Comparación exhaustiva de la luz natural y las fuentes de luz eléctrica | Lectura obligatoria para profesionales de la iluminación
Knoop, M., Stefani, O., Bueno, B., et al. (2020). Daylight: What makes the difference? Lighting Research & Technology, 52(3), 423-442.
La luz natural es la combinación holística de las características luminosas de la luz solar procedente de la radiación solar directa y de la luz del cielo procedente de la radiación solar difusa (Figura 1). A diferencia de la iluminación eléctrica, la luz natural es altamente dinámica, cambiando dentro y entre días, a lo largo del año y con las condiciones meteorológicas en intensidad, color, difusividad y dirección. La iluminación natural se refiere a la iluminación de espacios interiores mediante luz natural suministrada a través de aberturas en la envolvente del edificio.
Este artículo surgió de las discusiones entre los autores en un seminario celebrado en Berlín en junio de 2018 y no pretende ser un artículo de revisión exhaustivo. El propósito del seminario fue reflejar una discusión interdisciplinaria sobre los diversos aspectos científicos, técnicos y creativos de las diferencias entre la luz natural y la luz eléctrica. Como primer paso, esta visión general debería proporcionar una base para discusiones e investigaciones más específicas.
Numerosos estudios basados en encuestas han demostrado que la luz natural se prefiere a la iluminación eléctrica en la mayoría de los entornos[1-5]. Boyce et al [6] afirman que ‘No hay duda de que las personas prefieren la luz natural a la iluminación eléctrica como su fuente principal de iluminación’ y proporcionan una visión general de la literatura que muestra que altos porcentajes de los encuestados prefieren trabajar con luz natural. La mayoría de los estudios se realizaron en latitudes alrededor de los 50°N [2,3,7]; un estudio en los trópicos indica que la mayoría de los ocupantes también prefieren trabajar bajo luz natural [8].
Muchas revisiones documentan la importancia de la luz diurna para la salud, el bienestar y la sostenibilidad, así como sus consecuencias para la arquitectura [5-13]. Veitch y Galasiu [11] resumen: 'Las revisiones [5,14] concluyeron que la mayoría de los empleados desean ventanas e iluminación natural y que estas contribuyen a la salud y al bienestar’. Aquí mostramos que las características específicas y los beneficios relacionados de la luz diurna, resumidos en la Tabla 1, que producen esta reacción humana van más allá de las preferencias subjetivas por la luz natural, como discute Haans [15].
Muchos artículos de revisión documentan la importancia de la luz diurna para la salud, el bienestar y la sostenibilidad, y su impacto en la arquitectura. Veitch y Galasiu resumen: “La mayoría de los empleados en espacios de oficina desean ventanas e iluminación natural, las cuales contribuyen positivamente a la salud y el bienestar”. Este artículo señala además que las características específicas de la luz diurna y sus beneficios (resumidos en la Tabla 1) van más allá de las preferencias subjetivas de las personas por la luz natural, como discute Haans.
Tabla 1 Características de la luz diurna y la iluminación eléctrica
Subyacentes a la preferencia humana por la luz diurna hay experiencias que trascienden los estímulos físicos inmediatos, a menudo orquestadas por su naturaleza para entrelazarse con conocimientos relacionados con el contexto. El sol ha sido adorado en muchas culturas, y generalmente se considera que la luz solar y las cualidades de las sombras y la oscuridad son una fuente de experiencia espiritual y estética, así como de salud y bienestar.
La razón subyacente de la preferencia de las personas por la luz diurna son las experiencias que trascienden los estímulos físicos inmediatos, que a menudo están entrelazadas con conocimientos relacionados con el contexto. El sol es adorado en muchas culturas, y la luz solar y las cualidades de las sombras y la oscuridad se consideran generalmente fuentes de experiencia espiritual y estética, así como de salud y bienestar.
A diferencia de la luz natural, la iluminación eléctrica es una fuente de luz artificial controlable asociada con los avances en ciencia y tecnología que es más fácil tanto de estudiar como de diseñar para lograr resultados específicos. Por el contrario, la luz natural como fuente natural es más difícil de controlar y las dinámicas diarias, estacionales y anuales de la luz natural producen diferentes resultados en diferentes ubicaciones, modificados adicionalmente por las condiciones climáticas. Debido a estas diferencias geográficas, el aprovechamiento de luz natural adecuado puede variar desde la exposición al sol y a la luz del cielo hasta la exclusión completa de la luz solar de los edificios.
A diferencia de la luz natural, Fuente de luz eléctrica es una fuente de luz artificial controlable, un producto de la ciencia y la tecnología, más fácil de estudiar, diseñar e implementar para lograr resultados específicos. En contraste, Aprovechamiento de luz natural como un producto natural es más difícil de controlar, y sus cambios dinámicos diarios, estacionales y anuales producen resultados diferentes en diferentes ubicaciones, afectados adicionalmente por las condiciones climáticas. Debido a estas diferencias geográficas, el Aprovechamiento de luz natural apropiado varía mucho: desde la exposición a la luz solar y del cielo, hasta bloquear completamente la luz solar directa.
Además, el uso de aberturas de luz natural en la envolvente del edificio depende de la función del espacio interior, así como de los requisitos de los ocupantes en cuanto a privacidad, vistas, protección contra el deslumbramiento y gestión de la ganancia de calor solar. Las personas también responden de manera diferente a la luz natural, como se revisa, por ejemplo, por Pierson et al [16]. Una construcción compleja de preferencias y características individuales, fisiológicas, culturales, geográficas y estacionales subyace al deseo de luz natural, y la posterior respuesta humana, así como los beneficios ambientales y monetarios.
Además, el uso de aberturas de luz natural en la envolvente del edificio depende de la función del espacio interior, así como de los requisitos de los ocupantes en cuanto a privacidad, vistas, protección contra el Deslumbramiento y gestión de la ganancia de calor solar. Las respuestas individuales al Aprovechamiento de luz natural también varían, como revisó Pierson et al. Las razones detrás del deseo y la respuesta de las personas al Aprovechamiento de luz natural son complejas: integran preferencias y características individuales, fisiológicas, culturales, geográficas y estacionales, así como beneficios ambientales y económicos.
2. Rendimiento visual
La visión es el sentido más desarrollado en los humanos y, por lo tanto, nuestra especie depende significativamente del suministro de luz de calidad adecuada. El rendimiento visual, definido como la velocidad y precisión del procesamiento de la información visual, está influenciado por las condiciones de iluminación [17]. La luz natural es una fuente de luz muy buena para apoyar el rendimiento visual. Es una fuente de luz sin parpadeo con una distribución de potencia espectral continua que cubre todo el rango visible (Figura 2).
La visión es el sentido más desarrollado en los humanos, por lo que dependemos significativamente de luz de calidad adecuada. El rendimiento visual se define como la velocidad y precisión del procesamiento de la información visual, y está influenciado por las condiciones de iluminación. La luz natural es una excelente fuente de luz que apoya el rendimiento visual; es una fuente de luz sin parpadeo con una distribución de potencia de espectro continuo que cubre todo el rango del espectro visible (Figura 2).
Las altas iluminancias (Figura 3) permiten discriminar detalles finos, apoyando la agudeza visual. El deslumbramiento debe controlarse tanto en la luz natural como en la eléctrica. La distribución de potencia espectral de la luz natural ofrece una reproducción cromática óptima y permite una mejor discriminación del color que la mayoría de las iluminaciones eléctricas, mientras que la direccionalidad tanto de la luz natural como de la eléctrica puede producir sombras que realzan los detalles para tareas tridimensionales.
