Simulación y cálculo - ERCO · 2015-12-10 · Simulación y cálculo Introducción simulación Simulación y realidad Es frecuente que la calidad de una simulación sea valorada

376Edición: 05.12.2006 | Versión actual bajo www.erco.com

E GuíaSimulación y cálculo

La simulación y cálculo de iluminación han llegado a ser parte integral de la luminotecnia, permitiendo el uso del ordenador para el desarrollo creativo de soluciones óptimas. Las aplicaciones empiezan por la valoración de conceptos a nivel experimental, y llegan hasta presentaciones fotorrealistas. Los procedimientos de cálculo posibilitan el análisis cuantitativo que nos permite la verificación exacta de las iluminancias requeridas. Para el uso eficaz de estas herramientas es de gran ayuda el buen conocimiento de las bases técnicas.

Introducción simulación

Ejemplos de planificación

CálculosSimulación luminosa

Datos de planificación


Los arquitectos y proyectistas luminotécnicos se sirven de varios métodos para presentar sus ideas y detalles técnicos, y comunicarlos a quienes intervienen en el proceso de planificación. Ya en la misma fase de proyecto se da la posibilidad de una comparación de los conceptos, adoptándose las decisiones que para la posterior fase de construcción se requieren. La técnica digital de la simulación sirvió para ampliar los métodos de los años 80, como el croquis, la maqueta, el muestreo y el dibujo.

E GuíaSimulación y cálculoIntroducción simulación

Evaluación y presentación

Simulación cuantitativa y cualitativa

Simulación y edición de imágenes

Simulación y realidad Proceso de planificación

Interacción


Evaluación y presentación Del mismo modo como hay maquetas de trabajo y otras de presentación, el sector de la simulación cuenta con una diferenciación similar. La maqueta de trabajo simplifica la tarea de proyectar, utilizando variantes aproximativas y esquemáticas. A ello se contrapone la maqueta de presentación, con una prolija ejecución en todos sus detalles. En lo que a la luminotecnia se refiere, los croquis, dibujos digitales o retoques fotográficos son unas tecnologías de rápida visualización. Para profundizar los estudios se proseguirá luego con una simulación luminosa aproximada, careciéndose de una definición exacta de los materiales y las luminarias. En la etapa siguiente, la simulación se seguirá afinando mediante superficies realistas y usando luminarias con datos fotométricos que permiten la planificación detallada y la presentación.


Simulación y edición de imágenes

Generalmente a la simulación se la asocia con modelos 3D y una ilustración exacta del efecto luminoso. Pero para las visualizaciones esquemáticas es frecuente servirse de la edición digital de imágenes a base de representaciones bidimensionales o tridimensionales. Su ventaja radica en la abstracción y una materialización más rápida. Pero si el local que se pretende iluminar acusa unas características complejas, dicho método se topa con ciertas restricciones, ya que poco es lo que nos puede decir sobre escalas y geometrías complicadas para una planificación detallada.

Simulación cuantitativa y cualitativa

La simulación aplicada a la luminotecnia comprende dos campos. La simulación cuantitativa pretende averiguar valores numéricos correctos en el orden físico, al objeto de verificar las iluminancias y luminancias que las normas prescriben. La simulación cualitativa, en cambio, enfatiza los aspectos ambientales. Éstos le permiten al proyectista luminotécnico transmitir los conceptos estéticos que su proyecto de iluminación debe materializar.



Simulación y realidad Es frecuente que la calidad de una simulación sea valorada por el grado mayor o menor en que ésta se aproxima a la realidad, siendo planteada la pregunta si el rendering es físicamente correcto y una representación fotorrealista. El criterio de los datos físicamente correctos está referido a los valores numéricos de la simulación cuantitativa. La visualización en el monitor o por la impresión en color, realizada en el papel, jamás pueden dar la misma impresión que un entorno real. Del mismo modo como un fotógrafo regula la incidencia de la luz, abriendo o cerrando más el diafragma, también en el rendering se adopta una decisión que afectará el diseño. A ello hay que añadir el margen de contraste con el que cuentan los medios de emisión. Ni la impresión en color ni la visualización en el monitor ni la imagen proyectada reproducirán correctamente el contraste de luminancia real. La impresión fotorrealista de una simulación cualitativa se da más bien a través de la representación exacta del efecto luminoso, como p. ej. de la distribución de la luz y de la sombra, o de la reflexión de la luz en las superficies.

Interacción Para poder apreciar los cambios inmediatamente durante su trabajo, el usuario querrá contar con una configuración interactiva de la simulación. De acuerdo con el estado tecnológico actual, la informática puede materializar la interacción sólo hasta un cierto nivel. Esto depende también mucho del hardware. Generalmente los pro gramas informáticos saben representar interactivamente los cambios en la geometría, posición de la cámara, textura y modificaciones sencillas de las fuentes de luz y propiedades de los materiales. No son interactivos, de momento, los cambios en los reflejos, las sombras complejas y en la luz indirecta.



Proceso de planificación Para que una simulación luminosa resulte eficaz dentro del proceso de planificación, se requieren una magnitud idónea de los detalles y la buena colaboración con un especialista. Mediante la fijación del alcance de la representación es posible gobernar los factores tiempo y coste. Para la realización de las simulaciones luminosas, el estudio proyectista puede optar por la elaboración propia o el recurrir a un especialista en esta clase de servicios. La solución interna admite el rendering en paralelo al proceso de planificación. Pero si las simulaciones son extensas y si los servicios son realizados por personal externo, el intercambio de informaciones acusará un volumen considerable. La contrapartida consiste en la mayor experiencia del prestador de servicios, unos resultados más rápidos y una disminución de los gastos del estudio. La simulación luminosa propiamente dicha se puede subdividir en cuatro fases: el modelado de la geometría, la definición de los materiales, la iluminación del modelo y el proceso de renderización.


La simulación luminosa se ha acreditado como método útil para visualizar y verificar la iluminación. Exige que le antecedan ciertos pasos en concepto de planificación previa al rendering: El concepto y el croquis, el modelo 3DCAD, así como la especificación de las fuentes de luz y propiedades de las superficies. Para las simulaciones luminosas profesionales, el usuario se sirve de software especial como 3ds VIZ/Max o DIALux. Ahora bien, en su mayor parte los programas CAD no están en condiciones de simular luz con características físicas correctas.

E GuíaSimulación y cálculoSimulación luminosa

Modelo 3D LuzSuperficie

Rendering HardwareEvaluación

Software Desarrollos


Como base para la simulación se utilizan los datos 3D de un local, con los cuales se calculan las imágenes. Estos datos 3D pueden tener su origen en programas CAD sencillos, o en aplicaciones especializadas. Si el estudio ya está trabajando con datos 3D, éstos admiten ser importados desde ese software, y que se efectúe con ellos la simulación luminosa. Cuanto más detallado haya sido preparado el modelo 3D, más sofisticada podrá ser la simulación luminosa, y mayor será el tiempo requerido para ella.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaModelo 3D

Exportación e importación

GeometríaTopología


Exportación e importación Si existe un modelo 3D en un programa diferente a aquél para la simulación luminosa, los datos se podrán transferir mediante una exportación e importación. Puesto que los modelos 3D contienen datos bastante complejos, el usuario deberá contar con la aparición de errores, realizando a mano las correcciones necesarias. Por ello se recomienda efectuar dicha exportación desde un principio a varios formatos diferentes de intercambio. Tales formatos de intercambio 3DCAD son, por ejemplo, DWG, DXF y 3DS.

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Topología Los programas CAD operan cada vez más con funciones orientadas hacia elementos y partes, como el estar generando soportes o techos. Lo que muchas veces no queda claro es, si los elementos están compuestos por superficies o volúmenes. En los programas de simulación, el usuario se ve confrontado con elementos 3D básicos, careciendo de datos sobre las partes: Punto, línea, superficie y normal: El punto con las coordenadas X,Y y Z, la línea formada por dos puntos, y la superficie for mada por tres. La normal ocupa una posición perpendicular con respecto a la superficie e indica su lado delantero. Después de la exportación desde un programa CAD orientado hacia los elementos, en caso de modificaciones de la geometría en el programa de simulación el usuario deberá tener en cuenta una estructura diferente.

GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaModelo 3D


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Geometría Puesto que los modelos CAD satisfacen unas exigencias distintas a las que requieren los modelos para la simulación luminosa, es frecuente que a causa de la geometría de los modelos se den problemas con la simulación. Si bien en un programa CAD no aparece problema alguno en el diseño de los cables metálicos de una barandilla de escalera en calidad de cilindros de alta resolución por ejemplo, lo cierto es que el cálculo de la superficie del cilindro durante el rendering viene a ser bastante complicada. Será conveniente que el usuario tuviese en cuenta esta circunstancia ya a la hora de crear el modelo 3D, y en los ajustes para la exportación. Puesto que las simulaciones exigen efectuar muchos cálculos, cosa que lo seguirán haciendo, la optimización de la geometría permitirá reducir notablemente el volumen de esta tarea. Las geo metrías pequeñas pero abundantes en detalles, situadas sobre una capa (layer) inactiva propia, pueden disminuir el tiempo de cálculo. Igual de recomendable es una estructura de capas (layers) basada en materiales para realizar rápidamente cálculos intermedios.

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A los materiales los reconoce el observador tan solo a través de la definición de las propiedades de la superficie. De acuerdo con la sofisticación deseada, en los programas de simulación es posible efectuar ajustes tanto sencillos como complejos.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaSuperficie

Sombreado Textura


Sombreado El concepto inglés «Shading» significa sombreado. Con la ayuda de un shader, el usuario define para las superficies las propiedades luminotécnicas con el color, la reflectancia y la transparencia. Éstas determinan cómo aparecerá la luz en el objeto, y qué influencia ejercerá en el entorno. A su vez el efecto luminoso de las propiedades del material dependerá siempre del tipo y la posición de las fuentes de luz, y aquél se vuelve visible a través de la combinación de los factores de sombreado y la iluminación: Así, por ejemplo, los puntos brillantes en superficies reflejantes aparecen tan solo al haber la luz de unas fuentes correspondientes.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaSuperficie

Textura Para poder representar los objetos con no sólo un matiz, es posible asignar texturas a las superficies. Con esta tecnología, llamada «mapeado», el patrón puede consistir en diseños gráficos abstractos o en fotografías. Los programas de simulación ofrecen, con este fin, unas colecciones extensas reunidas en unas bibliotecas, por ejemplo para representar madera u hormigón a la vista. Con la ayuda de unos procedimientos de mapeado especiales (mapeado bump), es posible modi ficar las microestructuras, lo que da la im presión de tratarse de unas superficies tridimensionales.Una impresión muy realista se obtiene mediante fotografías que se asignaron a las superficies como textura. Para conseguir una buena calidad, la fotografía deberá contar con una elevada resolu ción, en lo posible haber sido fotografiada desde una posición frontal, no acusar la presencia ni de haces de luz reflejados ni de reflejos, e igualmente estar libre de distorsiones originadas por la lente fotográfica.


Si el proyectista pretende transmitir la imagen del ambiente de un local, la luz figura entre los medios de visualización más importantes. Ésta forma parte esencial de la percepción del entorno y determina la manera en la que el ser humano interpreta los espacios y objetos. Simular la luz en un modelo 3D con un rendering es un proceso engorro so. El usuario puede recurrir enton ces a fuentes de luz normalizadas, o puede tra bajar con conjuntos de datos digitalizados para la reproducción de luminarias reales.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaLuz

Luz directa Luz indirecta Fuentes de luz

Luz diurna



Luz directa En el caso de la luz directa, el rayo de luz va desde la fuente de luz hacia la superficie. Si en el rayo de luz no hay ningún obstáculo, al punto en la superficie se le considera iluminado. El cálculo de la luz directa requiere un volumen de cálculo reducido, y ese cálculo ya era posible en los comienzos de la gráfica informatizada. Pero acusa una restricción considerable, a causa de no ser capaz de reproducir la luz indirecta: Lo que significa que un local iluminado mediante un bañador de techo estaría completamente oscuro, salvo en la zona donde la luz directa incide en el techo.

Luz indirecta La luz indirecta resulta de la reflexión de la luz en una superficie. La reflectancia de la superficie y el grado, generalmente idealizado, de la dispersión, deter minan la luz indirecta reflejada. Para que se produzca una impresión real del local, el cálculo deberá comprender el máximo posible de interreflexiones, al objeto de obtener una distribución natural de la luz en el espacio. Fue tan solo en los años 90 que los progresos habidos en materia de hard ware permitieron realizar cálculos complejos. Al cálculo de la luz indirecta se le llama también «iluminación global».


Fuentes de luz Distribución luminosa

En los programas de simulación existen fuentes de luz ordinarias, como las de spot, puntuales, extensivas y de luz solar. No obstante, la representación de luminarias especiales exige la existencia de un interfaz que admite importar los datos de distribución luminosa de dichas luminarias. Estos conjuntos de datos, que los tienen disponibles casi todos los fabricantes, describen la distribución específica de la intensidad luminosa de cada luminaria. A nivel internacional, el formato IES es bastante corriente para ello. No hay otra posibilidad para efectuar un cálculo correcto de las luminarias que cuenten, por ejemplo, con una distribución luminosa asimétrica, como los bañadores de pared o techo. El uso suplementario de accesorios, como el de una lente de escultura, influye adicionalmente en la distribución luminosa y requiere un conjunto de datos propio.

Luz diurna La combinación de la luz diurna con la luz del sol en incidencia directa y la luz celeste difusa concede a las simulaciones una apariencia de realidad. Si bien es cierto que la luz diurna es fácil de calcular para presentaciones y estudios de sombreado, su análisis cuantitativo resulta ser bastante complejo. Unas predicciones exactas sobre el deslumbramiento en el puesto de trabajo y sobre la transmisión térmica de los diferentes tipos de cristales antisolares sólo son posibles mediante un software especial y unas herramientas de análisis correspondientes.


Fuentes de luz Modelo 3D

Si el usuario no desea limitarse a una simulación luminosa cuantitativa, pretendiendo demostrar el efecto que las luminarias pro ducen en el local, éste necesitará de unos modelos 3D de las luminarias. Hay algunos fabricantes que con este fin facilitan las llamadas luminarias virtuales, que comprenden la geometría tridimensional de la luminaria, las propiedades de su superficie, los ejes funcionales de giro y la distribución de intensidad luminosa. Con la ayuda de la cinemática inversa resulta muy fácil la creación rápida y realista de proyectores: Cuando el usuario está orientando la distribución luminosa en el local, automáticamente se estarán adaptando en tal sentido los elementos móviles de la luminaria.


Mediante el motor de render es posible generar imágenes fotorrealistas a base de un modelo 3D. Todo programa de simulación cuenta con unos procedimientos de renderización especiales que tiene sus correspondientes ventajas y desventajas. La experiencia demuestra que, debido a los progresos habidos en las prestaciones del hardware, cada tres a cuatro años se desarrollan unos métodos nuevos de cálculo. Si bien es cierto que son considerables los progresos de optimización en los programas de simulación, la calidad del rendering depende también de la habilidad del usuario.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaRendering

Radiosidad Mapeado de fotones Ray tracing



RadiosidadEn el cálculo de iluminación mediante el procedimiento de la radiosidad, los rayos de luz proceden de la fuente de luz y son reflejados al incidir en una superficie. Este proceso prosigue con número definido de iteraciones, con lo que además se tiene en cuenta la luz reflejada por otras superficies. Una ventaja esencial de la radiosidad consiste en que se guardan las propiedades de la luz en una red sobre la geometría del modelo. Este detalle permite cambiar posteriormente la posición de la cámara sin tener que efectuar nuevos cálculos. Desventajas de la radiosidad son el aumento del tiempo de cálculo, los detalles, esferas u otras escenas complejas con un elevado número de polígonos. Con una red de los valores de luz, cuyas mallas son relativamente grandes a fin de acelerar el cálculo, pueden

Mapeado de fotones El mapeado de fotones funciona de una manera similar al procedimiento de ray tracing. Mientras que el ray tracing trabaja con rayos que parten del foco de proyección, el mapeado de fotones aprovecha los rayos que parten de la fuente de luz. El mapeado de fotones trabaja con partículas virtuales, los llamados «fotones», desde los cuales la luz irradia al espacio. Si éstos inciden en una superficie, son reflejados y los valores de iluminación son guardados en ese lugar. Una tarjeta propia (photon map) guarda los ajustes de los fotones. Así no se vincula la geometría, y puede ser utilizada para simulaciones con cálculos distribuidos en la red. La posición de la cámara admite ser modificada sin tener que efectuar un cálculo nuevo – si bien este proceso no es posible en forma interactiva.

aparecer, en cambio, errores en la distribución de la iluminancia.La radiosidad fue uno de los primeros procedimientos para el cálculo de iluminación, y estuvo bastante difundido debido a la posibilidad de calcular la iluminación indirecta, difusa. Si en la animación de un modelo arquitectónico lo único que cambia es el ajuste de la cámara, pero no la luz, bastará un cálculo único para las diversas perspectivas.

