Comprender la relación entre la iluminación y el espacio puede ayudar a los proyectistas a mejorar el diseño de los locales interiores y el desempeño de sus usuarios (1). El conocimiento de los efectos de la luz sobre el ser humano se ha basado tradicionalmente en la investigación de la usabilidad visual –niveles de iluminancia, reducción de deslumbramiento, uniformidad en la distribución de la luz– (2). Sin embargo, actualmente los estudio de la iluminación natural son focalizados en la amabilidad visual del espacio (3). Este concepto involucra parámetros vinculados con la apariencia, la visión al exterior, la privacidad y el color. Esta nueva tendencia surge de la necesidad de profesionales e investigadores de definir indicadores de la «calidad de la iluminación natural». Por esta misma razón, organismos internacionales como la División de Iluminación Interior de la CIE, ha creado comités dedicados a estas temáticas, tales como el Comité Técnico dirigido a proponer descriptores de calidad de iluminación (Technical Committee aimed at proposing Lighting Quality Descriptors) (5). Asimismo, podemos destacar los aportes producidos por el Comité Europeo de Normalización (Norma UNE EN 12464/1:2012) y el Consejo de la Construcción Verde de Estados Unidos (Normas de certificación LEED - EQ:2013), entre otros. Estos estudios ponen de manifiesto que cada tipología de espacio interior presenta distintas necesidades de diseño e instalaciones lumínicas (6). Asimismo, éstas deberán responder a la variabilidad de la fuente de luz natural a través de estudios dinámicos de iluminación natural (5) (7) (8).

La «temperatura de color (TC)» junto a la «iluminancia» son las principales variables que determinan el comportamiento lumínico de los sistemas de iluminación artificial complementaria a la luz natural en los espacios interiores (9). La TC de una fuente de luz, también denominada «temperatura de color correlacionada (TCC)», es definida a partir de comparar su color, dentro del espectro luminoso, con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo la TC se expresa en grados Kelvin [°K], a pesar de no reflejar expresamente una medida de temperatura. La TC es una forma simplificada de describir las propiedades espectrales de una fuente de luz. Dado que es un solo valor, la TC, ha liderado la industria de la iluminación como indicador para informar la apariencia del color de la luz emitida por las fuentes artificiales. Convencionalmente, de acuerdo a la escala de TC, son denominadas «cálidas» aquellas fuentes que presentan una calificación por debajo de los 3300 °K (apariencia amarillenta) y «frías» aquellas que presentan una TC por encima de los 5300 °K (apariencia blanco azulado) (UNE EN 12464/1, 2003). Los valores de TC de la mayoría de las fuentes artificiales disponibles en el mercado, por lo general, oscilan de los 2.700 °K a 6.500 °K1 (10). Respecto de la luz natural, su composición espectral varía considerablemente, alcanzando valores de entre 3.800 °K y 40.000 °K (11). Estas importantes variaciones se deben a diferentes parámetros como: distintos tipos de cielos, horas del día, ángulos de incidencia de la radiación, arquitectura del espacio, vegetación, suelo, superficie exterior, tamaño de ventanas y posición, característica del material traslúcido de las ventanas y tratamiento superficial del mismo, entre otros.

La TCC es un factor esencial en los espacios interiores, debido a que modifica la percepción humana (12) (13). Ésta, empleada adecuadamente fomenta y mejora el impacto de la iluminación en los usuarios (14). Es decir, que una adecuada aplicación de la TCC en un espacio puede ser beneficiosa para sus ocupantes. En el caso de un uso inadecuado, ésta presenta efectos negativos sobre la salud humana, tanto a nivel ocular, emocional como a nivel del sistema circadiano (15) (16) (17) (18), aspectos que repercuten en el desempeño de los usuarios.

La luz en un espacio puede ser considerada en tres dimensiones: cantidad, espectro y distribución (19). La iluminación natural tiene la particularidad de tener un elevado «índice de reproducción del color (IRC)» lo cual favorece (sin distorsionar) la percepción del color de los objetos. Éste índice mide la capacidad que tiene una fuente luminosa para reproducir fielmente los colores de varios objetos en comparación con una fuente de luz natural o ideal. Los valores oscilan entre 0 (IRC del 0 %, lámpara de sodio de baja presión) y 100 (IRC del 100 %, luz natural).

Sin embargo, cuando la luz solar ingresa al interior de un espacio a través de una ventana, su composición espectral se ve afectada (20) (21). La luz natural que ingresa a un espacio está influenciada por diversos factores, como ya fue mencionado anteriormente. Esta modificación espectral se observa especialmente en situaciones donde las ventanas poseen superficies vidriadas con tratamientos de color y/o con el uso de dispositivos de control solar. Estos cambios usualmente no generan influencias significativas en el rendimiento visual del sujeto en tareas acromáticas o visualmente sencillas. Sin embargo, en aquellas tareas de discriminación de color con elevada precisión o cercanas al umbral visual, el espectro proporcionado por la luz es determinante (22).

