LA ILUMINACIÓN EN LAS AULAS COMO ESTRATEGIA PARA UN BUEN APRENDIZAJE - Elena Sáez Miguel
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LA ILUMINACIÓN EN LAS AULAS COMO ESTRATEGIA PARA UN BUEN APRENDIZAJE Elena Sáez Miguel Trabajo de final de grado / GArqEtsab2014 ETSAB – UPC Línea: Tecnología Tutor: Adrián Muros Alcojor Septiembre 2021, Barcelona
“La luz es el material básico, imprescindible de la Arquitectura. Con la misteriosa pero real capacidad, mágica de poner el espacio en tensión para el hombre. Con la capacidad de dotar de tal cualidad a ese espacio, que llegue a mover, a conmover a los hombres.” Alberto Campo Baeza, Architectura sine Luce nulla architectura est
RESUMEN La iluminación en las aulas, tiene un papel fundamental en el aprendizaje y desarrollo de los alumnos. Además, es uno de los puntos básicos para la salud e influyó en toda la evolución de la arquitectura escolar en el último siglo. Así lo han determinado también los últimos estudios científicos e intenta ponerlo de manifiesto este trabajo. El trabajo analiza 7 escuelas significativas de ámbito europeo para ilustrar como abordan el tema de la iluminación natural y artificial, extrayendo de ellas una serie de recomendaciones para el planteamiento lumínico de las aulas. Por último, analiza más en profundidad las aulas del Colegio Pureza de María de Sant Cugat, sobre las cuales se aplican los criterios extraídos de la investigación y el análisis para su mejora. Palabras clave: Iluminación, arquitectura escolar, aulas, escuelas al aire libre, luz natural y artificial ABSTRACT The lighting in the classrooms has a fundamental role in the learning and development of the students. It’s one of the basic points for health and influenced the entire evolution of school architecture in the last century. This has also been determined by the latest scientific studies and this work tries to show it. The work analyzes 7 significant schools in Europe to illustrate how they approach the issue of natural and artificial lighting approach in classrooms. Finally, the work analyzes in more depht the classrooms of the Pureza de María School, in Sant Cugat, on which the criteria extracted from the research and the analysis are applied for their improvement. Key words: Lighting, school construction, classroom, open air schools, natural and artificial light
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Motivación …………………………………………………………………. 7 1.2 Objetivos …………………………………………………………………… 7 1.3 Metodología ………………………………………………………………. 8 2. ESTADO DEL ARTE. Estudios previos 2.1 Evolución de la arquitectura escolar s. XX en relación a 9 la iluminación 2.2 Relación entre el aprendizaje y la iluminación de las 21 aulas 2.3 Normativa vigente iluminación espacios docentes en 29 España 2.4 Resumen ……………………………………………………………………. 33 3. EL ESPACIO DEL AULA: CASOS DE ESTUDIO. 34 3.1. LUZ UNILATERAL + CENITAL 3.1.1. Colegio Munkegaard, Arne Jacobsen, Copenhague 36 3.1.2. Colegio Montessori, Herman Hertzberger, Delft 40 3.1.3. Escuela primaria en Bad Blumau, Wolfganf Feyferlik 44 y Susanne Fitzer, Austria 3.2. LUZ BILATERAL 3.2.1. Escuelas Elvira, Rafael Moneo, Tudela 48 3.2.2. Escuela primaria Energy- plus, IBUS architects and 52 engineers, Hohen Neuendorf (Alemania) 3.3. LUZ UNILATERAL 3.3.1. Escuela Thau Barcelona, MBM (Martorell, Bohigas y 56 Mackay) 3.3.2. Escola dels Encants, Roger Méndez AMB, Barcelona 60 3.4. Resumen ….……………………………………………………………………. 64 4. ESTUDIO CRÍTICO: AULAS COLEGIO PUREZA DE MARÍA, Sant 67 Cugat del Vallés 5. CONCLUSIONES …………………………………………………………………………………….. 83 6. BIBLIOGRAFÍA …………………………………………………………………………………………. 85 7. ANEXOS 7.1 Breve cronología de la implantación en España del 93 higienismo
1. INTRODUCCIÓN 1.1. MOTIVACIÓN Muchas horas en nuestras dos o tres primeras décadas de vida transcurren entre libros dentro de las aulas de guarderías, colegios, institutos, universidades… ¿Cómo influye la calidad de estos espacios en nuestro aprendizaje y en nuestro desarrollo? ¿Cuál es la influencia de la luz natural y artificial en nuestra percepción y vivencia de estos espacios? ¿Cómo podemos mejorar los espacios educativos existentes con la iluminación? A lo largo de mis años de estudiante y especialmente los dedicados en la escuela de arquitectura, además de las horas dedicadas a la educación en el colegio Pureza de María entre los niños, se me han ido generando estos y otros interrogantes sobre si las aulas tienen las características adecuadas para favorecer el desarrollo y el aprendizaje, sobre cómo hacer que la experiencia educativa sea no solo más fructífera, sino una apertura a la belleza, a la creatividad, al gozar de un espacio arquitectónico que genere y motive vida. La presente investigación pretende abordar esta problemática desde la iluminación como punto clave para la percepción de los espacios y principalmente desde la iluminación artificial, ya que ambas son complementarias, pero hay muchas horas al año que no disponemos de luz natural o que según el diseño que se haya hecho, de la orientación y de diferentes factores es insuficiente para garantizar unos niveles lumínicos adecuados. 