Cuanto mayor sea el número de fotones presentes en el modelo, tanto mayor la precisión con la que se pueden diseñar las transiciones en el rendering, y del mismo modo aumentará el volumen de cálculo necesario. Después de un cierto número de reflexiones, la tarjeta de fotones poseerá la exactitud deseada. En un proceso adicional se podrán fundir los puntos entre sí mediante el alisado (gathering). El mapeado de fotones sirve actualmente de base para otros procedimientos de cálculo adicionales. Para poder representar mejor los detalles, se utiliza una combinación con el ray tracing. Un método que esté basado exclusivamente en el ray tracing puede resultarnos más engorroso si se trata de modelos con fuentes de luz muy pequeñas o muy claras.


Ray tracing El cálculo de iluminación con ray tracing, también llamado «Monte Carlo Raytracing», no se basa en los rayos de luz que salen de las fuentes de luz, como lo hacen la radiosidad y el mapeado de fotones. En su lugar los rayos van del foco de proyección hacia el modelo y las fuentes de luz. Si los rayos que vienen del foco de proyección inciden en una superficie, se verifica o través de unos rayos adicionales si este punto refleja luz o si recibe sombra. El resultado respecto a este punto es reproducido como pixel en un plano de imagen. Cuanto mayor sea la resolución del plano de imagen elegida, y cuanto más superficies reflectantes hay, tanto más rayos y tanto mayor cálculo exigirá la simulación. La ventaja del ray tracing radica en la reproducción exacta de los deta lles y las sombras más


pequeñas. Puesto que este méto do depende de un plano de imagen, el cambio del lugar de observación y de la dirección de la vista exigirán un nuevo cálculo. Las escenas con unas relaciones de contraste muy elevadas son críti cas, puesto que los rayos aleatorios para el cálculo parten del ojo y porque las aberturas de luz pueden quedar fuera de consideración, como si fueran unas pequeñas ventanas en una gran pared.


Del mismo modo como es posible evaluar una foto según criterios técnicos de calidad, los intervinientes en la planificación pueden verificar si hay errores en los renderings. Si bien la primera impresión se rige por la estética de la imagen en general y la similitud del efecto luminoso en el entorno natural, contamos con otros criterios varios para una evaluación crítica a nivel técnico. Al deseo de contar con una reproducción lo más exacta posible se contraponen el trabajo necesario para un modelado detallado y los tiempos de cálculo más largos. Para la simulación correspondiente esto significa hallar una buena medida de equilibrio entre la exactitud y la velocidad.

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaEvaluación

Diseño de la imagen Artefactos


Diseño de la imagen A la hora de evaluar el diseño de la imagen, serán los aspectos estéticos los que estarán en el foco de atención. La perspectiva decide, junto con una isometría, perspectiva central o perspectiva de dos puntos, sobre la impresión geométrica o natural. Del mismo modo contribuyen la intensidad luminosa total, el contraste y la saturación cromática a una representación realista. Unas superficies cuidadosamente definidas crean impresiones cercanas a la realidad.



Artefactos Los buenos ajustes del cálculo de la imagen se pueden verificar a base de los artefactos de detalles. Si los cantos curvos presentan efectos de solapamiento, por ejemplo bordes escalonados y transiciones pronunciadas, esto será indicio de una reducción excesiva de la capacidad de cálculo. Frecuentemente es posible disminuir en mucho las operaciones de cálculo si se toman sólo algunos puntos aleatorios que se alisan y pueden confundir. Este atajo no se nota en las superficies lisas, pero el error producido sale a relucir en las formas pequeñas y complejas. Tal aspecto se vuelve relevante en los detalles, si los contrastes de luminancia son considerables. Una situación simi lar se da con las transiciones de luminancias sobre bordes, o la sombra demasiado débil de un objeto, si el sombreado en el local fue interpolado en exceso. Una retícula demasiado amplia y un ensamblaje no óptimo de las piezas puede conducir a distribuciones luminosas falsas, donde por ejemplo la luz atraviesa una pared o un techo.


Local con pocos puntos aleatorios Local con suficientes puntos aleatorios

Sombra con interpolación fuerte Detalle de sombra con interpolación fuerte

Sombra con interpolación buena Superficies con pocos puntos aleatorios


E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaHardware

Un hardware más rápido produce un efecto más notable en la simulación luminosa y su cálculo que en otros campos, como lo son la comunicación o el procesamiento de textos. Para un proceso de simulación eficaz es decisivo que haya una buena coherencia entre el procesador, la memoria y la tarjeta gráfica.

Procesador Memoria de trabajo Tarjeta gráfica


E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaHardware

Procesador El procesador (CPU, Central Processing Unit) tiene a su cargo el rendimiento de cálculo. Si un procesador trabaja al doble de la velocidad que otro, el tiempo de cálculo para el rendering disminuirá en la mitad. Lo recomendable hoy día son los procesadores duales. Hay algunas estaciones de trabajo que cuentan para ello con varias CPUs. Para tareas complejas, el usuario podrá recurrir a otros ordenadores de la red, para el cálculo distribuido.

Memoria de trabajo La memoria de trabajo (RAM, Ran dom Access Memory) no pro duce efecto directo en la velocidad de cálculo. Más bien determina en primer lugar, cómo de grande puede ser la escena con la que se está trabajando, antes de que el ordena dor empiece a grabar datos en el disco duro. Esta grabación es lenta y hace demorar el proceso de renderización. Puesto que la dependencia no asume un desarrollo lineal, vemos que a partir de un cierto valor límite se produce una considerable disminución del rendimiento. Si el cálculo está acompañado de actividades frecuentes del disco duro, será aconsejable ampliar la capacidad de la memoria de trabajo.

Tarjeta gráfica La tarjeta gráfica determina el grado de la posible interactividad con el modelo 3D, ante todo si se trata de objetos texturizados. Ahora bien, en la velocidad de cálculo propiamente dicha es muy poco el efecto de la tarjeta gráfica. Pero actualmente se están observando algunas evoluciones en cuanto a que en el futuro se recurrirá también a la tarjeta gráfica para la simulación.


E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaSoftware

Para la simulación luminosa se dispone de bastantes programas. El espectro del software va desde el análisis cuantitativo hasta visualizaciones sofisticadas. Si con un cierto software se podrá realizar una simulación luminosa correcta a nivel físico, es algo que el usuario podrá averiguar consultando el manual del mismo en cuanto si aquél brinda soporte a la iluminación global o radiosidad, y si el formato correspondiente es IES o Eulumdat. Si se da este caso, el usuario podrá componer los datos fotométricos a base de los respectivos datos DXF 3D.

DIALux Autodesk Radiance


DIALux DIALux es un software gratuito para el cálculo y la visualización de proyectos de iluminación. Este programa es del Instituto Alemán de Luminotecnia Apli cada (Deutsches Institut für angewandte Lichttechnik) DIAL. El software DIALux permite el análisis cuantitativo rápido y sin problemas de un proyecto, y cuenta con una funcionalidad sencilla de renderización 3D. El formato de datos ULD para luminarias comprende la geometría 3D de la luminaria, la distribución de intensidad luminosa y la descripción del artículo. Los paquetes PlugIn de los fabricantes de luminarias comprenden datos de planificación adicionales, como lo son el factor de mantenimiento o los valores UGR.Más informaciones sobre el software DIALux: www.dialux.com

Autodesk Con el software VIZ la empresa Autodesk pone a disposición un programa para visualizaciones exigentes. Los datos de luminarias para Autodesk VIZ, o también 3ds Max, incluyen el modelo 3D de la luminaria, las propiedades de su superficie y las texturas, junto con la movilidad de los componentes (cinemática inversa). Mediante la cinemática inversa es posible orientar los proyectores con unos pocos ajustes. Para la simulación luminosa se necesitarán además datos fotométricos. Con el Autodesk VIZ o el 3ds Max es posible efectuar un cálculo de la radiosidad al objeto de obtener una simulación luminosa correcta a nivel físico.

Radiance Radiance es un programa profesional para la simulación luminosa de Berkeley Lab. El amplio surtido de herramientas de cálculo y análisis exige que se posean unos conocimientos muy extensos de sistemas operativos y comandos shell, razón por la que suele ser empleado en centros de investigación y empresas altamente especializadas. Debido a esta complejidad, dicho programa no es idóneo para la representación rápida de un proyecto de iluminación cualitativo. Mediante los datos de luminarias IES es posible realizar una simulación luminosa correcta en el orden físico.