En este contexto resulta pertinente preguntarse: ¿Puede la TCC de la luz natural describirse de manera homóloga a la iluminación artificial?, ¿la TCC de un espacio interior es igual para diferentes orientaciones?, ¿cada orientación presenta la misma variación de TCC a largo de una jornada?, ¿cuánto modifican los «dispositivos de control solar (DCS)» la TCC de un espacio? De acuerdo a esta problemática, este trabajo sostiene como hipótesis la importancia de caracterizar la TCC de la luz natural a través de estudios dinámicos que responda a las variaciones propias de la fuente de radiación solar (sol) y a las modificaciones provocadas por el entorno físico (DCS y orientaciones de las aberturas). A partir de ello, este estudio propone como objetivo caracterizar las modificaciones provocadas a la TC de la luz natural producto de la dinámica de la fuente y de los componentes edilicios –ventanas– que debe atravesar antes de ingresar en un espacio interior bajo condiciones de cielo claro.

Como caso de estudio se seleccionó un espacio de aprendizaje (aula) típico de la región (Mendoza, Argentina). La mayoría de los niños juegan, aprenden, transitan e interactúan gran parte de su jornada diaria en estos edificios educativos. La relevancia de la iluminación natural de estos espacios radica, no sólo en la importancia de tener un ambiente visual apropiado para la realización de tareas, sino también a nivel de salud –sistema circadiano– y confort visual. Además, la adecuada implementación de la iluminación natural, en las aulas, permite alcanzar ahorros de energía por la disminución de los consumos de electricidad por iluminación artificial.

En ciudades donde predomina el cielo claro con sol, como el caso de Mendoza (Argentina) (32º 53’ 00” Sur, 68º 49’ 00” Oeste), como en una importante cantidad de localidades en el mundo, con un promedio anual de duración de sol de 2850 horas; la radiación solar es lo suficientemente «energética» en términos de eficacia luminosa2. Esto promueve la cantidad y calidad adecuada de la luz natural en los espacios interiores para realizar tareas visuales diurnas en confort, con un ahorro energético de varias horas al día (23), equivalente al 50-80 % del consumo energético requerido por la iluminación artificial (24). Aspectos importantes, sobre todo, en períodos de crisis energética como la que vive actualmente la región y el mundo.

A continuación se describe la metodología empleada en este trabajo con el objetivo de conocer las variaciones en la temperatura de color correlacionada (TCC) de la fuente de iluminación natural en el interior de un espacio bajo condiciones de cielo claro.

Diseño experimental. A partir de un modelo a escala (25) (26) se realizan mediciones intantáneas de la TCC proporcionada por la luz natural bajo dos variables independientes: tres condición de aventanamiento: (a) condición de «ventanas abiertas VA», (b) condición de «ventanas cerradas VC» y (c) condición de «ventanas cerradas con dispositivo de control solar VC+DCS», en tres orientaciones diferentes (N, S y E).

Modelo a escala. El espacio representado en el modelo a escala (1:20) corresponde a un aula típica del parque edilicio regional de acuerdo a las especificaciones de la normativa argentina vigente IRAM AADL J20 04. Las principales características son: (i) superficie cubierta 40 m² (5 × 8 m); (ii) altura 2,6 m; (iii) superficie vidriada unilateral 10 m² = 1,5 × 6,5 m (véase la Figura 1).

Cálculo de la temperatura de color correlacionada (TCC). El registro de los datos fue tomado sobre una superficie mate ubicada en la pared adyacente a la ventana. La superficie de medición empleada para los registros de TCC corresponde a la carta estándar Kodak blanca de reflectancia 90 % (Munsell 90 % Reflectance (White) Neutral Patch), cuidando de que no incidiera radiación solar directa sobre la misma. Las coordenadas cromáticas (x, y, Y) fueron obtenidas a través de un Colorímetro KONICA-MINOLTA CS100. Posteriormente para la obtención de la TCC fue aplicado el algoritmo validado de McCamy [1] (27). Las mediciones fueron registrada durante el periodo invernal (21 y 22 de julio) en horas de la mañana y posteriores al mediodía (8:30 a 15:00). El criterio de selección de la jornada de estudio, está fundamentado en la simetría conocida de la fuente natural a partir del mediodía solar3.