1.2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Establecer estrategias adecuadas para el diseño de la iluminación de las aulas teniendo en cuenta el doble escenario posible: A- La luz artificial como complemento a la luz natural y B- La luz artificial como única fuente de luz del espacio. Paralelamente, reflexionar sobre si con el cambio educativo y el consecuente cambio del diseño del espacio docente, se necesitan estas mismas estrategias o no. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: - Reflexionar e investigar sobre el papel de la luz en las aulas y su influencia en el proceso de aprendizaje educativo. - Analizar la normativa de aplicación a los espacios educativos. - Analizar las investigaciones más recientes sobre la iluminación en las aulas. 7
1.3 METODOLOGÍA Para el cumplimiento de los objetivos planteados el TFG se desarrollará según la metodología especificada en cada uno de los capítulos siguientes: a) ESTADO DEL ARTE. ESTUDIOS PREVIOS Búsqueda bibliográfica, normativa y de los diferentes proyectos de aplicación de las empresas en la actualidad, para conocer el campo y el momento en el que nos encontramos. b) EL ESPACIO DEL AULA: CASOS DE ESTUDIO Seleccionar una serie de casos concretos de aulas, mediante el análisis de datos y la representación gráfica de las aulas y la luz, para analizar las debilidades y fortalezas de cada uno de ellos. c) ESTUDIO CRÍTICO Entorno al caso propuesto, representación gráfica de las aulas y como incide la luz en ellas, evaluación de la iluminación natural y artificial existente, medición in situ con luxómetro de niveles lumínicos en época de verano y de invierno, aplicación normativa CTE-DB-HE3 y cálculos lumínicos luz artificial. d) CONCLUSIONES Establecer una serie de estrategias para el diseño de la iluminación de aulas o zonas de estudio, pero no solo como guía para el desarrollo de proyectos nuevos sino también para mejorar los existentes. 8
2. ESTADO DEL ARTE. Estudios previos 2.1. EVOLUCIÓN DE LA ARQUITECTURA ESCOLAR ESPAÑOLA EN EL S.XX Uno de los momentos que marcó el inicio del cambio en la educación española fue la aparición de la Ley Reguladora de la Educación (1857), conocida como Ley Moyano. Fue una gran apuesta para combatir la alta tasa de analfabetismo en España, estableciendo, entre otros, la educación obligatoria de los 6 a los 9 años. En referencia a la Arquitectura de los Centros Escolares solo decía que “se procurará que todos los establecimientos de instrucción pública tengan un edificio propio, bastante capaz y convenientemente distribuido”, sin entrar en más detalle. Posteriormente la evolución y configuración de los edificios escolares en España durante finales del s. XIX y todo el s. XX, estuvo influenciada principalmente por dos factores: -El desarrollo e implantación de los postulados del movimiento higienista. -La utilización de nuevos materiales en la construcción. En primer lugar, el cambio de modelo de Arquitectura Escolar, se desarrolló paralelamente a la introducción del movimiento higienista, movimiento de arquitectura y urbanismo que aplicaba las teorías postuladas por médicos y científicos higienistas de la época, que pusieron de manifiesto que muchas de las epidemias que se estaban sufriendo (viruela, tuberculosis, cólera, tifus, etc.), estaban relacionadas con la calidad del ambiente de las ciudades y de los edificios, y se empezó a promover una normativa higiénica en dos niveles: -Como una materia impartida en las escuelas. -Como una normativa arquitectónica. Estas enfermedades se desarrollaron en gran parte debido a que, con la sociedad industrial, la población se concentró en las ciudades, donde las personas en su mayoría procedentes de zonas rurales, cambiaron su modo de vida, pasando largas horas de trabajo dentro de las industrias con mucha gente hacinada, en lugar