La alta iluminancia (Figura 3) apoya la agudeza visual al permitir la discriminación de detalles. El deslumbramiento tanto de la luz natural como de las fuentes de luz eléctrica debe ser controlado. La distribución de potencia espectral de la luz natural proporciona una reproducción cromática óptima y ofrece una mejor discriminación del color que la mayoría de las fuentes de luz eléctrica; la direccionalidad tanto de las fuentes de luz natural como eléctrica puede producir sombras que realzan los detalles, ayudando en las tareas visuales tridimensionales.
3. Buena vista
La falta de exposición a la luz diurna parece estar relacionada con el desarrollo de miopía o vista corta. La miopía es el trastorno visual más común que afecta a los jóvenes; ha alcanzado niveles epidémicos en Asia Oriental y está aumentando en otras partes. La miopía suele diagnosticarse por primera vez en niños en edad escolar. Estudios recientes han revivido la idea de que es el entorno en el que aprenden los niños lo que determina si desarrollan o no miopía [18]. Parece que los niños que realizan actividades al aire libre tienen niveles más bajos de miopía [19]. Por lo tanto, la exposición a la luz diurna en niveles significativamente más altos que los que se encuentran típicamente en interiores (Figura 3) puede ser importante para prevenir la miopía.
La falta de exposición a la luz natural parece estar relacionada con el desarrollo de la miopía. La miopía es el trastorno visual más común que afecta a los jóvenes; ha alcanzado niveles epidémicos en Asia Oriental y está aumentando en otras partes. La miopía suele diagnosticarse por primera vez en niños en edad escolar. Estudios recientes han revivido la visión de que es el entorno físico de aprendizaje el que determina si se vuelven miopes (Nota de iLLab: Durante mucho tiempo, el ámbito académico creyó que la miopía era causada por el uso excesivo de los ojos, con poca relación con el entorno.). Los niños con suficientes actividades al aire libre también tienen niveles más bajos de miopía. Por lo tanto, la exposición a la luz natural con niveles de iluminancia significativamente más altos que los niveles típicos de interior (Figura 3) puede desempeñar un papel importante en la prevención de la miopía.
Los mecanismos biológicos precisos a través de los cuales estar al aire libre puede proteger la vista de los niños aún no se comprenden completamente. Las hipótesis son que (i) la luz brillante estimula la liberación del neurotransmisor retiniano dopamina, que inhibe el crecimiento axial del ojo que causa la miopía; (ii) dado que los ritmos circadianos en el ojo afectan el crecimiento ocular, la alteración de dichos ritmos por bajos niveles de luz también se ha propuesto como un factor de desarrollo [20] y (iii) existe un componente geográfico y estacional, ya que tanto el alargamiento del ojo como la progresión de la miopía aumentan a medida que acorta la duración del día [21]. El complejo efecto protector de la luz diurna puede depender de muchos aspectos interrelacionados, incluida la duración y el momento de la exposición a la luz diurna, la longitud de onda y la intensidad.
Los mecanismos biológicos precisos del efecto protector de la luz natural sobre la visión de los niños aún no están claros, pero existen tres hipótesis relacionadas: (i) La luz brillante puede estimular la liberación del neurotransmisor retiniano dopamina, inhibiendo así el crecimiento axial del ojo que conduce a la miopía; (ii) Dado que los ritmos circadianos en el ojo afectan el crecimiento del globo ocular, los bajos niveles de luz que alteran estos ritmos también se consideran un factor de desarrollo; (iii) Existen factores geográficos y estacionales, ya que tanto el alargamiento axial como la progresión de la miopía aumentan a medida que se acortan las horas de luz diurna. El complejo efecto protector de la luz natural puede depender de muchos aspectos interrelacionados, incluida la duración y el momento de la exposición a la luz natural, así como su longitud de onda e intensidad.
El trabajo excesivo de cerca también puede dañar la vista de los niños; aunque la evidencia al respecto es inconsistente, una revisión reciente sobre la prevención de la miopía realizada por Lagrèze y Schaeffel [22] informó que ‘Una persona con poca exposición a la luz natural tiene un riesgo cinco veces mayor de desarrollar miopía, que puede aumentar hasta 16 veces si esa persona también realiza trabajos de cerca’.
El trabajo excesivo de cerca (Nota de iLLab: tareas visuales) también puede dañar la vista de los niños; aunque la evidencia relevante es inconsistente, una revisión reciente sobre la prevención de la miopía por Lagrèze y Schaeffel informó: “Las personas con poca exposición a la luz natural tienen un riesgo de miopía cinco veces superior al promedio, y si también realizan tareas visuales de cerca, el riesgo puede ser hasta 16 veces mayor.”
El componente espectral de la exposición a la luz del día (Figura 2) puede afectar el rendimiento visual del color. Reimchen [23] demostró que las deficiencias de color son más comunes en las latitudes septentrionales, donde el crepúsculo ocupa una parte más significativa del día que en el ecuador, donde las deficiencias de color son muy poco comunes. Un estudio sobre la percepción visual en individuos nacidos por debajo y por encima del Círculo Polar Ártico, en diferentes estaciones, indicó que una reducción de la luz diurna y un aumento de la exposición al crepúsculo y a la iluminación eléctrica durante la infancia cambiaron la sensibilidad al color; los participantes nacidos en otoño por encima del Círculo Polar Ártico mostraron el rendimiento general de color más bajo [24].
El componente espectral de la luz natural (Figura 2) puede afectar la eficacia visual en términos de color. La investigación de Reimchen indica que los defectos de la visión del color son más comunes en las latitudes septentrionales y raros en las regiones ecuatoriales. En comparación con las regiones ecuatoriales, el crepúsculo ocupa una porción más larga del día en las latitudes septentrionales. Un estudio sobre la percepción visual en individuos nacidos cerca del Círculo Polar Ártico en diferentes estaciones mostró que la reducción de la exposición a la luz natural y el aumento de la exposición al crepúsculo y a las fuentes de luz eléctrica durante la infancia alteran la sensibilidad de la visión del color; los bebés nacidos en otoño y que viven fuera del Círculo Polar Ártico tuvieron la menor eficacia de la visión del color.
4. Arrastre circadiano
Una iluminación bien sincronizada puede ajustar el sistema de ritmo circadiano, lo cual es importante para afectar positivamente la calidad del sueño, la salud, el estado de ánimo y las capacidades cognitivas de una persona [25]. La luz natural, debido a sus variaciones temporales en la distribución espectral de potencia y la intensidad (Figura 4), es la señal temporal natural (‘zeitgeber’) para la sincronización del sistema de ritmo circadiano y el ciclo sueño-vigilia. El amanecer y el atardecer son señales importantes para el ajuste, siendo esenciales los altos niveles de luz durante el día seguidos de oscuridad por la noche para un sueño óptimo.
La entrada de luz al sistema de ritmo circadiano ocurre a través de células ganglionares retinales intrínsecamente fotosensibles (ipRGC), particularmente sensibles al componente de luz ‘azul’ de onda corta. Descubiertas en 2002 [26,27], estas células están conectadas al reloj circadiano y otras partes del cerebro, afectando principalmente funciones no visuales [28]. Para apoyar la funcionalidad circadiana, es importante la exposición a luz brillante y de onda corta durante el día, junto con la evitación de la luz durante la noche. Un estudio en la región antártica mostró una mejor calidad del sueño del personal de la base durante el período del año con luz natural, con sus niveles de luz generalmente más altos, en comparación con la calidad del sueño durante el invierno polar con solo iluminación eléctrica. Al comparar las condiciones de iluminación eléctrica, la luz enriquecida en azul (17.000 K) fue más eficiente que la luz blanca brillante (5000 K) para apoyar buenos ciclos de sueño-vigilia [29]. En interiores, la menor exposición a la luz solar durante el día junto con la exposición a la luz eléctrica después del atardecer puede retrasar el tiempo del reloj circadiano, lo que lleva a dificultades para conciliar el sueño por la noche y problemas para levantarse a tiempo por la mañana.