Como resultado de este estudio, se confirmó que la TCC de la luz natural que ingresa a un espacio interior no es constante a lo largo de la jornada. Asimismo se demostró que la orientación de la ventana es un factor determinante en la TCC de un espacio iluminado por luz natural. Si bien se registró, en orientaciones norte y sur, una constancia en los valores obtenidos a lo largo de la jornada, esta se da en diferentes rangos (ºK), de acuerdo a la orientación de la abertura. Bajo la condición de ventanas abiertas (VA), la orientación norte durante la jornada presenta una TCCprom = 6000ºK, la cual es duplicada por la orientación sur (TCCprom = 12000 ºK); presentando considerables diferencias entre sí (∆TCCnorte/sur = 6000 °K).

Por otra parte, al incorporar elementos a la ventana (vidrio y cortina textil de tropical) se observa, como se suponía a priori, que estos provocan variaciones en la TCC de la luz natural que ingresa al espacio interior. Siendo máxima la variación en la TCC para la condición VC+DCS. Las variaciones generadas por lo sistemas de sombreado son en la orientación (N) de 1300 °K (13:00 h) y en la (S) de 8400 °K (11:00 h). Estos resultados ponen en evidencia el potencial que poseen los dispositivos de control solar (DCS) en la configuración de los ambientes interiores y sus sensaciones derivadas de la percepción del color de la luz ambiental.

Respecto de los interrogantes planteados al comienzo de este trabajo, podemos afirmar que la TCC de la iluminación natural requiere un análisis dinámico que se corresponda con la dinámica de la fuente –sol–, esto exige el desarrollo de metodologías particulares que respondan adecuadamente a esta característica. Como sabemos, la mayoría de las fuentes artificiales ofrecen parámetros constantes durante su uso (nivel, dirección, TCC, entre otros). Es decir, que si se evalúa estos parámetros en diferentes horarios y momentos, los resultados serán siempre similares. Sin embargo, con la fuente natural no ocurre lo mismo. A partir de ello, se propone un cambio de paradigma en la metodología de análisis de la TCC de la luz natural. De esta manera se sugiere dejar de lado el paradigma estático o constante heredado de las características de la fuente artificial que reduce las variaciones de la luz natural a un valor instantáneo, y adoptar un nuevo paradigma dinámico.

La literatura tradicional en arquitectura e ingeniería, como las normas nacionales e internacionales siempre han estado focalizadas en el indicador de «iluminancia horizontal», como principal parámetro de evaluación de la condición de iluminación (33). Sin embargo, actualmente los entes normativos internacionales están haciendo un esfuerzo por incorporar nuevos indicadores de la calidad de la iluminación en el interior de un espacio como la TCC. Este desafío debe contar con el compromiso de la ciencia y los organismos de investigación (34) (35) (36), como así también de los proyectistas de espacios interiores iluminados con luz natural, los cuales deberán atender a estos aspectos para alcanzar espacios de óptima calidad de iluminación. La importancia del estudio de la temperatura de color correlacionada (TCC) proporcionada por la luz natural radica en sus efectos significativos sobre la salud humana, tales como tensión ocular, efectos en las emociones y en el sistema circadiano humano (15) (16) (17) (18), aspectos que generan una pérdida adicional del desempeño.

La metodología dinámica propuesta en este trabajo, busca iniciar una serie de estudios que permitan profundizar en el análisis del comportamiento de la TCC de la luz natural en espacios interiores. De esta manera, dejaremos de pensar en espacios iluminados por luz natural como «espacios lumínicamente estáticos o constantes» y empezaremos a analizar «espacios lumínicamente dinámicos». Así se articula el análisis dinámico de la TCC proporcionada por la fuente natural, al paradigma de las «métricas dinámicas» (37). Como resultado de la problemática planteada surgen nuevos interrogantes ¿la TCC de la fuente natural preserva los rangos actualmente empleados para la fuente artificial?, ¿los valores de TCC y sus variaciones, a lo largo de la jornada, son similares bajo diferentes características de cielo, como por ejemplo un cielo cubierto? Para responder a estas preguntas, es necesario continuar con nuevos estudios regionales que permitan un mayor acercamiento a la caracterización dinámica de la TCC proporcionada por la fuente natural.

Actualmente, se encuentra en ejecución nuevos estudios con el objetivo de generar nuevas escala y rangos de TCC específicos para la fuente natural. Estos nuevos estudios deberán ser complementados con estudios subjetivos de percepción y preferencia de los usuarios, de acuerdo a las distintas actividades que se realizan en un espacio. De esta manera, integrando aspectos objetivo + aspectos subjetivo, se alcanzan los tres aspectos fundamentales en un acondicionamiento lumínico en espacios de aprendizaje: eficiencia, confort y desempeño modulados por un adecuado diseño.