de al aire libre, y viviendo en viviendas sin las mínimas condiciones de higiene y comodidad. Del mismo modo, las deficientes condiciones de la escuela española reforzarían el desarrollo del discurso higienista, estimulando la incorporación de datos y estudios higiénicos de otros países y la difusión de los mismos para su aplicación en el nuestro, ya que en ese momento, las escuelas eran pequeños recintos improvisados pues servían para diferentes funciones (almacén, cuadras, cárceles, residuos conventuales…), que no contaban con casi iluminación natural ni espacios exteriores, ni estaban equipadas para las necesidades básicas. Las consecuencias más graves que se presentaban en los niños y que fueron los temas más tratados por higienistas, pedagogos y psicólogos eran: los problemas visuales, provocados 9
por la mala iluminación y las largas horas dedicadas a la lectura sobre unos textos de impresión defectuosa, la fatiga y las deformaciones óseas. Los nuevos valores que se pretendían promover estaban simbolizados por el agua, el aire y la luz. Estos se empezaron a ver como esenciales en el desarrollo del nuevo urbanismo de las ciudades (calles más anchas para la entrada de luz y el paso del aire, separación de las aguas limpias y sucias mediante el alcantarillado) y de la arquitectura de los edificios públicos, entre los que se encuentran las escuelas, que se construirían lejos de los centros contaminantes (“En todos los pueblos se establecerá la escuela en lugar conveniente, que no esté destinado a otro servicio público, en sala o pieza proporcional al número de niños que ha de contener, con bastante luz y ventilación ”) y en cuyo diseño se impusieron los emplazamientos, la orientación del edificio, las dimensiones de las aulas, el número de las ventanas y las dimensiones de las mismas, la dirección de la luz, los servicios sanitarios, los espacios libres, los materiales de construcción, etc. influyendo sobre la conformación del Edificio Escolar. Además de estos conceptos que se incluyeron en la normativa de la construcción de las escuelas, después del Primer Congreso Español de Higiene Escolar (1912) se demandaba la creación de escuelas al aire libre situadas en zonas naturales para los niños propensos a contraer ciertas enfermedades. Esta idea tiene origen en Alemania en 1904 en la “escuela forestal para niños enfermos” en Charlottenburg, cerca de Berlín y que solo contaba con un pequeño edificio para los días en que llovía, pero el resto de días se impartían las clases en el bosque. Este sería el inicio de lo que posteriormente se conocería por Open Air Schools (Escuelas al aire libre) y que se extendería por Europa y Estados Unidos. Figura 1. Escuela forestal Charlottenburg 1904 10
Figura 2. Los niños aprenden al aire libre en la escuela forestal, en Charlottenburg, Alemania Figura 3. Escuela en el bosque, Holanda 1957 Figura 4. Escuela en St. James Park, Londres, 1933 Estas escuelas eran en algunos casos exclusivamente espacios al aire libre, como los casos de las fotografías anteriores (fig. 1-4), pero también podemos ver como estas necesidades se fueron materializando en edificios que también permitían esas condiciones naturales y de salubridad, al mismo tiempo que favorecían un espacio con mayores comodidades para la enseñanza, en el que se combinaban espacios exteriores e interiores, como la escuela Suresnes en París y la escuela al aire libre de Johannes Duiker en Ámsterdam. 11
Figura 5. Aula de la escuela al aire libre de Suresnes, París, 1935, realizada por los arquitectos Eugène Baudoin y Marcel Lods Figura 6. Escuela al aire libre en Ámsterdam, 1930, arquitecto Johannes Duiker. 12
Figura 7. Planta general escuela de Suresnes, París. Las aulas se organizan como volúmenes independientes en medio de un entorno natural y los servicios comunes y comunicaciones son los que unen el conjunto. Figura 8. Planta tipo escuela al aire libre en Ámsterdam. La planta totalmente permeable se conforma por dos aulas intercaladas por dos espacios abiertos de las mismas dimensiones, y un núcleo opaco de comunicaciones en el centro. 13
En España son varios los ejemplos realizados según esta tipología de escuelas al aire libre, como, por ejemplo: las escuelas precursoras fundadas en Granada por Andrés Manjón, escuelas del Ave María en Granada, Escuela en la Dehesa de la Villa en Madrid y la escuela del Bosque y del Mar en Barcelona, entre otras. Figura 9. Alumnos de la Escuela del Mar en la Barceloneta, inaugurada en 1922, para niños con poca salud. Figura 10. Edificio aulas en la Escuela del Bosque Montjuic (1918), Barcelona 14