El efecto de la luz sobre el sistema del ritmo circadiano se logra principalmente a través de las células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC), que son particularmente sensibles a los componentes de "luz azul" de onda corta. Estas células fueron descubiertas en 2002; se conectan al reloj biológico y otras regiones del cerebro, influyendo principalmente en funciones no visuales. Para mantener el ritmo circadiano, se necesita luz brillante rica en longitudes de onda cortas durante el día, mientras que se debe evitar la exposición a la luz por la noche. Un estudio realizado en la Antártida mostró que el personal de la base tenía mejor calidad de sueño durante los períodos con luz natural (niveles de luz más altos) y peor calidad de sueño durante la noche polar (solo fuentes de luz eléctrica). Al comparar las condiciones de fuentes de luz eléctrica, la luz rica en luz azul (17.000 K) apoyaba un ciclo sueño-vigilia bueno de manera más efectiva que la luz blanca brillante (5000 K). En entornos interiores, la reducción de la exposición a la luz solar durante el día, combinada con el uso de fuentes de luz eléctrica después del atardecer, puede retrasar la fase del ritmo circadiano, lo que provoca dificultades para conciliar el sueño por la noche y despertarse por la mañana.
La exposición exclusiva a la luz del día sincroniza el sistema del ritmo circadiano con la hora solar [30,31]. Roenneberg y Merrow [32] propusieron tratar y prevenir el desajuste circadiano mediante ‘el fortalecimiento de los entornos lumínicos (más luz durante el día y menos luz durante la noche). Esto requiere aprovechar los cambios dinámicos en la composición espectral y aplicar soluciones arquitectónicas para introducir más luz diurna en los edificios’. Proporcionar artificialmente la dinámica temporal de alta amplitud de la luz diurna mediante iluminación eléctrica requiere un consumo significativo de energía. Se asume que la luz diurna es la fuente de luz mejor y más adecuada para la sincronización circadiana, aunque faltan pruebas de investigación concluyentes al respecto.
La exposición a luz natural pura puede sincronizar el sistema del ritmo circadiano con la hora solar. Roenneberg y Merrow propusieron tratar y prevenir los trastornos del ritmo circadiano mediante “el fortalecimiento del entorno lumínico” (más luz durante el día, menos luz por la noche). Esto requiere utilizar los cambios dinámicos en la composición del espectro y adoptar soluciones de diseño arquitectónico para introducir más luz natural en los edificios. Proporcionar una dinámica de alta amplitud similar a la luz natural mediante iluminación artificial requiere un alto consumo de energía. La premisa predeterminada aquí es que la luz natural (iLLab: significa toda la luz natural, incluidos los períodos diurnos y nocturnos, incluyendo Zhuge Liang y Zhuge An) es la fuente de luz perfecta para la regulación del ritmo circadiano, pero falta evidencia clara de investigación.
Las señales del amanecer y el atardecer son los sincronizadores más potentes, no requieren luz de alta intensidad sino un patrón de cambio diurno con la salida y la puesta del sol. Dependen del día del año y de la latitud. Los estudios de simulación han mostrado un avance de fase rápido con un único pulso de amanecer [33], y la exposición al amanecer y al atardecer naturales reposiciona inmediatamente el sueño dentro de la noche [31]. En comparación con la iluminación estática, la iluminación dinámica que simula un amanecer natural mediante un cambio de temperatura de color (de 1090 K a 2750 K) y de iluminancia en el ojo (0–250 lx) dio lugar a un mejor estado de ánimo subjetivo y bienestar [34], un mejor rendimiento cognitivo [35] y podría ser un protector potencial de la vulnerabilidad cardíaca en las horas críticas de la mañana [36]. La iluminación dinámica que incluía condiciones de iluminación y temperaturas de color más bajas por la mañana y por la tarde resultó en una producción significativamente mayor de melatonina 1 hora antes de acostarse en comparación con la luz estática [37].
Las señales del amanecer y el atardecer son los sincronizadores más potentes, no requiriendo luz de alta intensidad sino un patrón de cambio durante el ciclo diurno con la salida y la puesta del sol. Estas señales dependen del día del año y de la ubicación geográfica. Los estudios de simulación indican que un único pulso de amanecer puede avanzar rápidamente la fase del ritmo circadiano; la exposición al amanecer y al atardecer naturales puede restablecer inmediatamente el ciclo de sueño a la noche. En comparación con la iluminación estática, la iluminación dinámica que simula un amanecer natural (mediante cambios en la temperatura de color de 1090-2750 K y la iluminancia a nivel de los ojos de 0-250 lx) puede mejorar el estado de ánimo subjetivo y el bienestar, potenciar el rendimiento cognitivo y puede proteger contra la vulnerabilidad cardíaca durante las horas críticas de la mañana. La iluminación dinámica que proporciona baja iluminancia y baja temperatura de color por la mañana y por la tarde puede aumentar significativamente los niveles de secreción de melatonina una hora antes de acostarse en comparación con la iluminación estática.
La luz natural en el exterior proporciona inherentemente dinámicas temporales. Por lo tanto, la solución más sencilla para obtener suficiente estímulo del ritmo circadiano es salir al exterior. No obstante, las personas en la sociedad moderna e industrializada pasan hasta el 90 % de su tiempo en interiores [38–41]. En los edificios, la forma y la fachada, así como la elección del material de acristalamiento en las ventanas y el sistema de sombreado, modifican la intensidad, el color y la distribución de la luz natural en el interior. Las condiciones de iluminación natural disponibles para el ocupante de una habitación también dependen de su distancia a la ventana, la geometría de la habitación y las reflectancias de las superficies. Dependiendo del diseño de iluminación natural, la luz diurna interior a menudo puede proporcionar un estímulo y apoyo adecuados al sistema circadiano, manteniéndose así como la fuente de luz habitual para el soporte circadiano. Los trabajadores de oficina con acceso a ventanas han reportado mejor calidad de sueño que aquellos sin ventanas [42]. La calidad del sueño aumenta con una mayor disponibilidad de luz natural en verano [43], siendo la duración por encima de un umbral de 1000 lx o 2500 lx a la altura de los ojos un indicador de mejor calidad de sueño [44].
La luz natural exterior puede proporcionar cambios dinámicos temporales intrínsecos. Por lo tanto, la solución más sencilla para obtener estímulo lumínico circadiano es "salir al exterior". Sin embargo, en las sociedades industrializadas modernas, las personas pasan hasta el 90 % de su tiempo en interiores. El tipo de edificio, la fachada, los materiales de acristalamiento de las ventanas y los sistemas de sombreado modifican la intensidad, el color y la distribución de la luz natural que entra en el interior. Las condiciones de luz natural disponibles para los ocupantes de la habitación también dependen de su distancia a la ventana, la geometría de la habitación y la reflectancia de las superficies. Dependiendo del diseño de iluminación natural, la luz natural interior suele ser suficiente para impulsar y regular el ritmo circadiano, por lo que la iluminación interior ha servido siempre como fuente de luz común para mantener el ritmo circadiano (nota de iLLab: lo que significa que no se necesita realmente una iluminación adicional denominada "iluminación circadiana") . Los trabajadores en espacios de oficina con ventanas han reportado mejor calidad de sueño que aquellos sin ellas. Si la exposición a la luz que dura más de un cierto umbral de 1000 o 2500 lx (iluminancia a la altura de los ojos) se utiliza como indicador relacionado con la calidad del sueño, entonces la calidad del sueño mejora con el aumento de las horas diurnas en verano (nota de iLLab: este es también el principio detrás de la terapia de intervención con luz artificial para el trastorno afectivo estacional en regiones de alta latitud del norte de Europa durante el otoño y el invierno) .