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Edición: 01.03.2010 | Versión actual bajo www.erco.com

E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaDesarrollos

En comparación con otras tecnologías, como la fotografía digital o la autoedición, la visualización 3D todavía está en pañales. Es factible que las innovaciones revolucionen los procedimientos en unos pocos años. La mirada al futuro nos indica algunas de las evoluciones que se producirán en la simulación luminosa.

HDR Espectro luminoso Rendering en tiempo real

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E GuíaSimulación y cálculo | Simulación luminosaDesarrollos

HDRLa expresión HDR significa «High Dynamic Range» (Alto Rango Dinámico) y describe un formato técnico que pretende guardar y representar un mayor contraste de luminancia. Los equipos de salida gráficos funcionan actualmente con el «Low Dynamic Range» de 255 graduaciones por cada canal cromático para RGB (8bit). En una escena con un muy elevado contraste de luminancia, por ejemplo debido al sol, es posible que haya zonas que sean 100000 veces más claras que las que están en la sombra. Si se guarda la imagen como fichero TIFF o JPG, el alcance de los con trastes es comprimido, con el efecto que el sol es solamente 255 veces más claro que la sombra. El sol y un florero blanco pueden aparecer ambos como blancos en la imagen, no siendo correctamente reproducido el contraste de luminancia real. Puesto que en las imágenes en formato HDR (32bit)

Espectro luminoso La calidad de la reproducción cro mática todavía no se deja reproducir en la mayoría de los módulos de simulación, puesto que no estamos contando con datos y programas correspondientes. Actualmente el software no está calculando todo el espectro visible de la luz, sino que se limita a ciertos segmentos: rojo, verde y azul. Ya que las diferentes fuentes de luz no cuentan con un espectro uniforme, resulta de ello una reproducción cromática diferente, que no es cubierta por los programas de simulación. Quiere decir que con el estado actual de la técnica no se pueden hacer predicciones sobre por ejemplo la reproducción cromática que se tendrá al iluminarse materiales textiles en un comercio. Unas funcionalidades correspondientes, todavía futuras, impondrían la condición de tener que definir adicionalmente, tanto las fuentes

Rendering en tiempo realEn las simulaciones siempre transcurre un cierto tiempo entre la entrada de datos y el resultado. Razón por la cual se desea que el cálculo tenga lugar en tiempo real. Hay ya numerosas funciones cuya reproducción se consigue en tiempo real. Pero los avances técnicos suelen ir acompañados de unas exigencias más altas en cuanto a la representación, lo que vuelve a disminuir la velocidad. Unos impulsos correspondientes los está recibiendo la tecnología del tiempo real de los videojuegos, donde la interacción modifica directamente la secuencia de imágenes. El usuario saca provecho, en los videojuegos, de unos

sofisticados cálculos previos que no son usuales en la simulación de arquitectura. Los fabricantes de programas de renderización desarrollan, debido a ello, unas soluciones que se basan en las funciones de hardware de tarje tas gráficas potentes.

se conserva el alcance completo de los contrastes, se dan unas po sibilidades nuevas para la postexpo sición o renderizaciones. Cuando esto sea usual, veremos como el desarrollo de monitores idóneos para HDR llevarán esta tecnología a un nivel más elevado. A medio plazo el formato HDR habrá sustituido a los actuales formatos de imagen. El formato fotográfico RAW ya constituye un paso en esta dirección.

de luz como las superficies, por sus propiedades espectrales.

Distribución espectral relativa lámpara incandescente

Distribución espectral relativa lámpara de descarga de alta presión


La planificación de instalaciones de iluminación exige toda una serie de cálculos técnicos y económicos. Éstos se refieren normalmente al nivel medio de iluminación o a la iluminancia exacta en los diferentes puntos del espacio. Además de ello puede ser de importancia averiguar la luminancia de ciertos espacios individuales, las características de calidad de la iluminación, como el sombreado y la reproducción de contraste, o bien los costes de una instalación de iluminación, inclusive los costes de mantenimiento implicados.

E GuíaSimulación y cálculoCálculos

Potencia instalada Factor de mantenimiento

Iluminancias puntuales

Procedimiento UGR Gastos de iluminación

Cálculo del rendimiento de la luminaria


Definidas la luminanria, la fuente de luz y la iluminancia deseada, se calcula la potencia total instalada. Alternativamente si conocemos la potencia instalada, luminaria y fuente de luz, podremos calcular la iluminancia. Para efectuar cálculos rápidos aproximados los fabricantes acompañan tablas al efecto.

E GuíaSimulación y cálculo | CálculosPotencia instalada

Número de luminarias Iluminancia

404

Specifications 22227.000 Connected load of one luminaire P: 66.0 WConnected load per 100lxP*: 2.81 W/m2

Em Maintained value of illuminance DIN EN 12464

f Correction factor from separate correction table 0.93

MF Maintenance factor, reference value 0.80

Example with P*

Em · a · b · P*n = P · f · MF

500lx · 12m · 14m · 2.81W/m2

n = 66W · 0.93 · 0.81 · 100lx

n = 48

Specifications 22227.000 Connected load of one luminaire P: 66.0 WConnected load per 100lxP*: 2.81 W/m2

Em Maintained value of illuminance DIN EN 12464

f Correction factor from separate correction table 0.93

MF Maintenance factor, reference value 0.80

Example with P*

n · P · f · MFEm = a · b · P*

48 · 66W · 0.93 · 0.80 · 100lxEm = 12m · 14m · 2.81W/m2

Em =499


Número de luminarias El cálculo del número necesario de luminarias para una iluminancia dada se basa en los valores dados de la potencia instalada por cada luminaria y 100lx. Otro factor adicional que se debe tener en cuenta es el factor de mantenimiento, de modo que haya seguridad de que los requisitos de iluminancia se tengan cumplidos durante todo el período de funcionamiento. Puesto que estos valores son exactos solamente para un local estandarizado, el cálculo requiere un factor de corrección si las condiciones difieren de ello.

E

Iluminancia Para poder calcular la iluminancia para un número dado de luminarias, se necesitará como especificación la potencia instalada por luminaria y 100lx. Incluyéndose el factor de mantenimiento se podrá averiguar el factor de mantenimiento de la iluminancia. El factor de mantenimiento indica la iluminancia media mantenida cuyo valor no será nunca inferior al proyectado. Puesto que estos valores son exactos solamente para un local estandarizado, el cálculo requiere un factor de corrección si las condiciones difieren de ello.

GuíaSimulación y cálculo | CálculosPotencia instalada


Con ayuda de la ley de la inversa del cuadrado de la distancia, es posible calcular la iluminancia en un punto del espacio. Ésta se basa en el hecho de que la iluminancia disminuye con el cuadrado de la distancia de la fuente de luz. Las partes correspondientes a la iluminación indirecta no se tienen en cuenta para dicho cálculo. El cálculo de las iluminancias puntuales puede ser efectuado para la iluminación por una luminaria individual como también para varias luminarias conjuntas. Para zonas limitadas pequeñas con luminarias individuales también es posible efectuar un cálculo manual. Si las luminarias y los puntos del espacio son muchos, se emplearán, en cambio, programas de planificación luminotécnica que incluyen también las partes correspondientes a la iluminación indirecta. Estos programas son capaces de averiguar la iluminancia para todas las zonas perimetrales del espacio y los planos de trabajo. Para la representación gráfica se utilizan diagramas Isolux o gráficos de falso color.

E GuíaSimulación y cálculo | CálculosIluminancias puntuales


Para asegurar que se mantenga la iluminancia necesaria durante un cierto período de tiempo, el proyecto de iluminación prevé un factor de mantenimiento MF (Maintenance Factor), el cual tiene en cuenta la disminución del flujo luminoso de una instalación de iluminación. El valor de la iluminancia inicial de una instalación se calcula entonces a base del valor de mantenimiento de la iluminancia y el factor de mantenimiento. El plan de mantenimiento indica la periodicidad de la limpieza de las luminarias y del local, así como la del cambio de lámparas. Quiere decir que el valor de mantenimiento de la iluminancia depende de las luminarias, lámparas y de las condiciones del local.