Figura 11. Clases al aire libre en la Escuela del Bosque Montjuic, Barcelona Además de para la enseñanza de niños con poca salud, muchos arquitectos y especialistas vieron en este modelo educativo una oportunidad para el desarrollo de los edificios escolares siendo un modelo extrapolable a los ambientes rurales y que aportaría muchos beneficios para la población, ya que se podían aplicar sin grandes esfuerzos arquitectónicos los tres valores básicos que ya se han comentado: agua, aire y luz. El segundo aspecto que influyó en el cambio tipológico de la arquitectura educacional fue el auge de nuevos materiales constructivos en arquitectura. El paso de la construcción tradicional a la arquitectura moderna con el uso del hormigón, el acero y el vidrio, permitieron la ampliación de los espacios construidos, así como el aumento del área acristalada en las fachadas consiguiendo una mejor iluminación y ventilación de los edificios. Podemos observar este cambio constructivo y tipológico en dos ejemplos de escuelas en España que en la década de 1960 deciden construir nuevos edificios o ampliar los espacios educativos que ya tenían en funcionamiento. Estos colegios son la Escuela Suiza en Barcelona y el Colegio Alemán en Madrid. En ambos casos vemos la clara diferencia en las fachadas, el paso de aulas con pequeñas aberturas a fachadas totalmente vidriadas y el cambio a formas mas ortogonales propio de la arquitectura moderna. 15
En el caso de la Escuela Suiza, como observamos en la figura 13, se amplía el edificio original, pero cambiando totalmente la formalización arquitectónica, tanto exterior como interior como se refleja en la planta (Fig. 14), con aulas espaciosas, orientadas a noreste o suroeste y con toda la fachada abierta al exterior, para la correcta iluminación natural y ventilación de los espacios. Figura 12. Escuela Suiza desde 1924 en Figura 13. Ampliación de la Escuela suiza de C/Alfonso XII, Barcelona Barcelona, por Robert Terradas i Vila, 1967 Figura 14. Planta ampliación Escuela Suiza de Barcelona. 16
En el Colegio alemán de Madrid, se observa el mismo cambio tipológico, aunque en este caso el colegio se ha renovado con más frecuencia, también se da en el construido en la década de los 60 (Fig. 17) y se culmina con el realizado en 2015 por Grüntuch Ernst Architects, que recibió el premio al Colegio más bonito del mundo en el año 2016, en el marco del Festival mundial de la arquitectura. Figura 15. Colegio Alemán Madrid 1896 Figura 16. Traslado en 1945 a C/ Rafael Calvo Carrera de San Jerónimo Figura 17. Construcción del nuevo colegio en 1961, Figura 18. Última renovación del Calle Concha Espina, Madrid, por Willi Schoebel Colegio, 2015, Grüntuch Ernst Architects Centrando la atención en el edificio de la Calle Concha Espina, el edificio está constituido por diferentes volúmenes separados, que cada uno de ellos alberga una etapa formativa distinta, el que destacamos es el destinado a la enseñanza media. La fachada pasa a ser una cuadrícula marcada de hormigón donde el protagonismo lo toman las superficies vidriadas, tanto para las zonas de comunicación como para las aulas, con diferentes caracteres, pero permitiendo además de una buena iluminación y ventilación, la relación con el espacio exterior. 17
Las aulas tienen aberturas en lados opuestos, como observamos en la planta, separando las aulas del bloque administrativo, lo que hace que la luz sea más homogénea en todas las partes de las mismas y se genere ventilación cruzada. Figura 19. Planta primera del volumen de enseñanza media. El alzado de las aulas corresponde a la foto de la fig. 17. Otro fenómeno de finales del siglo XX, es el desarrollo de la arquitectura modular, en el que se aplican las mismas características tipológicas que se han comentado. Su adelanto es que facilitará la construcción masiva de escuelas. Un ejemplo de aplicación de este sistema es el Aula Escola Europea en Barcelona diseñada por el arquitecto Guillermo Casp Vilaró, que utiliza módulos de estructura de acero para adaptarse al terreno irregular de Collserola generando porches mas amplios y en el interior espacios flexibles y con grandes ventanales para tener buenos niveles de luz natural y conexión visual con el espacio natural que le rodea. Figura 20. Imagen del conjunto del Aula Escola Europea que se adapta al terreno de la montaña de Collserola y donde se marca claramente la estructura metálica modular de los volúmenes. 18
