Un método similar conmuta bancos de luminarias independientes para lograr varios niveles. | Espacios donde se aceptan cambios discretos. Al cambiar de grupo de luminarias, compruebe que las restantes sigan proporcionando una distribución de luz adecuada. |
| Atenuación continua | El controlador ajusta los drivers compatibles en todo su rango de atenuación admitido. | Oficinas, aulas y otros espacios de uso regular donde los cambios graduales ayudan a mantener condiciones de trabajo estables. |
Para la atenuación continua, especifique por separado la salida estable más baja y el comportamiento de apagado total . Un controlador puede admitir la atenuación de bajo nivel y aun así requerir una función de conmutación independiente para apagar completamente la luminaria. Verifique que las luminarias instaladas se atenúen de forma suave y uniforme a los niveles que utilizará el sistema.
Para una habitación pequeña, un controlador local o una luminaria con fotosensor integrado puede proporcionar el control necesario. En proyectos de mayor envergadura, se pueden agrupar las luminarias por habitación, exposición a la luz natural o distancia a una abertura. Un sistema direccionable, ya sea cableado o inalámbrico, permite configurar las luminarias individualmente y agruparlas mediante software. Un sistema de iluminación IoT gestionado centralmente también puede mostrar con qué frecuencia se atenúan las diferentes zonas, lo que ayuda a los equipos de mantenimiento a identificar las áreas que mantienen la máxima intensidad lumínica durante todo el día.
¿Dónde funciona mejor el aprovechamiento de la luz natural?
Las mejores opciones son aquellas que cuentan con luz natural útil en el área de trabajo durante las horas en que normalmente se encenderían las luces eléctricas . Una habitación con grandes ventanales puede tener un ahorro limitado si las persianas permanecen cerradas, los edificios cercanos bloquean la luz natural o el espacio se utiliza principalmente después del anochecer. Verifique la entrada de luz natural en las áreas de trabajo y bajo las sombras que las personas suelen usar.
| Espacio | Patrón de luz diurna | Prioridad de diseño |
|---|---|---|
| Oficinas perimetrales | La luz suele disminuir con la distancia a las ventanas y varía según la orientación de la fachada. | Permita que las luminarias del lado de la ventana tengan control independiente. Evalúe una segunda zona donde la luz natural útil llegue a una mayor parte del plano de la planta. |
| aulas | Los escritorios situados cerca de las ventanas reciben mucha más luz natural que los que están al otro lado de la habitación. | Verifique las lecturas en varios pupitres de estudiantes y tenga en cuenta las necesidades de iluminación específicas de las superficies de enseñanza. |
| almacenes con tragaluces | Las claraboyas pueden iluminar áreas amplias, mientras que las estanterías altas crean sombras localizadas. | Agrupe las luminarias según la distribución de la luz natural a nivel de pasillo y de superficie de trabajo. Compruebe las condiciones con la disposición habitual de los racks. |
| espacios comerciales | Los ventanales pueden iluminar la zona de ventas, mientras que los escaparates aún dependen de la iluminación eléctrica de acento. | Identifique qué iluminación general se puede atenuar y evalúe la iluminación de los escaparates en función de su propia iluminancia vertical y los requisitos de comercialización. |
Una zona de luz natural debe reflejar las condiciones a las que sirven las luminarias. Dos filas situadas a la misma distancia de una ventana pueden requerir controles independientes si están orientadas en direcciones distintas o separadas por una pared alta. Por el contrario, una distribución de tragaluces con espaciado regular puede dar cabida a zonas más amplias donde las mediciones muestran un patrón de luz natural uniforme.
Cómo diseñar y poner en marcha un sistema de aprovechamiento de la luz natural
La puesta en marcha es donde un diseño de iluminación se convierte en un sistema operativo. Un fotosensor y luminarias regulables proporcionan el hardware. La asignación de zonas, la posición del sensor y los ajustes finales determinan si el sistema proporciona la iluminación deseada en el uso diario.