Factor de mantenimiento de la luminaria

Factor de mantenimiento del espacio

E GuíaSimulación y cálculo | CálculosFactor de mantenimiento

Factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara

Factor de supervivencia de la lámpara

407

Cleaning frequency (a)Environmental conditionsA Open luminairesB Opentop reflectorsC Closedtop reflectors D Closed reflectors E Dustproof luminairesF Luminaires with indirect emission

1 2 3P C N D P C N D P C N D0.96 0.93 0.89 0.83 0.93 0.89 0.84 0.78 0.91 0.85 0.79 0.730.96 0.90 0.86 0.83 0.89 0.84 0.80 0.75 0.84 0.79 0.74 0.680.94 0.89 0.81 0.72 0.88 0.80 0.69 0.59 0.84 0.74 0.61 0.520.94 0.88 0.82 0.77 0.89 0.83 0.77 0.71 0.85 0.79 0.73 0.650.98 0.94 0.90 0.86 0.95 0.91 0.86 0.81 0.94 0.90 0.84 0.790.91 0.86 0.81 0.74 0.86 0.77 0.66 0.57 0.80 0.70 0.55 0.45

1 2 3P C N D P C N D P C N D0.99 0.98 0.96 0.95 0.97 0.96 0.95 0.94 0.97 0.96 0.95 0.940.96 0.92 0.88 0.85 0.93 0.89 0.85 0.81 0.90 0.86 0.82 0.780.94 0.88 0.82 0.77 0.91 0.84 0.77 0.70 0.84 0.78 0.72 0.64

Classification of Environmental ConditionsP (very clean room) pureC (clean room) cleanN (average conditions) normalD (dirty room) dirty

Cleaning frequency (a)Environmental conditionsDirect emissionDirect/indirect emission Indirect emission



El factor de mantenimiento de luminaria LMF (Luminaire Maintenance Factor) tiene en cuenta la depreciación del flujo luminoso de la luminaria a consecuencia del ensuciamiento de esta última. Viene a representar la relación entre el rendimiento de una luminaria al momento de la limpieza y el valor inicial. Depende de la forma de construcción de la luminaria y de la posibilidad de ensuciamiento que conlleva. La clasificación LMF es indicada siempre junto a la luminaria. Para el plan de mantenimiento interesa determinar la periodicidad óptima de limpieza.

Factor de mantenimiento del espacio

El factor de mantenimiento del espacio RSMF (Room Surface Maintenance Factor) tiene en cuenta la depreciación del flujo luminoso como consecuencia del ensuciamiento de las zonas perimetrales del espacio. Representa la relación entre las reflectancias de las zonas perimetrales del local en el momento de la limpieza y en el momento inicial. Éste depende de la suciedad presente en el local o de las condiciones reinantes en el entorno de un local, y de la periodicidad de limpieza que se haya elegido. Del mismo modo influyen el tamaño del local y el tipo de iluminación (desde radiación directa hasta radiación indirecta). Para el factor de mantenimiento del espacio se cuenta con cuatro clasificaciones de ensuciamiento del local: P pure (local muy limpio), C clean (local limpio), N normal (local con ensuciamiento normal) y D dirty (local sucio).


408

2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 200000.95

0.86 0.82 0.75 0.69 0.66 0.99 0.98 0.98 0.97 0.97 0.96 0.96 0.95 0.95 0.94

0.92 0.88 0.85 0.83 0.83 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88 0.88

Hours of operation (h)Tungsten halogen lamps/ lowvoltageMetal halide lamps Highpressure sodium vapour lampsCompact fluorescent lamps Fluorescent lamps


Factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara

El factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara LLMF (Lamp Lumen Maintenance Factor) tiene en cuenta la depreciación del flujo luminoso a consecuencia del envejecimiento de la lámpara. Viene a ser la relación entre el flujo luminoso de la lámpara en un momento determinado y el valor inicial. Tener en cuenta las especificaciones más recientes de los fabricantes de las lámparas.


Factor de supervivencia de la lámpara

El factor de supervivencia de la lámpara LSF (Lamp Survival Factor) tiene en cuenta la diferencia entre la duración de vida de cier tas lámparas individuales con respeto a la vida media de todas las lámparas. Éste depende de la duración de servicio. Para ello se tendrán que tener en cuenta las especificaciones más recientes de los fabricantes de las lámparas. En caso de cambio inmediato de una lámpara defectuosa, el factor de supervivencia de la lámpara será LSF = 1. Para el plan de mantenimiento de una instalación de iluminación se tendrá que determinar adicionalmente la periodicidad óptima del cambio de lámparas. Ésta depende del uso, y se averigua a base del análisis de la duración del encendido de la iluminación en el local y de la vida media de las lámparas elegidas.

409

3.3 Practical planning3.3.6 Calculations

the portion of luminous flux emitted bythe light sources, which falls on theworking plane after interaction with lumi-naires and room surfaces. The decidingfactor in this calculation is the utilance,which is derived from the geometry ofthe space, the reflectance of the room sur-faces and the efficiency and the distri-bution characteristics of the luminairesused.

To be able to calculate the appropriateutilance in each individual case, there are tables available, which contain theutilance of a standardised space withchanging room geometry, changing re-flection factors and luminaires with avariety of distribution characteristics. Thebasic, idealised space is presumed to beempty and of regular shape and propor-tions, i.e. rectangular and having the ratioof length to width approx. 1.6 to 1. The luminaires are presumed to be arrangedin a regular pattern on the ceiling, eithermounted directly onto the ceiling or sus-pended from the ceiling. These standar-dised values have a decisive influence onthe accuracy of the calculations for theapplication. If the conditions inherent inthe basic concept are in line with those inthe model space, the results will be rea-sonably accurate. The more the basic con-ditions deviate from the standardisedconditions, e.g. if the lighting layout is distinctly asymmetrical, it must be acceptedthat an increasing number of errors willoccur in the calculation.

When using the utilisation factor method an appropriate utilance table hasto be used for each type of luminaire. Thecorresponding standard luminaire classifi-cation table can be used for this purpose.Luminaire classification in accordancewith DIN 5040 and the German LightingEngineering Society is made up of oneletter and two digits, a combination indi-cates a number of luminaire qualities. The letter defines the luminaire class andindicates whether a luminaire emits light primarily in the upper or lower partof the space, i.e. direct or indirect ligh-ting. The first digit refers to the proportionof luminous flux falling onto the workingplane in the lower part of the space. Thesecond digit indicates the correspondingvalue for the upper part of the space. It isoften not necessary to use the standardtable of luminaire classification, as exacttables are supplied by the lighting manu-facturers.

155

Light output ratio hLB:ratio of the luminousflux emitted by a lumi-nair ÏLe under opera-ting conditions to theluminous flux of thelamp ÏLa.

Utilisation factor method: formula forcalculating the nominal illuminance EN for a given number of lumi-naires or the numberof luminaires n for a given illuminance.

Typical light output ratios hLB for direct luminaires with variouscut-off angles and lamp types.

Luminaire Lamp type hLB

Louvred luminaire 30° T26 0.65–0.75Louvred luminaire 40° T26 0.55–0.65Louvred lumin. square TC 0.50–0.70Downlight 30° TC 0.60–0.70Downlight 40° TC 0.50–0.60Downlight 30° A/QT 0.70–0.75Downlight 40° A/QT 0.60–0.70

EN (lx) Nominal illuminancen Number of luminairesa (m) Length of spaceb (m) Width of spaceÏ (m) Luminous flux per luminairehR UtilancehLB Light output ratioV Light loss factor

ÏLa

ÏLe

æLB = ÏLeÏLa

EN = V . n . Ï . æR . æLBa . b

n = . En . a . bÏ . æR . æLB

1V


the portion of luminous flux emitted bythe light sources, which falls on theworking plane after interaction with lumi-naires and room surfaces. The decidingfactor in this calculation is the utilance,which is derived from the geometry ofthe space, the reflectance of the room sur-faces and the efficiency and the distri-bution characteristics of the luminairesused.

To be able to calculate the appropriateutilance in each individual case, there are tables available, which contain theutilance of a standardised space withchanging room geometry, changing re-flection factors and luminaires with avariety of distribution characteristics. Thebasic, idealised space is presumed to beempty and of regular shape and propor-tions, i.e. rectangular and having the ratioof length to width approx. 1.6 to 1. The luminaires are presumed to be arrangedin a regular pattern on the ceiling, eithermounted directly onto the ceiling or sus-pended from the ceiling. These standar-dised values have a decisive influence onthe accuracy of the calculations for theapplication. If the conditions inherent inthe basic concept are in line with those inthe model space, the results will be rea-sonably accurate. The more the basic con-ditions deviate from the standardisedconditions, e.g. if the lighting layout is distinctly asymmetrical, it must be acceptedthat an increasing number of errors willoccur in the calculation.

When using the utilisation factor method an appropriate utilance table hasto be used for each type of luminaire. Thecorresponding standard luminaire classifi-cation table can be used for this purpose.Luminaire classification in accordancewith DIN 5040 and the German LightingEngineering Society is made up of oneletter and two digits, a combination indi-cates a number of luminaire qualities. The letter defines the luminaire class andindicates whether a luminaire emits light primarily in the upper or lower partof the space, i.e. direct or indirect ligh-ting. The first digit refers to the proportionof luminous flux falling onto the workingplane in the lower part of the space. Thesecond digit indicates the correspondingvalue for the upper part of the space. It isoften not necessary to use the standardtable of luminaire classification, as exacttables are supplied by the lighting manu-facturers.