Se puede decir que, en ese periodo de desarrollo, los diseños arquitectónicos de las escuelas, tenían como preocupación principal incrementar la aportación de luz natural a las aulas, ya que todavía no estaba tan extendida ni especializada las fuentes de luz artificial. Pero, conforme se fue aplicando la luz artificial a los espacios arquitectónicos se fue desvaneciendo en algunos casos la preocupación por una correcta iluminación natural, así como la relación con el exterior, influenciado también por la masividad de las ciudades. Poco a poco, se fue perdiendo este valor que tan necesario se había visto, ya que se pensaba que con la iluminación artificial era suficiente para el desarrollo de las actividades, sin tener en cuenta los problemas de salud que generaban ciertos tipos de fuentes lumínicas con una exposición elevada y prolongada en el tiempo. No se trata de descartar la luz natural ni la artificial optando únicamente por una de ellas sino de buscar su complementación gracias a la tecnología disponible. Actualmente, después de estar sufriendo una pandemia mundial parece que de nuevo volvemos a valorar la necesidad de los tres valores básicos: agua, aire y luz, y aprender lo que la arquitectura tradicional nos puede enseñar para mejorar el confort y la salubridad de los espacios y en concreto de los espacios docentes. Aunque este TFG se centra principalmente en la iluminación cuando hablamos de luz no podemos sacarla de su contexto, ya que ésta adquiere su sentido dando forma y vida a una serie de volúmenes, materiales, formas… así lo ha entendido desde siempre la arquitectura y la mayoría de los arquitectos que nos preceden, como podemos ver en las siguientes citas: Figura 22. Museo de Nancy y Rich Kinder Figura 21. Convento de la Tourette Le Corbusier: “La arquitectura es el Steven Holl: “El espacio no tiene juego sabio, correcto, magnífico de los sentido sin luz. Un edificio habla a volúmenes bajo la luz.”1 través del silencio de la percepción orquestada por la luz.” 1 Le Corbusier, 1977, Hacia una arquitectura, ed. Poseidón, Buenos Aires. 19
Figura 23. Caja de Granada, Alberto Campo Figura 24. Termas de Vals, Peter Zumthor Baeza Alberto Campo Baeza: Peter Zumthor: “[…] Una de mis “Cuantas veces he escrito ideas preferidas es primero pensar el que «architectura sine luce nulla conjunto del edificio como una masa architectura est» que ahora me de sombras, para a continuación- parece obvio. Y sin tocarla, los como en un proceso de vaciado-, arquitectos debemos dominarla, hacer reservas para la instalación que conducirla, controlarla para hacer que permita las luces que queremos. Mi esa luz al traspasar y tocar la segunda idea favorita – por cierto, arquitectura, haga que allí, como bien muy lógica, no es ningún secreto, lo nos dice Paul Valery en su Eupalinos, hace cualquiera – consiste en poner la arquitectura suene, cante.”2 los materiales y las superficies bajo el efecto de la luz, para ver cómo la reflejan. Es decir, elegir los materiales con la plena conciencia de cómo reflejan la luz y hacer que todo concuerde.”3 2 La materia intangible. La luz en la 3 Zumthor, P., 2006, Atmósferas, ed. G. Gilli, arquitectura. Elisa Valero Ramos, prefacio de Barcelona, p.58 A. Campo Baeza. 20
2.2. RELACIÓN ENTRE APRENDIZAJE E ILUMINACIÓN En las últimas décadas son muchos los estudios científicos que se han realizado sobre la relación entre la arquitectura de las aulas, su iluminación y el aprendizaje de los alumnos; ya que desde hace tiempo se conoce que la luz tiene efectos en tres niveles de las personas: visual, biológico y emocional. Un ejemplo sería la diferencia de carácter, constitución y salud física y psicológica de las personas según el país de residencia y de las horas de sol que tienen a lo largo del año. Nuestro cuerpo recibe mejor la luz natural que se va adaptando a lo largo de las horas del día y en las estaciones del año, en cambio pasamos la mayor parte del día dentro de edificios, según la OMS sobre el 90% del tiempo, y en el caso específico de los niños dentro de las escuelas donde la luz suele ser monótona, homogénea e insuficiente, lo que puede provocar trastornos de falta de atención, desánimo, depresión, incremento de estrés y fatiga, también aumentado si se utilizan lámparas fluorescentes, (Killer y Lindsten, 1992). Es por esto que la mayoría de estudios sobre la luz artificial proponen utilizar una luz dinámica que