Al comparar la luz diurna con las condiciones de iluminación eléctrica, Turner et al. [45] afirman: ‘La iluminancia residencial típica [en promedio 100 lux o menos, debido a la iluminación eléctrica] es demasiado baja para las necesidades del ritmo circadiano, incluso en adultos jóvenes. La exposición adecuadamente cronometrada a la luz solar u otras fuentes de luz brillante es vital para el bienestar mental y físico en todos los grupos de edad. […] En general, varias horas de al menos 2500 lux de exposición a la luz ponderada en azul (idealmente luz solar) comenzando temprano en la mañana benefician a la mayoría de las personas. La luz brillante mejora inmediata y directamente la cognición, el estado de alerta, el rendimiento y el estado de ánimo, por lo que los entornos brillantes durante todo el día proporcionan beneficios adicionales, especialmente para los adultos de mediana edad o mayores.’
Sobre la comparación entre la luz natural y las fuentes de luz eléctrica, Turner et al. afirman: “Los niveles típicos de iluminancia residencial (promedio de 100 lux o menos, de fuentes de luz eléctrica) son demasiado bajos para las necesidades del ritmo circadiano, incluso para los jóvenes (nota de iLLab: los adultos mayores requieren dosis más altas de luz). La exposición adecuadamente cronometrada a la luz solar u otras fuentes de luz brillante es crucial para la salud mental y física de las personas de todas las edades. […] En general, varias horas de exposición a la luz ponderada en azul por encima de 2500 lux (preferiblemente luz solar) comenzando desde temprano en la mañana es beneficiosa para la mayoría de las personas. La luz brillante puede mejorar inmediata y directamente la cognición, la excitación, el rendimiento y el estado de ánimo; por lo tanto, permanecer en un entorno brillante durante todo el día puede proporcionar beneficios adicionales, especialmente para las personas de mediana edad y mayores.”
5. Efectos agudos no formadores de imagen
Las respuestas del ritmo circadiano, como la regulación del horario de sueño, están relacionadas con las respuestas mediadas por la retina a la luz, mediadas por las ipRGC. Además, algunos efectos agudos, como la supresión de melatonina, el aumento de la frecuencia cardíaca o el estado de alerta, también pueden ser provocados por la luz a través de las ipRGC o una combinación de fotorreceptores [46]. Tanto la intensidad como la composición espectral de la luz desempeñan un papel en la inducción o evitación de estos efectos. La luz natural puede proporcionar niveles altos de iluminación. Sin embargo, la distribución de potencia espectral de la luz procedente de regiones específicas del cielo puede variar ampliamente [47]; en interiores, dado que la luz natural recibida depende de la orientación de una habitación, la temperatura de color de la luz puede ser considerablemente más fría que el blanco frío de 6500 K que se suele asumir. La distribución de potencia espectral relacionada y el componente de onda corta indican que la luz natural tiene un alto potencial para apoyar efectos agudos no formadores de imágenes (Figura 5).
Las respuestas del ritmo circadiano (como la regulación del horario de sueño) están relacionadas con las respuestas a la luz mediadas por la retina, que se logran principalmente a través de las ipRGC (células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles). Además, algunos efectos inmediatos (como la supresión de melatonina, el aumento de la frecuencia cardíaca o la mejora del estado de alerta) también pueden lograrse mediante la luz que actúa a través de las ipRGC o una combinación de múltiples fotorreceptores. La intensidad de la luz y el espectro desempeñan un papel importante en la inducción o evitación de estos efectos. La luz natural puede proporcionar la intensidad lumínica requerida, pero la distribución de potencia espectral de regiones específicas del cielo puede variar considerablemente; por lo tanto, debido a las diferentes orientaciones de las habitaciones, la temperatura de color de la iluminación natural interior puede ser más fría que el blanco frío de 6500 K comúnmente asumido. La distribución de potencia espectral relevante y los componentes de longitud de onda corta indican que la luz natural tiene un gran potencial para apoyar efectos inmediatos no formadores de imágenes (Figura 5).
Las investigaciones sobre estos efectos agudos no formadores de imagen de la luz se han realizado principalmente con iluminación eléctrica. Se ha demostrado, por ejemplo, que el rendimiento diurno autoinformado, el estado de alerta y la capacidad de concentración, así como la reducción de la somnolencia diurna, mejoran bajo una iluminación estática con alta temperatura de color correlacionada[48,49]. Smolders et al. [50] encontraron un aumento de la alerta subjetiva y la vitalidad, así como del rendimiento objetivo y la activación fisiológica, al ofrecer 1000 lx en lugar de 200 lx a la altura de los ojos por la mañana. Aunque los estudios relevantes con luz natural han sido limitados, se espera que la luz natural produzca muy eficazmente efectos agudos no formadores de imagen durante el día debido a la disponibilidad de altos niveles de luz junto con el pronunciado componente de longitud de onda corta en su espectro. Aunque se han desarrollado lámparas específicamente para apoyar el ritmo circadiano y los efectos agudos no formadores de imagen, la luz natural es la fuente de luz natural para apoyar estos efectos mientras incurre en poco o ningún consumo de energía.
En cuanto a estos efectos agudos no formadores de imagen, la mayoría de los estudios se basan en fuentes de luz eléctrica. Por ejemplo, dos estudios basados en iluminación artificial estática indicaron que una alta temperatura de color puede mejorar el rendimiento laboral diurno autoinformado, el estado de alerta, la somnolencia y los niveles de concentración. Smolders et al. encontraron que cuando la iluminancia a la altura de los ojos se aumentó de 200 lx a 1000 lx por la mañana, aumentaron la alerta subjetiva y la vitalidad de los sujetos, mientras que el rendimiento objetivo y la activación fisiológica también mejoraron. Aunque hay pocos estudios sobre efectos agudos no formadores de imagen basados en luz natural, se espera que la luz natural desempeñe un papel importante en este aspecto debido a su capacidad para proporcionar altos niveles de iluminancia y componentes espectrales de longitud de onda corta durante el día. Aunque actualmente existen productos de fuentes de luz eléctrica desarrollados específicamente para el ritmo circadiano y los efectos agudos no formadores de imagen, la luz natural sigue siendo la fuente de luz natural que puede apoyar estos efectos con un consumo de energía cero o casi cero.
6. Apariencia de la habitación, los objetos y las personas
Las múltiples características de la luz natural (tanto la luz solar como la luz del cielo) afectan la apariencia de la habitación, los objetos y las personas, proporcionando una atmósfera percibida específica que puede influir en el estado emocional de los ocupantes. No hay investigación concluyente sobre el impacto de los cambios dinámicos de direccionalidad y difusividad debido a las variaciones de la luz solar y la luz del cielo que entran en los entornos construidos. Sin embargo, los usuarios de un espacio son sensibles a la intensidad, dirección y difusividad de la luz en un espacio [51].