1. Mapee las zonas de luz natural. Identifique ventanas, tragaluces, obstáculos y superficies de trabajo. Utilice modelos de luz natural o mediciones in situ para determinar dónde la luz natural aporta una contribución significativa. Asigne las luminarias que dan servicio a esas áreas a los grupos de control adecuados.
2. Seleccione posiciones representativas para los sensores. Compruebe el campo de visión con respecto a tabiques, estanterías, acabados brillantes y las luminarias controladas. En el caso de un sensor de circuito cerrado, verifique que la luz que detecta varíe de forma que se corresponda con la luz que incide sobre la superficie de trabajo. En el caso de un sensor de circuito abierto, compruebe que la referencia de luz natural siga siendo útil en condiciones normales de sombreado.
Un luxómetro mide la iluminancia cerca de la ventana, y las lecturas en varias superficies de trabajo ayudan a calibrar los controles de aprovechamiento de la luz natural para toda la zona.
3. Calibre con un medidor de luz. Tome lecturas en puntos representativos del plano de trabajo una vez colocados los acabados y el mobiliario principal. Verifique que la iluminación eléctrica instalada cumpla con el objetivo de diseño con poca o ninguna luz natural. Luego, compruebe la respuesta con luz natural y ajuste el punto de ajuste o la sensibilidad según sea necesario. Una sola lectura brillante junto a una ventana proporciona información limitada sobre el resto de la zona.
4. Pruebe todo el rango de funcionamiento. Verifique la atenuación a medida que aumenta la luz natural y su recuperación a medida que disminuye. Si la secuencia incluye un apagado total, verifique cuándo ocurre y cómo se restablecen las luminarias. Recorra las zonas adyacentes durante las pruebas para detectar cambios no deseados en los grupos de luminarias. Revise las tasas de atenuación y los retrasos en condiciones que puedan producir cambios rápidos.
5. Registre la configuración y las lecturas finales. Conserve el mapa de zonas, la ubicación de los sensores, las lecturas objetivo, la salida mínima, los umbrales de conmutación y los tiempos de respuesta junto con los registros del proyecto. Si durante la remodelación de un local se modifican las particiones o la distribución del espacio de trabajo, estos registros proporcionan al equipo de mantenimiento un punto de partida para la recalibración.
Cuando el rendimiento es deficiente, el síntoma puede ayudar a localizar el problema. Las luces que se atenúan demasiado pueden indicar que el sensor detecta una superficie inusualmente brillante. Las luces que permanecen brillantes a plena luz del día pueden indicar un sensor obstruido, un punto de ajuste demasiado agresivo o un grupo de luminarias asignado incorrectamente. Los cambios repetidos cerca de un umbral requieren verificar el retardo, la separación entre umbrales y si el sensor detecta luz de las luminarias que se acaban de encender o apagar. Si la salida es inestable a un nivel de atenuación fijo, verifique la compatibilidad del controlador y el ajuste mínimo estable.
¿Cuánta energía se puede ahorrar aprovechando la luz natural?
Un metaanálisis de 2012 sobre sistemas de control de iluminación comercial estimó que las estrategias de aprovechamiento de la luz natural tenían un potencial de ahorro energético promedio del 28 % en los estudios revisados. Para un proyecto individual, el resultado depende de la proporción de la carga lumínica en zonas iluminadas con luz natural, la frecuencia de uso del espacio durante las horas de luz y la reducción máxima de la potencia de las luminarias sin que el espacio deje de cumplir con sus requisitos de iluminación.
Según este metaanálisis, las mejores estimaciones del potencial promedio de ahorro de energía en iluminación son del 24 % para la ocupación, del 28 % para la iluminación natural, del 31 % para el ajuste personal, del 36 % para el ajuste institucional y del 38 % para enfoques múltiples. Williams, A., Atkinson, B., Garbesi, K., Page, E., & Rubinstein, F. (2012). Lighting Controls in Commercial Buildings . LEUKOS , 8(3), 161–180.
