La luz del cielo en el diseño de edificios

La mayor parte del año, los cielos están libres de nubes, despejados y con niveles de iluminación muy elevados / Pixabay

La caracterización de los cielos, una información clave para diseñar edificios eficientes

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El Grupo de Investigación Solar and Winf Feasibility Technologies (SWIFT) de la Universidad de Burgos ha realizado uno de los pocos estudios disponibles en el mundo sobre la caracterización de los cielos, una información de vital relevancia, por ejemplo, a la hora de diseñar edificios eficientes energéticamente.

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El estudio se ha fundamentado en la recogida y el tratamiento de los datos de iluminación y radiación mediante un equipo especial que se denomina sky-scanner

CGP El trabajo, centrado en la ciudad de Burgos y publicado en la revista ‘Solar Energy’, apunta que menos del 25% de los días los cielos se corresponden con una categoría de cielos cubiertos, en los que la luz natural es escasa, y estos días se dan fundamentalmente en invierno. La mayor parte del año, los cielos están libres de nubes, despejados y con niveles de iluminación muy elevados. De los 15 tipos de cielo que establece CIE -la autoridad internacional en luz, iluminación y color -, el más habitual en Burgos, es un cielo sin nubes y con un sol brillante, en el 20% de los casos.

“Burgos dispone de días claros y soleados la mayor parte del año. Y esto es una buena noticia, puesto que la disponibilidad de luz natural es elevada y tenemos grandes posibilidades para integrarla en nuestros edificios para mejorar la eficiencia de los mismos”, explican a DiCYT las investigadoras de la UBU Montserrat Díez-Mediavilla y Cristina Alonso-Tristán, coautoras del trabajo.

El estudio se ha fundamentado en la recogida y el tratamiento de los datos de iluminación y radiación mediante un equipo especial que se denomina sky-scanner. Se trata de un equipo que dispone de sensores para medir estas dos magnitudes y que va realizando un barrido por toda la cúpula del cielo, dividida en 145 sectores. El barrido completo tarda cuatro minutos y los investigadores lo programaron para hacer un barrido cada 15 minutos. Después, con los datos obtenidos establecieron el promedio horario.

Imagen del Sky-Scanner ubicado en la terraza de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Burgos/Suárez-García et al. 2018

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“El procedimiento de caracterización del tipo de cielo que aparece cada hora se basa en un tratamiento estadístico que ajusta los datos de iluminación medidos en cada sector a los estimados por el modelo CIE en cada caso”, señalan las investigadores, quienes añaden que el siguiente paso será intentar extender este estudio desde Burgos al resto de Castilla y León. Aunque para ello será fundamental desarrollar otros procedimientos que no impliquen la utilización del sky-scanner, “que es un equipo muy caro y que precisa un mantenimiento complejo” advierten.

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¿Por qué es importante medir la iluminancia?

Como detallan Díez-Mediavilla y Alonso-Tristán, la iluminancia –la energía lumínica por unidad de superficie disponible en un determinado lugar, ponderada según la sensibilidad del ojo-, no es un dato que se mida habitualmente en las estaciones meteorológicas. La caracterización de los cielos es una de las formas de calcular este dato. En el año 2003, CIE adopta una clasificación de 15 tipos estándar de cielo que cubren todo el espectro probable de los cielos en el mundo. Así, cielos estándar de la misma categoría tendrían idéntico valor de resplandor y distribuciones de luminancia. Una vez identificados los cielos, la iluminancia solar en las superficies de interés, tales como las fachadas de un edificio o sus interiores, se obtiene mediante expresiones matemáticas simples.

Valores de los 145 sectores de iluminancia (azules) e irradiancia (rojos) recogidos por el Sky-Scanner en uno de los barridos realizados cada 15 minutos/Suárez-García et al. 2018

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Esta información es muy relevante ya que el consumo de energía para iluminación puede suponer hasta el 40 por ciento en el sector de la edificación y la utilización de la luz natural de manera eficiente es una forma muy efectiva de ahorro energético.

Los arquitectos e ingenieros precisan de información cuantitativa de los niveles de iluminación y radiación solar para diseñar edificios eficientes

Los arquitectos e ingenieros precisan de información cuantitativa de los niveles de iluminación y radiación solar para diseñar edificios eficientes. El punto de partida para un diseño de iluminación natural es el conocimiento de la disponibilidad de luz exterior, tanto en sus niveles como en sus periodos de duración, de acuerdo a las horas del día y las estaciones.

Por ello, la medida y la caracterización de la radiación solar para aplicaciones energéticas es una de las líneas de investigación tradicionales del Grupo. “En nuestro grupo tratamos de desarrollar tecnologías para el aprovechamiento de las energías renovables. Y además es una forma muy inteligente de iluminarnos, puesto que está científicamente demostrado que la luz natural mejora el confort visual, y el bienestar físico y mental de los ocupantes del edificio”, subrayan las científicas.

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Referencia bibliográfica: 
Suárez-García, A., Granados-López, D., González-Peña, D., Díez-Mediavilla, M., & Alonso-Tristán, C. (2018). Seasonal caracterization of CIE standard sky types above Burgos, northwestern Spain. Solar Energy, 169, 24-33.

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