155

Light output ratio hLB:ratio of the luminousflux emitted by a lumi-nair ÏLe under opera-ting conditions to theluminous flux of thelamp ÏLa.

Utilisation factor method: formula forcalculating the nominal illuminance EN for a given number of lumi-naires or the numberof luminaires n for a given illuminance.

Typical light output ratios hLB for direct luminaires with variouscut-off angles and lamp types.

Luminaire Lamp type hLB

Louvred luminaire 30° T26 0.65–0.75Louvred luminaire 40° T26 0.55–0.65Louvred lumin. square TC 0.50–0.70Downlight 30° TC 0.60–0.70Downlight 40° TC 0.50–0.60Downlight 30° A/QT 0.70–0.75Downlight 40° A/QT 0.60–0.70

EN (lx) Nominal illuminancen Number of luminairesa (m) Length of spaceb (m) Width of spaceÏ (m) Luminous flux per luminairehR UtilancehLB Light output ratioV Light loss factor

ÏLa

ÏLe

æLB = ÏLeÏLa

EN = V . n . Ï . æR . æLBa . b

n = . En . a . bÏ . æR . æLB

1V


El procedimiento UGR (Unified Glare Rating), la valoración unificada del deslumbramiento según CIE 117, sirve para la valoración y limitación del deslumbramiento directo psicológico proveniente de luminarias. Al contrario de los anteriores procedimientos, donde el deslumbramiento era valorado a base de las luminancias de cada luminaria individual, en este caso se procede a calcular el deslumbramiento de toda la instalación de iluminación para una posición definida del observador. Según DIN EN 12464 se indica el valor de referencia UGR para un local estandarizado. Los programas modernos de planificación luminotécnica permiten un cálculo exacto del índice UGR para una posición definida del observador dentro de un local. Cuanto más bajo sea el índice UGR, tanto menor será el deslumbramiento. Adicionalmente será indicado el ángulo de elevación 65°, 75° o 85° para luminancias < 1000 cd/m2. Se trata, en este caso, del ángulo límite por encima del cual la luminaria acusa, en toda dirección, una luminancia de 1000 cd/m2.

E GuíaSimulación y cálculo | Cálculos

Procedimiento UGR

El cálculo del rendimiento de la luminaria sirve para el dimensionado aproximado de instalaciones de iluminación. Permite averiguar el número de luminarias que se necesitarán para una iluminancia deseada en un plano de trabajo, o bien averiguar la iluminancia que puede ser alcanzada mediante un número especificado de luminarias. El cálculo del rendimiento de la luminaria se basa en que la iluminancia media horizontal para un local con un tamaño dado puede ser averiguada a base del flujo luminoso total de las luminarias instaladas así como del rendimiento de la luminaria y del factor de utilización de un local. Para las tareas de proyección, el cálculo del rendimiento de la luminaria apenas ya reviste relevan cia, puesto que se basa en locales

Cálculo del rendimiento de la luminaria

Método del factor de utilización: fórmulas para el cálculo de la iluminancia nominal EN sabiendo la cantidad de luminarias o la cantidad n de luminarias en función de la iluminancia

estandarizados y porque con los programas informáticos sencillamente es más rápido y más fácil calcular locales individualizados. El cálculo del rendimiento de la luminaria sirve ya solamente de base para la norma comunitaria correspondiente y los programas de planificación para calcular la iluminancia media de locales con un módulo de luminarias regular.

410

Eh

P

A L

™

h

Eh

P

L

å

Ev

Eh


3.3.6.4 Lighting costs

When calculating the costs for a lightinginstallation it is necessary to differentiatebetween the fixed costs and the variablecosts. The fixed costs do not apply to theoperating time of the lighting installation,they comprise the amotised costs for the luminaires, for their installation andcleaning. The variable costs are dependenton the operating time. They comprise costsfor energy, material and wages for staffcarrying out lamp replacement. On thebasis of these values it is possible to cal-culate the different qualities of a lightinginstallation.

The annual costs of a lighting instal-lation are of particular interest. It is oftenadvisable to compare the economic effi-ciency of different lamp types in the plan-ning phase. This data can be calculatedeither as annual costs or as costs for theproduction of a specific quantity of light.The pay-back time is important in bothcompletely new projects and refurbishmentprojects, that is to say the period of timewithin which the operating costs that havebeen saved can be set off against theinvestment costs for the new installation.

159

Horizontal illuminanceEh at point P, producedby luminous surface Aof luminance L at angle ™.

Horizontal illuminanceEh at point P, producedby a circular luminoussurface of luminance L,whereby the surfaceextends to an angle 2 å.

Vertical illumnancee Ev,produced by luminanceL from one half of thespace.

Horizontal illuminanceEh, produced by lumi-nance L from one halfof the space.

Formula for calculatingthe costs of a lightinginstallation K from thefixed costs K' and theannual operating costsK".

Formula for calculatingthe pay-back time t of a new installation.

Comparison of thepay-back time t of twonew installations, whereby installation Bhas higher investmentcosts and lower opera-ting costs.

Calculating illumi-nances from the lumi-nance of flat lightsources.

a (EU/kWh) Energy costs K (EU/a) Annual costs for a

lighting installationK' (EU/a) Fixed annual costsK" (EU/a) Annual operating costsK1 (EU) Costs per luminaire incl. mountingK2 (EU) Costs per lamp

incl. lamp replacementK l (EU) Investment costs (n · K1)

n Number of luminairesp (1/a) Interest payments for the installa-

tion (0.1–0.15)P (kW) Wattage per luminaireR (EU/a) Annual cleaning costs

per luminairet (a) Pay-back timetB (h) Annual operating timetLa (h) Service life of a lamp

Eh = . cos4 ™L . Ah2

Eh = π . L . sin2 å

[E] = lx[l] = cd/m2

[h] = m[A] = m2

K = K' + K''

K' = n (p . K1 + R)

K'' = n . tB (a . P + )K2tLa

K = n [p . K1 + R + tB (a . P + )]K2tLa

t = Kl (new)K'' (old) – K'' (new)

t = Kl (B) – Kl (A)K'' (A) – K'' (B)

Eh = π . L EV = . Lπ2

Eh

P

A L

™

h

Eh

P

L

å

Ev

Eh





159

















[E] = lx[l] = cd/m2

[h] = m[A] = m2

K = K' + K''

K' = n (p . K1 + R)

K'' = n . tB (a . P + )K2tLa

K = n [p . K1 + R + tB (a . P + )]K2tLa


t = Kl (B) – Kl (A)K'' (A) – K'' (B)

Eh = π . L EV = . Lπ2

Eh

P

A L

™

h

Eh

P

L

å

Ev

Eh





159

















[E] = lx[l] = cd/m2

[h] = m[A] = m2

K = K' + K''

K' = n (p . K1 + R)

K'' = n . tB (a . P + )K2tLa

K = n [p . K1 + R + tB (a . P + )]K2tLa


t = Kl (B) – Kl (A)K'' (A) – K'' (B)

Eh = π . L EV = . Lπ2


En cuanto a los gastos de una instalación de iluminación hay que diferenciar entre gastos fijos y gastos variables. Los gastos fijos son independientes del período de funcionamiento de la instalación de iluminación. Estos comprenden los gastos anuales en concepto de luminarias, su instalación y su limpieza. Los gastos variables, en cambio, dependen del período de funcionamiento. Éstos comprenden los gastos en concepto de corriente eléctrica, así como los gastos de material y por mano de obra para el cambio de las lámparas. Sobre la base de estos valores es posible determinar varias carac terísticas de una instalación de iluminación. De especial interés son, en tal sentido, los gastos anuales que la instalación de iluminación origina. Igualmente es frecuente el que durante la planificación se realice una comparación de rentabilidad entre los diferentes tipos de lámparas, cuyo cálculo puede ser efectuado igualmente como gastos anuales, pero igualmente como gastos para la generación de una cierta cantidad de luz que se define como flujo luminoso por unidad de tiempo. Tanto en la creación nueva como también, y ante todo en estas circunstancias, en el saneamiento de instalaciones de iluminación, desempeña un papel adicional el cálculo del tiempo «pay back», o sea del período de tiempo dentro del cual los gastos operativos economizados compensan los gastos de inversión en la instalación nueva.