Las múltiples características de la luz natural (incluida la luz solar y la luz del cielo) afectan la apariencia de las habitaciones, los objetos y el cuerpo humano, creando una atmósfera percibida específica que influye en el estado emocional de los ocupantes. Actualmente no existen investigaciones concluyentes sobre los efectos causados por los cambios dinámicos en la direccionalidad y la difusividad de la luz solar y la luz del cielo en el entorno construido. Sin embargo, las personas son muy sensibles a la intensidad, direccionalidad y difusividad de la luz en el espacio.
Los sistemas de iluminación eléctrica suelen proporcionar luz desde varios puntos distribuidos en un espacio, lo que genera rayos de luz de diversas intensidades y direcciones que crean sombras superpuestas que pueden percibirse como ruido visual. Por el contrario, la luz natural entra a través de una ventana o una claraboya, que tiene una dirección principal hacia el interior de la habitación desde la abertura en la envolvente del edificio. Esto crea claridad visual que puede proporcionar una impresión de serenidad del espacio. La distribución espacial de la luz también afecta la apariencia de la habitación, así como la representación percibida de los objetos y los rostros humanos. Se ha demostrado que la apariencia de los rostros de las personas sentadas cerca de la ventana, iluminadas lateralmente por la luz natural, se etiqueta con atributos positivos, y los altos contrastes de luminancia no se perciben como perturbadores [52].
Los sistemas de fuentes de luz eléctrica generalmente proporcionan luz a través de múltiples puntos distribuidos en el espacio, con intensidades y direcciones variables, formando sombras superpuestas que pueden percibirse como ruido visual. En contraste, la luz natural entra en la habitación a través de ventanas o claraboyas, proyectando luz con una dirección principal desde las aberturas en la envolvente del edificio hacia el interior. Esta luz crea claridad visual, otorgando así una sensación de tranquilidad al espacio. La distribución espacial de la luz también afecta la apariencia de la habitación, así como la presentación visual de los objetos y los rostros humanos. Los estudios han demostrado que los rostros de las personas cerca de las ventanas, iluminados lateralmente por la luz natural, se atribuyen con cualidades positivas, y este alto contraste de luminancia no causa molestias (Nota de iLLab: el término del dialecto de Sichuan-Chongqing "naohuo" es más preciso).
Debido al tamaño de una ventana, las sombras suelen ser ‘suaves’, lo que se considera apropiado para un buen modelado [53]. Además, la luz lateral, o un ‘flujo’ lateral de luz, parece ser preferido en la percepción de rostros humanos y objetos; la luz natural a través de las ventanas es eficaz para lograr tales distribuciones espaciales de luz (Figura 6)[54–56].
Debido al mayor tamaño de las ventanas, las sombras resultantes suelen ser ‘suaves’, lo que se considera adecuado para un buen modelado. Además, la luz lateral o el ‘flujo’ de luz parece ser más favorecido al percibir rostros humanos y objetos, y la luz natural a través de las ventanas puede lograr eficazmente este tipo de distribución espacial de la luz (Figura 6).
La investigación bajo condiciones de iluminación eléctrica mostró que el brillo de las superficies de la habitación, preferiblemente superior a 30–40 cd/m² en una banda horizontal de 20° por encima y por debajo de la línea de visión, aporta ligereza visual y atractivo a las oficinas [57–60]. También es importante para la percepción de amplitud la cantidad de luz [61,62], siendo la iluminación orientada a las paredes sola o combinada con un nivel bajo de iluminación superior aparentemente beneficiosa para la sensación de amplitud [61,63]. Un estudio a escala real (Figura 7) de una serie de atributos de calidad del espacio mostró que altos niveles de luz natural procedentes de grandes ventanas son cruciales para lograr un espacio más agradable, estimulante, complejo, legible, coherente y abierto [64].
Los estudios realizados bajo condiciones de fuente de luz eléctrica indican que la luminancia de las superficies de la habitación (preferiblemente superior a 30–40 cd/m² dentro de una banda horizontal de 20° por encima y por debajo de la línea de visión) puede aportar una sensación de ligereza visual y atractivo a las oficinas. La cantidad de iluminancia también es importante para la percepción del espacio; la iluminación orientada a las paredes sola, o combinada con iluminación superior de bajo nivel, parece beneficiosa para la sensación de amplitud (nota iLLab: sensación de amplitud). Un estudio a escala real sobre atributos de calidad espacial (Figura 7) indica que la alta iluminancia de la luz natural a través de grandes ventanas es crucial para crear un espacio más agradable, estimulante, complejo, coherente y claramente legible.
La luz solar directa afecta la apariencia de la habitación con una mancha de luz, así como sombras claramente definidas producidas por haces paralelos de luz solar. Aunque la mancha de luz se considera un estímulo visual, la investigación sugiere que una penetración adecuada de la luz solar puede inducir relajación [65]. Se encontró que la penetración de la luz solar tiene un efecto positivo en la satisfacción laboral y el bienestar general [66]. Una encuesta social en cuatro tipos diferentes de edificios realizada por Ne’eman et al. [67] mostró que el sol tiene ‘una propiedad única no física que induce el bienestar psicológico’.
Un estudio utilizó un cielo artificial para imitar la luz diurna de un cielo despejado con sombras definidas (de tono azul), una mancha de luz solar (que produce una relación de luminancia entre las áreas iluminadas por el sol y las sombreadas, como se encuentra al aire libre), así como una fuente de luz brillante vista a través de la ventana (con el tamaño percibido apropiado del sol) [68,69]. Los resultados indicaron que estas características de iluminación tuvieron un efecto positivo en la percepción de la apariencia de la habitación y en el estado de ánimo, los niveles de estrés y ansiedad de los participantes. La luz solar que incide directamente sobre el ocupante o que se refleja en una superficie puede causar incomodidad visual y/o térmica. Esta incomodidad está relacionada con el uso de persianas [70], lo que bloqueará (parte de) la luz solar directa y la luz del cielo que entra en el edificio.
Aunque la mayoría de las investigaciones sobre la apariencia del espacio y de los objetos se han realizado utilizando iluminación eléctrica controlada, los resultados son aplicables a las condiciones de luz diurna. La investigación incluida en esta sección se ha realizado principalmente en climas templados e indica que la iluminación espacial realizada por la luz diurna favorece una buena percepción de la apariencia de la habitación y de los objetos. La luz solar directa parece mejorar la atmósfera percibida de la habitación y el estado emocional del usuario, cuando se mantiene el confort visual y térmico. Las consideraciones de diseño de fachadas para mantener el confort en regiones tropicales afectarán las condiciones de luz diurna interior. Tanto la apariencia resultante de la habitación y los objetos, como la prevalencia de condiciones soleadas podrían dar lugar a diferentes respuestas posteriores de los ocupantes.
Aunque la mayoría de los estudios sobre la apariencia de espacios y objetos se basan en fuentes de luz eléctrica, estos resultados también se aplican a las condiciones de luz natural. La mayoría de los estudios incluidos en esta sección se realizaron en regiones templadas, por lo que los resultados indican que la distribución espacial de la luz lograda por la luz natural es favorable para formar una buena percepción de la apariencia de la habitación y los objetos. Cuando el confort visual y el confort térmico no se ven comprometidos, la luz solar directa parece reforzar la percepción del ambiente espacial y el estado emocional de los usuarios. Para las regiones tropicales, la principal consideración en el diseño de fachadas es garantizar el confort, lo que afectará las condiciones de luz natural en interiores. La apariencia resultante de la habitación y los objetos, así como la probabilidad de días soleados, puede llevar a diferentes reacciones de los usuarios (nota de iLLab: en comparación con las regiones templadas) .