La estimación de un proyecto comienza con una línea base que proporciona un servicio de iluminación comparable. Al evaluar el efecto de añadir únicamente el control de luz natural, utilice las mismas luminarias y horas de funcionamiento. Mida la potencia de entrada o utilice datos de medición validados. El porcentaje de atenuación describe el ajuste de control, y el consumo eléctrico correspondiente depende del controlador y la luminaria.
Por ejemplo, supongamos que una zona consume 0,80 kW en condiciones de funcionamiento normales y un promedio de 0,48 kW con aprovechamiento de la luz natural durante cinco horas diurnas comparables por día laborable. Si estas condiciones se aplican durante 250 días laborables, el ahorro anual estimado para esa zona es:
(0,80 kW − 0,48 kW) × 5 horas × 250 días = 400 kWh por año
Para obtener una estimación global del edificio, calcule el ahorro para cada zona durante periodos representativos y súmelos. Las mediciones de una semana soleada y una semana nublada pueden mostrar resultados diferentes, y el uso de sombra o los cambios estacionales pueden alterar el promedio. Para calcular el retorno de la inversión del proyecto, aplique la tarifa eléctrica correspondiente al ahorro estimado y tenga en cuenta los costos de equipo, instalación y puesta en marcha.
Preguntas frecuentes
1. ¿Se puede incorporar el aprovechamiento de la luz natural a un sistema de iluminación LED ya existente?
Sí. Comience por comprobar si las luminarias existentes admiten atenuación y qué interfaz de control aceptan sus controladores. Si las luminarias compatibles cerca de las ventanas comparten un circuito con las ubicadas más al fondo de la habitación, los controles direccionables o una agrupación modificada pueden proporcionar control independiente a las luces cercanas a las ventanas. Si el equipo instalado solo admite salida fija, la modernización puede requerir controladores compatibles, luminarias de reemplazo o conmutación, siempre que esta estrategia sea adecuada y esté permitida.
2. ¿Pueden funcionar conjuntamente el aprovechamiento de la luz natural y los sensores de presencia?
Sí. Los fotosensores y los sensores de movimiento proporcionan diferentes señales al controlador, y un solo dispositivo puede integrar ambas. En una sala de reuniones, la secuencia de detección de ausencia puede apagar las luces cuando todos se marchan. Cuando alguien regresa y enciende las luces, la secuencia de luz natural puede limitar la intensidad luminosa al nivel necesario para la sala. La secuencia de control del proyecto determina cómo interactúan las configuraciones de encendido automático, encendido manual y detección de ausencia.
3. ¿En qué se diferencia el aprovechamiento de la luz natural de la iluminación crepuscular?
Las bombillas con sensor crepuscular utilizan un umbral de luz ambiental para determinar cuándo comienza y termina la iluminación nocturna. Un edificio puede emplear ambos sistemas. Por ejemplo, un estacionamiento abierto puede atenuar las luminarias cercanas a sus aberturas durante el día, mientras que las luces exteriores de las paredes utilizan el sistema de encendido automático al anochecer para la iluminación nocturna.
4. ¿El aprovechamiento de la luz natural es un requisito de los códigos de eficiencia energética de los edificios?
Puede ser obligatorio en espacios que cumplan con los requisitos. En Estados Unidos, por ejemplo, la Sección C405.2.4 del Código Internacional de Conservación de Energía de 2024 aborda los controles que responden a la luz natural para la iluminación general en zonas que cumplen con los requisitos de luz natural, con algunas excepciones. La edición adoptada por la jurisdicción del proyecto y cualquier modificación local determinan las definiciones de zona, las funciones de control y los requisitos de verificación aplicables.
5. ¿Es posible aprovechar la luz natural con iluminación blanca regulable?
Sí, cuando las luminarias y los controles permiten el ajuste independiente de la intensidad lumínica y la temperatura de color correlacionada (CCT). El control de luz diurna puede gestionar la intensidad mientras que una programación o escena selecciona una apariencia más cálida o fría. Durante la puesta en marcha, compruebe la iluminancia del plano de trabajo con la configuración de color que se utilizará en el espacio. Algunas luminarias de luz blanca regulable emiten diferentes cantidades de luz según la intensidad de sus canales LED cálidos y fríos.