E GuíaSimulación y cálculo | Cálculos

Gastos de iluminación


El proceso que conlleva un proyecto de iluminación depende de unas informaciones detalladas al objeto de dar cumplimiento a las normativas en materia de iluminancia y confort visual. Para los programas de simulación, los fabricantes de luminarias ofrecen unos ficheros informáticos que contienen los datos luminotécnicos de las luminarias.

E GuíaSimulación y cálculoDatos de planificación

Simulación luminosa Factor de mantenimiento


Para la simulación luminosa, el usuario puede aprovechar las informaciones sobre la distribución tridimensional de la intensidad luminosa y sobre la geometría. De este modo es posible calcular las iluminancias y luminancias, e igualmente valorar la impresión visual que la luminaria transmite dentro del local.

E GuíaSimulación y cálculo | Datos de planificaciónSimulación luminosa

IES / Eulumdat DXF idrop


IES / Eulumdat El formato de datos IES es un formato conocido a nivel internacional, que se utiliza para la descripción de la distribución de intensidad luminosa de luminarias. Puede ser empleado en un gran número de programas para luminotecnia, cálculos y simulaciones. Este formato fue, en su origen, la norma del IESNA (Illuminating Engineering Society of North America). La versión actual es la IES LM6302. Eulumdat es el formato de datos europeo para lúmenes, equivalente al IES.

E

DXF El formato DXF guarda la geometría de una luminaria. Los materiales y la distribución lumi nosa no están guardados en este formato de intercambio. Este formato admite ser importado a la mayoría de los sistemas CAD. Los datos DXF con elementos 2D sirven, en la planificación, para la anotación de las luminarias en el nivel del techo. Los datos DXF con elementos 3D proporcionan una impresión viva de las luminarias en las representaciones tridimensionales.

GuíaSimulación y cálculo | Datos de planificaciónSimulación luminosa

i-drop idrop es una tecnología del crea dor de software Autodesk que permite transferir contenidos de Internet, mediante el «Drag & Drop», a una aplicación de software. Para la simulación luminosa es posible transferir las lumina rias virtuales, con los correspon dientes datos fotométricos, directamente desde el sitio web de un fabricante de luminarias al programa de simulación. Los datos comprenden la geometría 3D, la fotometría y las texturas. La luminaria permite ser introducida directamente en la escena de la simulación luminosa, de acuerdo con la posición deseada. Con el objeto de que la luminaria quede alineada automáticamente según las superficies del espacio, o cualquier otro plano normal, tiene que estar activada la función del tramado automático (autogrid). Con la ayuda de la cinemática inversa se podrá efectuar la orientación de la luminaria conforme al blanco de la fuente de luz.

idrop funciona, por ejemplo, con VIZ 4 VIZrender, 3ds Max 5 y 6, AutoCAD así como con DIALux. El requisito que rige para ello es emplear el Internet Explorer, y la activación de las funciones Active X.


E GuíaSimulación y cálculo | Datos de planificaciónFactor de mantenimiento

Para el cálculo del factor de mantenimiento de una instalación de iluminación se deberá indicar, con respecto a las luminarias, el rendimiento de la luminaria y el factor de mantenimiento de la luminaria.

Rendimiento de la luminaria


415

Cleaning frequency (a)Environmental conditionsA Open luminairesB Opentop reflectorsC Closedtop reflectors D Closed reflectors E Dustproof luminairesF Luminaires with indirect emission

1 2 3P C N D P C N D P C N D0.96 0.93 0.89 0.83 0.93 0.89 0.84 0.78 0.91 0.85 0.79 0.730.96 0.90 0.86 0.83 0.89 0.84 0.80 0.75 0.84 0.79 0.74 0.680.94 0.89 0.81 0.72 0.88 0.80 0.69 0.59 0.84 0.74 0.61 0.520.94 0.88 0.82 0.77 0.89 0.83 0.77 0.71 0.85 0.79 0.73 0.650.98 0.94 0.90 0.86 0.95 0.91 0.86 0.81 0.94 0.90 0.84 0.790.91 0.86 0.81 0.74 0.86 0.77 0.66 0.57 0.80 0.70 0.55 0.45


E GuíaSimulación y cálculo | Datos de planificaciónFactor de mantenimiento

Rendimiento de la luminaria El rendimiento de la luminaria es denominado LOR (Light Output Ratio) según DIN/EN 13032/2, y describe la relación entre el flujo luminoso emitido por una luminaria y el flujo luminoso de las lámparas empleadas. En las luminarias de radiación directa/indirecta, se indican además los componentes «DLOR» (Down Light Output Ratio) y «ULOR» (Upper Light Output Ratio). Con esto se puede reconocer la distribución del flujo luminoso de una luminaria en los semiespacios inferior y superior.


El factor de mantenimiento de la luminaria (LMF) tiene en cuenta la depreciación del flujo luminoso de la luminaria a consecuencia del ensuciamiento de esta última. Viene a ser la relación entre el rendimiento de una luminaria al momento de la limpieza y el valor inicial. Depende de la forma de construcción de la luminaria y de la posibilidad de ensuciamiento que conlleva. Para las luminarias se indica una clasificación para el «Factor de mantenimiento según CIE».


Los ejemplos de planificación muestran la manera conveniente de utilizar las simulaciones luminosas en un proceso de planificación. Las visualizaciones simplifican no sólo la optimización de la disposición de las luminarias, sino que ayudan, al mismo tiempo, en lo que a la comunicación de conceptos se refiere. Estos ejemplos dan a conocer la evolución habida a través del tiempo – desde el primer empleo de luminarias virtuales y el cálculo de reflectores hasta la representación de conceptos dinámicos de iluminación.

E GuíaSimulación y cálculoEjemplos de planificación

Simulación Prototipo virtual


La selección de los proyectos nos permite formar una idea de cómo puede ser utilizada la simulación con monumentos, edificios sagrados, complejos administrativos y locales comerciales.

E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificaciónSimulación

Chiesa Dives in Misericordia

Puerta de Brandeburgo

Ara Pacis

Parlamento escocés BMW Mini Salón de automóviles

Película: Tune the light


Simulación El proyecto de iluminación de la Chiesa Dives in Misericordia viene a ser un verdadero hito, puesto que en 1998 se utilizaron por primera vez luminarias virtuales de ERCO para la simulación luminosa. Esto permitió representar, verificar y analizar las variantes del concepto desde un momento temprano de planificación. En el modelo general de esta iglesia se utilizaron unas 160 luminarias virtuales. Las imágenes individuales del programa Lightscape se combinaron para formar módulos interactivos que por Internet esta ban al acceso de todos los proyectistas. De este modo podían evaluar las diferentes escenas de luz.

E

Planificación El concepto de iluminación trabaja con luz directa, dirigida, para la zonificación del espacio interior de la iglesia, y para acentuar los puntos de interés principales, como el altar y el crucifijo. Para ello se montaron proyectores en la estructura de acero de la claraboya. La otra componente del concepto resulta de la iluminación uniforme de las caras interiores de los paramentos abombados de hormigón, con proyectores y bañadores que fueron montados por encima de las claraboyas.

Arquitecto:Richard Meier, Nueva York

Proyectista luminotécnico:Fisher Marantz Stone, Nueva York

Lugar:Roma

GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónChiesa Dives in Misericordia


E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónPuerta de Brandeburgo

Simulación La Puerta de Brandeburgo, símbolo de Berlín, fue restaurada y se le puso una iluminación nueva. Los proyectistas luminotécnicos hicieron uso intenso de simulaciones luminosas durante todo el proceso de planificación. No era posible efectuar iluminaciones de prueba, ya que la obra se encontraba cubierta durante toda la fase de proyección, hasta que se produjera la inauguración. Las luminarias virtuales con la distribución luminosa fotométrica permitieron tanto las evaluaciones cualitativas como los análisis cuantitativos. A base de los resultados se pudo averiguar la disposición y la orientación de las luminarias. El uso intenso de las simulaciones durante el concurso contribuyó eficazmente al éxito del proyecto.

Planificación Bañadores de pared con lente que acentúan las columnas. Bañador con distribución luminosa asimétrica iluminan de manera homogénea las paredes de los pasos que atraviesan la puerta. Los proyectores para la cuadriga sobre la puerta se distribuyeron discretamente sobre los edificios circundante.