La distribución específica de potencia espectral y la luminosidad de la luz natural también pueden afectar el confort físico humano. El confort físico es la sensación de bienestar, cuando las condiciones térmicas y de iluminación de un entorno se experimentan como agradables y se asocian con la satisfacción. La luminosidad y el fuerte componente infrarrojo de la luz natural (Figura 2) pueden ser atractivos, pero pueden causar incomodidad visual y térmica. No obstante, las entrevistas en estudios de campo mostraron que los ocupantes pueden estar satisfechos con la luz natural aunque a veces experimenten incomodidad visual [71].
La penetración de la luz solar calienta una habitación. Además, las ventanas son una fuente de transferencia de calor desde y hacia el exterior. Las diferencias entre las zonas templadas y los extremos de las regiones polares o ecuatoriales suelen reflejarse en las soluciones arquitectónicas, ya que el enfoque de diseño debe ser diferente para proporcionar condiciones ambientales interiores cómodas [72].
El malestar térmico debido a temperaturas altas o bajas activa, respectivamente, el enfriamiento biológico (por ejemplo, sudoración) o el calentamiento (por ejemplo, escalofríos). El malestar también puede surgir de la asimetría térmica entre las temperaturas de las superficies internas frías de las ventanas y las de las paredes más cálidas [73]. Un estudio de campo realizado por Chinazzo et al. [74] indica que la satisfacción con la temperatura de la habitación se ve afectada por las condiciones de iluminación, con una menor satisfacción bajo niveles de iluminación más bajos. Esto podría sugerir una mayor tolerancia al malestar térmico en situaciones con luz natural, como propusieron anteriormente Veitch y Galasiu [11].
El malestar visual, que se refiere al ‘malestar o dolor en o alrededor de los ojos’ (según Boyce y Wilkins [75]), puede tener varias causas, incluido el deslumbramiento y el parpadeo de la fuente de luz. El deslumbramiento puede afectar al rendimiento visual, pero incluso el deslumbramiento que no necesariamente dificulta ver objetos puede provocar fatiga. La investigación sobre el deslumbramiento molesto debido a altas luminancias o contraste de luminancia procedente de la luz natural o la iluminación eléctrica indica una mayor tolerancia cuando el deslumbramiento molesto leve proviene de la luz natural [76,77] y/o una diversidad de requisitos individuales para el confort visual con luz natural [78] en comparación con las fuentes de luz eléctrica con la misma luminancia. Se sugiere que la cultura y el clima influyen en el deslumbramiento percibido de la luz natural [79]. El parpadeo puede causar dolores de cabeza, fatiga visual o convulsiones, y reducir el rendimiento visual [80]. La iluminación eléctrica puede ser una fuente de parpadeo, mientras que la luz natural está libre de parpadeo.
Hay muchos desencadenantes de la incomodidad visual (definida por Boyce y Wilkins como "malestar o dolor en o alrededor de los ojos"), incluido el deslumbramiento y el parpadeo de las fuentes de luz. El deslumbramiento puede afectar al rendimiento visual; algunos tipos de deslumbramiento, aunque no dificulten la visibilidad de los objetos, pueden causar fatiga visual. Los estudios muestran que, para el deslumbramiento molesto causado por una alta luminancia o un alto contraste de luminancia procedente tanto de la luz natural como de fuentes de luz eléctrica, las personas tienen mayor tolerancia cuando proviene de la luz natural. Mientras tanto, las necesidades individuales de confort visual de la luz natural varían más que las de las fuentes de luz eléctrica con la misma luminancia. Las condiciones culturales y climáticas también afectan la percepción del deslumbramiento de la luz natural. El parpadeo puede provocar dolores de cabeza, fatiga ocular o convulsiones, y reducir el rendimiento visual. Las fuentes de luz eléctrica pueden ser fuente de parpadeo, pero la luz natural está libre de parpadeo (nota de iLLab: la luz natural tiene ventajas en cuanto al deslumbramiento, y la ventaja es aún más pronunciada en cuanto al parpadeo).
Una ventana ofrece luz diurna, intercambio de aire, una vista e información sobre el clima y las actividades exteriores. Las propiedades de los materiales de la ventana, su diseño y uso ofrecen control sobre las influencias exteriores, como el olor, el sonido y el calor. Además, las ventanas pueden proporcionar una ruta de evacuación. Todos estos aspectos desempeñan un papel en la sensación de control y seguridad en los entornos interiores. El cerramiento, la privacidad, la seguridad y el conocimiento (subconsciente) de las rutas de evacuación se relacionan con la funcionalidad de un espacio. Stamps [81] afirma que la claridad de una escena está relacionada con la seguridad percibida («capacidad de moverse y capacidad de percibir»). La falta de información sobre el clima y la ausencia de vistas fueron las razones por las que las trabajadoras de oficina no gustan de las oficinas sin ventanas, teniendo sentimientos de aislamiento, depresión y tensión (Ruys, citado en Collins [1]).
La vista desde una ventana puede afectar varios aspectos del bienestar físico y mental. Puede, por ejemplo, apoyar procesos restauradores, aliviar el estrés o aumentar la satisfacción laboral. Las investigaciones que estudian los efectos del contenido de la vista sugieren que las áreas urbanas concurridas y densas con obstáculos que ofrecen un corto alcance visual requieren procesos constantes de acomodación y adaptación por parte de los músculos oculares, para mantener una imagen fija en la fóvea. Por el contrario, las vistas hacia un espacio profundo pueden aliviar el ojo y el tono muscular, y liberar a la corteza cerebral del procesamiento de información, lo que conduce a la relajación cognitiva. Mirar una vista acelera la recuperación fisiológica de una experiencia estresante [82,83].
El paisaje fuera de la ventana puede afectar múltiples aspectos de la salud física y psicológica. Por ejemplo, puede apoyar procesos restauradores, aliviar el estrés o aumentar la satisfacción laboral. La investigación sobre el contenido del paisaje indica que las áreas urbanas concurridas y densas, si están obstruidas resultando en un corto alcance visual, requieren que los músculos oculares se ajusten y adapten constantemente para mantener la imagen fija en la fóvea central de la retina. En contraste, mirar a la distancia puede relajar los ojos y la tensión muscular, y liberar a la corteza cerebral del procesamiento de información, logrando así la relajación cognitiva. Ver el paisaje puede acelerar el proceso fisiológico de recuperación del estrés.
Hay menos información disponible que compare el beneficio restaurador relativo de las habitaciones con vistas a la ventana, ventanas artificiales y paredes sin ventanas. Los ocupantes de oficinas prefieren ventanas reales o una ventana artificial con una vista dinámica de la naturaleza [84], pero el efecto restaurador de las ventanas artificiales con 'vistas' dinámicas parece ser menor [85]. En espacios sin ventanas, los ocupantes parecen compensar la falta de ventanas con elementos naturales, en forma de plantas o imágenes de paisajes naturales. Heerwagen y Orians [86] encontraron que las pequeñas oficinas sin ventanas están decoradas con el doble de materiales visuales que las habitaciones con ventanas y vistas. El material visual (en oficinas sin ventanas) no representaba vistas 'sustitutas', pero sí incluía temas naturales.
Las ventanas también ofrecen pistas contextuales sobre la hora del día y las condiciones meteorológicas, que nos sitúan en el tiempo y el espacio, tanto consciente como inconscientemente. Los pacientes en una unidad de terapia intensiva con una ventana translúcida tenían una memoria y orientación más precisas y menos alucinaciones y delirios que aquellos en una unidad sin ventanas [87]. Un cuestionario para comprender la preferencia por las ventanas mostró que la vista exterior que proporcionaba información temporal estaba entre los factores favorables más citados para espacios residenciales y varios espacios no residenciales [88]. Según Veitch y Galasiu [11] ‘Este suministro de información es una función reconocida de una ventana’.
