Estudio de sistemas pasivos para la iluminación natural del aula taller del edificio CREAS en Pozuelo de Alarcón

Abstract

La iluminación natural en el diseño y la construcción de edificios juega un papel fundamental, como la frase célebre del arquitecto estadounidense Louis Kahn lo expresa, “una habitación no es una habitación sin luz natural”. Con esto Khan nos quiere transmitir que la arquitectura no se puede concebir sin la comprensión de la luz solar, que no solo mejora la calidad de los espacios interiores, sino que también determina la percepción formal de los usuarios. En este estudio se analizará el edificio CREAS de Pozuelo de Alarcón. Este edificio fue escogido debido al compromiso que tiene la organización que lo habita con el medio ambiente y el diseño de punta del edificio en términos de sostenibilidad y eficiencia energética. Este estudio se concentrará en el diseño pasivo utilizado en para mejorar la calidad de luz natural en el interior de una de las aulas educativas llamada “Aula Taller”.
Esta aula fue analizada in situ durante un periodo de diez días, entre el 24 de febrero al 6 de marzo del 2017. Nueve sensores de Iluminancia (luxómetros), junto a nueve sensores de temperatura (termopares), fueron ubicados estratégicamente en el interior del aula, siguiendo la normativa UNE-EN ISO/IEC 17025:2017 y UNE-EN 12464-1:2012.
Con el uso de un programa informático de registro continuo, se registraron las condiciones del aula cada dos minutos y se simplificaron los datos sacando la media en periodos de tiempo de diez minutos. Con estos datos se analizó el comportamiento del edificio durante este periodo del año especifico. Se tuvo en cuenta para el desarrollo de este estudio la geometría solar, la hora del día, la fecha, las condiciones de nubosidad, condiciones topográficas y geológicas del edificio. Después de analizar las condiciones reales del edificio, se pasó a crear un modelo informático utilizando los programas VELUX y Sketchup, con los que se realizó una validación comparando los datos obtenidos in situ y los datos otorgados por los programas ya mencionados. Se utilizo el factor de luz diurna DF, por sus siglas en inglés, Daylight Factor, con el fin de comparar los resultados en términos de porcentaje para la validación. También se utilizaron los valores absolutos e índice de uniformidad de la iluminancia. Posterior a la validación se pasó a realizar una serie de modificaciones al diseño de la fachada utilizando nuevamente los programas Sketchup y VELUX para evaluar el comportamiento del edificio con diferentes diseños pasivos comúnmente utilizados en el mercado para el control de la luz natural. Igualmente se realizó un modelo sin ningún tipo de protección a modo de referencia con el fin de establecer comparaciones y cuantificar las mejoras.
Las condiciones originales del edificio muestran que las extensiones del techo y muros laterales como aleros, protegen el espacio interior del exceso de radiación. Durante el verano el sol alcanza un ángulo de incidencia de 70º y durante el verano de 27º. Estos aleros protectores no permiten la incidencia directa del sol en el interior durante el periodo entre el equinoccio de primavera, pasando por el verano, hasta el equinoccio de otoño. Esto principalmente con el fin de evitar un sobrecalentamiento en los momentos más calurosos de año. Durante el periodo de invierno cuando el ángulo solar es más bajo, los aleros permiten incidencia directa del sol buscando un efecto contrario a los días de verano, es decir, calentar el interior del edificio. Cuando el modelo con el diseño original es comparado con el modelo en el cual no se utiliza ningún tipo de protección, se puede apreciar lo que un diseño riguroso utilizando técnicas simples puede lograr. Se observa como el modelo donde no se utiliza ningún tipo de protección la sobre exposición a la luz diurna genera deslumbramiento y se encuentra una muy baja uniformidad en la repartición de la luz en el interior, que afecta la experiencia del usuario. Se recomienda utilizar protecciones solares para mejorar las condiciones de ambientes interiores, principalmente en países como España donde el exceso de radiación puede generar incomodidades a los usuarios. Un diseño pasivo bien logrado puede disminuir el consumo energético en términos de iluminación artificial o completamente eliminarlo en edificios de uso únicamente diurno. La metodología expuesta en este trabajo puede ser utilizada en cualquier hemisferio del planeta para tener una mejor comprensión de la influencia solar en proyectos constructivos. De esta forma se pueden tomar decisiones mejor informadas en etapa de diseño y así mejorar la eficiencia energética del edificio.---ABSTRACT---Natural lighting in building design and construction plays a fundamental roll, as stated by Louis Kahn, “a room is not a room without natural light”. In this phrase, the brilliant architect is telling us that architecture cannot be conceived without the understanding of the sun as a natural source of light, which not only will bring quality to an interior space, but will also influence its formal perception of the user. For this study, the CREAS building located in Pozuelo de Alarcon was chosen. The educational building was selected given its commitment with the environment, the organisation that inhabits its facilities, and also because of the state of the art design it holds in terms of sustainability and energy efficiency of the building itself. This study will focus on the passive design used to improve natural lighting inside one of the classrooms, called “Aula Taller” which is used for educational purposes.
This classroom has been analyzed, in site, during the period between the 25th of February and the 6th of march of 2017. Nine illuminance (lux) sensors and nine thermocouples where placed strategically in accordance with the regulations dictated by UNE-EN ISO/IEC17025:2005. With the use of a continuous recording software, the conditions of the room were recorded every 2 minutes. With this data, a medium for every 10 minutes was calculated. Using this data, the behavior of the room was analysed during this period of the year. The solar angle, the time of the day, the cloudy conditions of the sky, topographical and geological situation of the building, and other criteria, were all considered for the development of this study. After gathering and analyzing the real behavior of the building, a 3D model was created. This model was validated first, using the data gathered in site and the results from the software Velux, which is considered the most appropriate for this study. For comparison purposes the daylight factor was used as a ratio for lighting levels. Subsequently, from the validation, a series of modifications were made to the original design of the building to evaluate how the building would react to different passive deigns or to a conventional form, where no protection for natural lighting was applied.
The original conditions of the building show how the extension of the roof and lateral walls of the building protect the interior spaces from the excess of radiation which can produce overheating. During the summer, the sun reaches in altitude of 70º and in the winter 26º. The extension of the roof protects the interior of the building from receiving direct light around the March equinox that allows the building to gain energy during the period of winter when the sun is closer to the horizon, and allows the building to maintain lower temperatures during the summer. When compared to the modified versions of the building evaluated with a software, we can appreciate better the design implemented in the original building. For example, the solar protections are eliminated from the design, this results in an overexposure of radiation towards the interior, producing additional heat and glare which affects the users’ environment. The building studied proves that a rigours design, using scientific data, can improve the behavior of the building. The techniques used in the design of the building, even though conventional and commonly used, and because calculations were made with precision, the building has an exceptional behavior in its environment. It is recommended to use outdoor protections, specially in a country like Spain where the excess of radiation can affect significantly the interiors temperature and glare. This technique can be easily applied in countries with tropical climates, where these technics are vaguely studied and therefore could produce big changes in energy consumption, more specifically when cooling and illuminating