Arquitecto:Carl Gotthard Langhans (17321808)

Proyecto de iluminación: Kardorff Ingenieure, Berlín

Lugar:Berlín


Simulación En las simulaciones del antiguo altar de la paz Ara Pacis se hizo uso del método de la fototextura. El templo fue fotografiado por completo, y las fotografías asignadas a las diferentes partes del edificio. El programa DIALux permitió tener una impresión bastante realista. Un punto clave de la simulación luminosa lo constituyó el análisis del ángulo óptimo de incidencia de la luz en el relieve, de modo que se pudiera verificar la formación de sombras por el friso en voladizo, y para integrar bien las luminarias en la arquitectura. Para la vista exterior en horas de la noche sirvió la fototextura de las ventanas de travertino y del relieve del zócalo. El modelo fue utilizado a su vez para simulaciones con luz natural. La inclusión de la arquitectura en su entorno se efectuó mediante un programa gráfico. Para las superficie útiles dentro del edificio se efectuó la documentación de las iluminancias en números y con curvas Isolux.

E

Planificación El visitante accede al edificio a través de un atrio cerrado, antes de quedar expuesta a su vista la nave que, inundada de luz natural, alberga el altar. En los nichos del techo, con estructura en celosía de hormigón, están montados los proyectores que iluminan los relieves del templo. Las luminarias, equipadas con filtros de conversión «daylight», armonizan excelentemente con el color de la luz natural. El color de luz cálido de la luz halógena, en cambio, hace resaltar de manera óptima el color de las ventanas de travertino.

Arquitecto:Richard Meier, Nueva York

Proyectista luminotécnico:Fisher Marantz Stone, Nueva York

Lugar:Roma

GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónAra Pacis


Simulación Con sus techos de curvatura asimétrica, la visibilidad de la estructura soporte del techo y la manera en la que fueron acomodados los asientos, el Parlamento Escocés presenta una geometría sumamente compleja que hace difícil proyectar la iluminación. Esta situación exigió el empleo de la simulación luminosa a fin de cumplir las especificaciones impuestas para la transmisión TV, en los que a la dirección de la luz y la iluminancia se refiere. Puesto que las diferencias en la distancia de la luminaria con respecto a la superficie iluminada se traducían en unos intensos contrastes de luminosidad, se calculó la iluminancia en los rostros junto a la mesa de deliberación, aumentándola en su caso mediante unas luminarias adicionales. El programa Autodesk 3ds Max permitió utilizar luminarias virtuales con geometría 3D y conjuntos de datos fotométricos, los que permitieron verificar adicionalmen te el tamaño que la luminaria tendría en el local. Para planificar la ejecución se desarrolló otra aplicación que convirtiese, para estas 900 luminarias, las informaciones 3D en dibujos 2D, y que las presentase de acuerdo con el rendimiento, la posición, la orientación y la vista de la luminaria respectiva.

E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónParlamento escocés

Proyección horizontal

Modelo 3D

Estudio para la disposición de luminarias

Análisis de la iluminancia

Aplicación para el análisis de la iluminancia

Test Rendering


Planificación En la sala de plenos unos 200 proyectores con lente Vario para HITCE 150W con 4200K generan el elevado nivel de iluminación necesario para las transmisiones TV, y garantizan que los diputados cuenten con un buen confort visual. Mediante la lente Vario el proyectista luminotécnico puede ajustar individualmente el ángulo de irradiación, y compensar de este modo las diferencias de distancia con respecto a la superficie iluminada.

Arquitecto:EMBT Enric Miralles, Benedetta Tagliabue, Barcelona; RMJM, Edimburgo

Proyectista luminotécnico:Office for Visual Interaction (OVI), Nueva York

Lugar:Edimburgo

Simulación: PierreFélix Breton, Montrealwww.pfbreton.com

E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónParlamento escocés


Simulación Con las simulaciones para el salón de automóviles se estuvo verificando el concepto de iluminación, y por otro lado para ofrecerle al dueño de la obra una presentación fácilmente comprensible. En cuanto a las prestaciones de las simulaciones, a éstas pertenece el cálculo de la iluminancia y la luminancia de los automóviles, las paredes y las superficies de trabajo, a fin de poder analizar contrastes críticos de luminancia y evitar el deslumbramiento. En comparación con el empleo de dibujos técnicos con proyecciones horizontales y verticales, las visualizaciones ayudaron, a los intervinientes en la planificación, a formarse una mejor idea tridimensional de la solución luminotécnica.

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Planificación La iluminación básica antideslumbrante del pabellón es efectuada mediante Downlights pendulares para lámparas de halogenuros metálicos de 150W. Unos proyectores adicionales, en estructuras luminosas suspendidas, hacen resaltar las superficies de presentación que vengan al caso. Cuidan de que se produzcan efectos de brillantez en los metales y cristales. Una serie de Uplights enmarca el contorno del edificio, iluminando las láminas de aluminio del techo en voladizo.

Arquitecto:Scaramuzza/Rubelli

Proyectista luminotécnico:Piero Comparotto, Arkilux, Verona

Lugar:Brescia

GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónBMW Mini Salón de automóviles


Simulación La simulación luminosa de luz dinámica en color, al haber movimientos a través del espacio, es bastante compleja. Al tratarse de una película, las imágenes individuales pueden diferenciarse tanto por un cambio en la luz como por uno en la perspectiva. A fin de conservar la más alta flexibilidad posible del proyecto, los grupos de luminarias se calcularon por separado, sin ajuste alguno del color de luz definitivo. El programa de edición de videos permitió combinar las películas de los dife rentes grupos de luminarias y proceder a los ajustes dinámicos de colores. De este modo fue posible proceder a la captación de colores sin necesidad de efectuar un nuevo cálculo de la película.

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Planificación En la sala de eventos vemos como unos proyectores de haz intensivo acentúan cada una de las mesas, dándoles el efecto de ser unas islas. Unos bañadores, que cuentan con un color de luz variable, van cambiando el ambiente mediante el cambio de color. La proyección de Gobos crea diseños luminosos como elementos atractivos visuales.

Simulación: Aksel Karcher, Berlínwww.akselkarcher.com

GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | SimulaciónPelícula: Tune the light


En el prototipo virtual, aplicado al desarrollo de luminarias, se trata de analizar mediante simulaciones, en una fase temprana, los aspectos estéticos y técnicos, tales como la luminotecnia, estática y térmica sin que hubie ra ninguna luminaria real presente. Este proceso acelera el desarrollo y brinda seguridad para adoptar decisiones entre varias alternativas que estén en perspectiva.

E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificaciónPrototipo virtual

Luminarias Reflector


E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | Prototipo virtualLuminarias

Simulación Para poder relacionar un proyecto de luminarias, en cuanto a su forma y estética, con las fotografías del producto ya existentes, se simula un modelo de luminaria en un estudio fotográfico virtual. La situación real de iluminación del estudio fotográfico es transferida al software, realizándose fotografías digitales del estudio fotográfico en formato HDR. Para ello se ubica una esfera especular en la posición de la luminaria a ser reproducida, y el fotógrafo efectúa una serie de tomas con varios tiempos diferentes de exposición. A base de éstas, un programa graficador calcula una High Dynamic Range Image (HDRI) correspondiente. Al contrario de las fotografías digitales convencionales, con la HDRI se puede cubrir un mayor contraste de luminancia. La imagen HDR es importada, como entorno, al programa de simulación y suministra informaciones sobre la dirección de la luz, los colores de luz, las luminancias relativas, el tipo de las sombras y los reflejos, tal cual como reinan en el estudio fotográfico real.

Diseño de luminarias: ERCO

Simulación: ERCO; Aksel Karcher, Berlín


E GuíaSimulación y cálculo | Ejemplos de planificación | Prototipo virtualReflector

Simulación Mediante la simulación de reflectores, poco tiempo es necesario para obtener unas definiciones exactas sobre las distribuciones luminosas, sin tener que recurrir a costosas herramientas para prototipos de reflectores. Para la simulación de reflectores se recurre primero a la medición en detalle de las lámparas previstas, y se asignan la luminancia y demás características luminotécnicas a los diferentes componentes de aquélla. Seguidamente se definen la geometría del orificio de salida de la luz y la posición de la lámpara. Partiendo de una forma básica de reflector, el diseñador va modificando sucesivamente el contorno del reflector, a fin de conseguir la distribución luminosa deseada. Después de cada cambio del contorno, el programa calcula la iluminancia para una superficie de muestra, de modo que se pueda evaluar la distribución luminosa, y prepara una curva de distribución de intensidad luminosa de la luminaria virtual. Los programas para la simulación de reflectores se basan ordinariamente en el procedimiento de ray tracing, donde los rayos parten de la fuente de luz.

Definición Características de las lámparas

Rendering Lámpara

Simulación de reflector

Distribución luminosa en la superficie de prueba

Curva de distribución de intensidad luminosa

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Simulación y cálculo - ERCO · 2015-12-10 · Simulación y cálculo Introducción simulación Simulación y realidad Es frecuente que la calidad de una simulación sea valorada