Tanto el contenido como la calidad percibida de una vista pueden afectar las respuestas humanas a la luz diurna. El número de capas de la vista, la anchura y la distancia de la vista, la calidad percibida de los elementos del paisaje y la composición de la vista son parámetros influyentes importantes, como se muestra en la Figura 8 [89]. La tolerancia al deslumbramiento molesto de la luz diurna a través de una ventana está determinada en parte por lo interesante que sea la escena exterior [90,91], su atractivo [92] y su contenido [93]. Una vista al exterior mejora la percepción deseable de la luz diurna, especialmente para vistas naturales, atractivas e interesantes, pero los mecanismos para esto aún no se comprenden completamente. Aunque las pistas contextuales asociadas con la luz diurna pueden ser emuladas, la investigación indica que algunos beneficios podrían no ser reproducidos por la iluminación eléctrica.
窗景的内容和感知质量都会影响人类对天然光的反应。景观的层次、视野的宽度和距离、景观元素的感知质量及其构图，都是重要的影响参数（Figure 8）。对天然光眩光的容忍程度，部分取决于窗外景观的有趣程度、吸引力及其内容。尽管窗景可以提高人们对天然光感知的预期，尤其是对自然、吸引人且有趣的景观，但其背后的机制尚不明确。天然光所提供的部分信息是可以通过电光源模拟得到，但仍有研究表明有些天然光的好处是电光源复制不来的。
La provisión de luz natural ofrece iluminación interior gratuita con una distribución espectral de potencia continua desde 320 nm hasta 2600 nm, lo cual tiene implicaciones para la demanda energética de calefacción, refrigeración e iluminación de un edificio [94]. La iluminación natural puede reducir directamente la energía eléctrica necesaria para iluminar una habitación. El grado en que la luz natural puede desplazar los tiempos de uso de la electricidad depende obviamente del diseño, la ubicación, el propósito y el uso de un espacio dentro de un edificio. Debe prestarse atención a la ubicación más adecuada de las actividades; por ejemplo, las tareas altamente visuales deben realizarse cerca del perímetro del edificio con iluminación natural. Un diseño de iluminación natural debe combinarse con controles de iluminación eléctrica que apaguen o reduzcan, manteniendo la calidad de, la iluminación eléctrica para reducir el consumo de electricidad. Los ahorros de energía de iluminación logrados mediante la instalación de controles de iluminación sensibles a la luz natural oscilan entre el 20 % y el 70 % [95–99]. Un metanálisis de Williams et al. [100] mostró ahorros promedio de aproximadamente el 30 % en diversas aplicaciones. Tsangrassoulis et al. [101] indican que una reducción del 40 % en el consumo de energía de iluminación puede reducir el consumo total de energía primaria en un 17 %.
Solo cuando se haya agotado todo el potencial de dichos enfoques integrados en el diseño, debería considerarse la introducción de sistemas tecnológicos para llevar la luz natural más profundamente a los espacios interiores mediante la desviación en las ventanas o la transmisión, a menudo costosa de instalar, de la luz natural desde el techo a través de los pisos intermedios mediante tubos espejados o cables de fibra óptica [102–104]. (Nota de iLLab: ¡Qué frase tan larga!)
Las aberturas de luz natural afectan las condiciones térmicas de un edificio. Las pérdidas de calor en invierno pueden aumentar cuando la resistencia térmica de las ventanas es menor que la de las paredes. La ganancia de calor proviene de la radiación solar a través de las ventanas y depende del clima; esto puede ser beneficioso en invierno, pero puede requerir refrigeración adicional en verano. Por lo tanto, la energía ahorrada, así como la rentabilidad de la iluminación natural, son menores si se requiere energía para refrigeración. Los sistemas de acristalamiento modernos son capaces de filtrar una fracción significativa del componente infrarrojo.
Las ganancias de calor solar pueden modularse con dispositivos de sombreado o sistemas de acristalamiento conmutable, que, idealmente, también deberían equilibrar el suministro de luz natural y las vistas al exterior, así como la protección contra el deslumbramiento [105]. Existen grandes diferencias en la composición y disponibilidad de la luz natural entre las regiones templadas y ecuatoriales, para las cuales las soluciones arquitectónicas suelen estar adecuadamente definidas. La demanda energética total depende del tipo, forma y construcción del edificio, de las actividades y patrones de los ocupantes, junto con la ubicación geográfica, el clima, la orientación y el grado de obstrucción [106–108].
La iluminación eléctrica requiere energía. También puede liberar calor al edificio, dependiendo de la fuente de luz, lo que puede aumentar la carga de refrigeración pero también disminuir la demanda de energía para calefacción. Un edificio sin ventanas suele ser menos eficiente energéticamente que uno con una selección y control adecuados de ventanas bien ubicadas.
Las fuentes de luz eléctrica consumen energía, dependiendo del tipo de fuente de luz utilizada. Al mismo tiempo, las fuentes de luz eléctrica también liberan calor en el edificio, aumentando así la carga de refrigeración o reduciendo la carga de calefacción (nota de iLLab: específicamente dependiendo de la estación) . La eficiencia energética de los edificios sin ventanas suele ser peor que la de los edificios con ventanas.
El diseño de luz natural puede aportar beneficios económicos al reducir el coste energético de la iluminación eléctrica y mejorar la productividad de los ocupantes del edificio. La luz natural puede aumentar esta última mediante una combinación de agudeza visual mejorada gracias a una mejor reproducción cromática o niveles de luz más altos, una mejor modelización visual de objetos y rostros, la reducción del parpadeo y/o el aporte de pistas contextuales [109]. Se ha demostrado que la productividad aumenta entre un 5 % y un 15 % en las empresas que se han trasladado a edificios con más luz natural [110,111]. Sin embargo, el papel exacto de la luz natural sobre la productividad en este tipo de estudios sigue siendo objeto de investigación futura, dados los muchos otros factores que cambian simultáneamente con dicho traslado. El impacto de la luz natural sobre la productividad y aspectos relacionados, como el absentismo, solo puede investigarse en estudios de campo y estudios epidemiológicos [112,113], en los que el control experimental es difícil y la interpretación de los resultados es exigente [5]. Por ahora, no hay resultados suficientes para sacar conclusiones respecto al impacto de la disponibilidad de luz natural sobre la productividad; es necesaria más investigación.
Un análisis de los datos anuales de ingresos y gastos de edificios comerciales realizado por Kim y Wineman [114] indicó que las vistas tienen un valor económico. En su estudio, los edificios más altos, que probablemente ofrecen vistas del horizonte y del paisaje urbano, tenían mayores valores de propiedad. En las entrevistas, la mayoría de las empresas afirmaron que la vista era un factor a considerar al fijar los alquileres. Un estudio de Heschong [115] indicó que los trabajadores de centros de llamadas con la mejor vista posible procesaban las llamadas más rápido y obtenían mejores puntuaciones en pruebas de función mental en comparación con aquellos trabajadores sin vista. Un análisis de las ventas en tiendas con y sin claraboyas realizado por Heschong et al. [109] indicó que las tiendas con claraboyas tuvieron un aumento en su índice de ventas. Las entrevistas indicaron que la claraboya llevaba inconscientemente a percibir el entorno visual como más limpio y espacioso.
Como se indicó anteriormente, los mecanismos detallados detrás de estos y otros beneficios monetarios secundarios son en gran parte desconocidos. Además, un aumento de la productividad solo puede lograrse cuando se evitan los efectos no deseados de la iluminación natural, como el deslumbramiento, las sombras, los reflejos veladores y el sobrecalentamiento.
Como se mencionó anteriormente, nuestra comprensión de los mecanismos detrás de la luz natural y sus beneficios económicos directos, así como de sus beneficios secundarios, aún es superficial. Además, el requisito previo para lograr una mayor eficiencia en la producción es evitar los efectos negativos provocados por la luz natural, como el deslumbramiento, las sombras, los reflejos y el sobrecalentamiento.
La intensidad, la distribución espectral de potencia, y la dirección espacial y la difusividad de la luz natural son características que favorecen la apariencia de las estancias y los objetos, así como los efectos no formadores de imagen. La dinámica de los cambios en la intensidad y el color de la luz natural favorece naturalmente la sincronización del ritmo circadiano, el estado de ánimo y el nivel de alerta. Algunas respuestas humanas, como los efectos no formadores de imagen, parecen estar bien definidas. Además, el papel de la luz solar sobre la piel para favorecer la producción de vitamina D está bien establecido. Sin embargo, muchos beneficios de la luz natural y de las ventanas aún no pueden explicarse de manera tan sencilla. El mayor umbral de aparición del deslumbramiento molesto en condiciones de luz natural, así como el efecto positivo de las pistas contextuales proporcionadas por una vista exterior, están inducidos por mecanismos que no se comprenden bien. Algunas respuestas a la luz parecen estar mediadas tanto por vías visuales como no formadoras de imagen, lo que requiere más investigación [116–118].
Aunque muchas características de la luz natural pueden ser imitadas por la iluminación eléctrica, no se ha demostrado que todos los diversos resultados positivos holísticos asociados con la luz natural puedan reproducirse artificialmente. De hecho, las características de la compleja interacción entre la dinámica de la luz natural y las respuestas individuales humanas no han sido fácilmente cuantificables hasta la fecha. Siguen siendo áreas clave que requieren una amplia investigación adicional.
Sugerimos que los estudios futuros aborden el impacto de la luz natural en los siguientes aspectos del rendimiento humano, la salud y el bienestar que podrían conducir a comportamientos que se traduzcan en beneficios monetarios:
1. Impacto diferencial de las variaciones en la distribución espectral de potencia y la intensidad de la luz a lo largo del día y las estaciones en diferentes ubicaciones geográficas, por ejemplo, mediante estudios epidemiológicos que exploren más a fondo el efecto del suministro de luz natural en la buena vista y la sincronización circadiana, el sueño reparador y una mejor salud;
2. Diferencias en el impacto de la fuente de luz en la apariencia de la habitación y los objetos, comparando la iluminación eléctrica y la luz natural a través de ventanas, claraboyas o tubos de luz, lo que incluye las diferencias entre la iluminación estática y dinámica;
3. Estimaciones estadísticas de la varianza en el impacto de la luz diurna con exposición concurrente a luz eléctrica, para elaborar sus interacciones, incluidas las evaluaciones de los efectos del historial de luz, y obtener una mejor comprensión del potencial agudo y no formador de imágenes de la luz diurna;
3. Evaluación estadística de la variación en el impacto cuando la luz natural y las fuentes de luz eléctrica se exponen simultáneamente, para aclarar sus interacciones (incluida la evaluación de los efectos del historial de luz) y comprender más claramente el potencial de la luz natural en términos de aspectos inmediatos y no formadores de imágenes.
(Nota de iLLab: iLLab está llevando a cabo simultáneamente investigaciones relacionadas con los tres puntos anteriores: Iluminación centrada en las personas (HCL), simulación de luz diurna e integración de iluminación natural y artificial.)
1. Evaluaciones cualitativas de la percepción de un entorno (por ejemplo, laboral) para estudiar el papel del contexto y el contenido bajo diferentes regímenes de iluminación, incluida la ausencia de luz, y si los síntomas de dicha ausencia pueden cuantificarse/operacionalizarse;
2. Cuantificación de la vista y las pistas contextuales desde las ventanas. Se deben desarrollar métricas para la cantidad y calidad de la vista hacia el exterior y una medida para evaluar la importancia de las pistas contextuales, equilibrando diferentes funciones de las ventanas, como la protección contra el deslumbramiento, la gestión de la ganancia de calor solar y el suministro de luz natural;
3. La prevalencia de las condiciones climáticas y los arquetipos arquitectónicos podría influir en las expectativas y respuestas de los ocupantes; por lo tanto, el impacto del clima y la cultura en la preferencia por la fuente de luz, la apariencia de la habitación y los objetos, así como los aspectos de confort, deberían ser objeto de una investigación más profunda.
Y finalmente, quizás lo más urgentemente necesario y más difícil de concebir sería un (conjunto de) métrica(s) para medir la ‘naturalidad’ de la luz.
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Tras una comparación exhaustiva entre la luz natural y las fuentes de luz eléctrica, resulta evidente que la luz tiene un impacto profundo en nuestras vidas. Ya sea en términos de rendimiento visual, beneficios para la salud, eficiencia energética o valor económico, la luz desempeña un papel indispensable. Sin embargo, ¿cómo podemos medir y evaluar con precisión el entorno lumínico que nos rodea para garantizar que sea saludable y cómodo?
Para abordar estas necesidades prácticas, el equipo del profesor Yao Qi de la Universidad de Fudan desarrolló una herramienta innovadora, el "Espectrómetro + Luminancímetro de Imagen", que proporciona una solución revolucionaria para la investigación y optimización del entorno lumínico. Esta aplicación basada en smartphones supera las limitaciones de los métodos tradicionales de evaluación del entorno lumínico. Sin necesidad de equipos profesionales ni operaciones complejas, basta con un smartphone para lograr mediciones y análisis de alta precisión del entorno lumínico. A través de tecnología de imagen avanzada y algoritmos de análisis espectral, permite una evaluación cuantitativa multidimensional rápida del entorno lumínico.
Sus funciones principales incluyen: imágenes de distribución dinámica de luminancia, cálculo del índice de riesgo de luz azul, evaluación del impacto en el ritmo circadiano y análisis de la contaminación lumínica ecológica, capturando con precisión las características dinámicas espaciotemporales del aprovechamiento de luz natural y las fuentes de luz artificial. La herramienta integra normas internacionales de iluminación y modelos de evaluación ecológica, permitiendo generar con un solo clic informes profesionales que incluyen estadísticas de luminancia, análisis del espectro y advertencias de riesgos para la salud.
La herramienta genera mapas de distribución en falso color bidimensionales a través de la cámara del teléfono móvil, presentando de manera intuitiva la distribución espacial de la intensidad luminosa y la composición espectral. Por ejemplo, en estudios de iluminación natural en edificios, puede analizar simultáneamente las características espectrales dinámicas de las vistas desde las ventanas y la distribución de la iluminancia interior, proporcionando apoyo de datos para optimizar el aprovechamiento de luz natural. Para entornos de oficina, su sistema de evaluación inteligente puede cuantificar el impacto de diferentes fuentes de luz en la comodidad visual y el ritmo circadiano, ayudando a los diseñadores a crear entornos lumínicos más saludables.
Ya sea que los investigadores realicen encuestas epidemiológicas, los diseñadores optimicen los esquemas de iluminación natural o los usuarios comunes mejoren la iluminación del hogar, esta herramienta portátil permite "entornos lumínicos basados en datos", haciendo que las condiciones de iluminación saludables y cómodas sean una parte estándar de la vida diaria.
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