con elementos de control pueda ser regulada a lo largo del día e ir adaptándose a las diferentes necesidades, para adecuarse al ritmo biológico que nos marca la luz natural y ayudar al aprendizaje de los niños. Todos estos estudios no pierden de vista que el rendimiento escolar es multidimensional y multifactorial, es decir, que depende de múltiples factores que interactúan entre sí. El proyecto educativo, así como las estrategias de los profesores para la motivación y enseñanza son muy importantes, lo que es innegable, tras analizar los resultados de todos los estudios es que la intensidad de la luz aumenta la visibilidad y los estudiantes se concentran mejor en sus tareas, contribuyendo en el resultado final del aprendizaje. Cada uno de los estudios parte de hipótesis diferentes, unos más específicos de luz natural y otros de luz artificial, a continuación, se detallan las conclusiones de tres de los estudios más recientes y significativos. 21
ESTUDIO 1 Título “Daylighting in Schools: Improving Student Performance and Health at a Price Schools can Afford”. (“Iluminación natural en las escuelas: mejorar el rendimiento y la salud de los estudiantes a un precio que las escuelas pueden pagar”) Autores Patricia Plympton, Susan Conway and Kyra Epstein Institución National Renewable Energy Laboratory, Colorado, 2000 Descripción El estudio analiza los resultados escolares de 21.000 alumnos de escuelas de tres distritos escolares diferentes: California, Washington y Colorado. Pretende demostrar los beneficios de la luz natural no solo en cuanto al aprendizaje sino también para el desarrollo físico y la salud. También busca mostrar con cuatro casos concretos reales, que incluir estas consideraciones en los proyectos no conlleva un aumento en el coste de la construcción. Resultados Tipo de luz Estrategias de diseño Conclusiones Orientar el edificio para El estudio confirma la maximizar la potencia de hipótesis, demostrando luz natural mientras se los beneficios de la luz minimiza la potencia natural en el aprendizaje calorífica, según el y desarrollo de los emplazamiento. alumnos. -Distrito 1: los alumnos Luz natural progresaron un 20% más Sensores de movimiento rápido en matemáticas y y de control de la luz, un 26% en lectura. para usar la luz artificial como complemento de la -Distrito 2 y 3: Los luz natural y no como alumnos obtuvieron fuente principal. entre un 7-18% mejores notas en los exámenes. Fuente. Elaboración propia a partir de la bibliografía 22
ESTUDIO 2 Título “Luz que hace escuela” y comprobación de este método en “La eficacia del alumbrado dinámico de Philips en una escuela de Hamburgo” Autores Begoña Carbelo, Manuel Garcia y Patricia Mateo Institución Universidad de Nebrija con la empresa Philips en su proyecto Schoolvision, 2009.; Universidad de Hamburg-Eppendorf. Descripción Con la aparición en el CTE de la normativa para el ahorro energético se plantea la necesidad de repensar los sistemas de iluminación artificial que se utilizan y su consumo. Aprovechando esta oportunidad de cambio se busca encontrar una solución que no solo de respuesta a esta necesidad, sino que al mismo tiempo, busque influir de forma positiva en el comportamiento de los alumnos en la escuela y de los profesores en su puesto de trabajo. Se realizan dos estudios en paralelo, el primero por la universidad de Hamburg- Eppendorf planteando la hipótesis de que con la luz se puede influir en el comportamiento de los alumnos, y el segundo por la universidad de Nebrija que trata de demostrar que con el sistema de iluminación SCHOOLVISION, basado en la luz dinámica, mejora el rendimiento académico, comprensión y rapidez lectora, las estrategias de aprendizaje y motivación. Iluminación dinámica4: La iluminación dinámica imita el ritmo natural de noche y día al que responde el cuerpo humano. Al ejercer un efecto positivo sobre el reloj biológico, estimula el bienestar y te mantiene alerta y dispuesto. El sistema funciona modificando automáticamente la temperatura de color y la intensidad de la luz a lo largo del día o configurando unas escenas de luz para favorecer unas sensaciones concretas. 4 https://www.lighting.philips.es/sistemas/temas/iluminacion-dinamica (Consultado 28/06/2021) 23
Resultados Estudio Resultados y Conclusiones Con una luz adecuada es posible mejorar la Universidad velocidad de lectura un Hamburg- 35% y disminuir el índice Eppendorf junto de errores un 45%, así con la clínica de como influir en el estado psicología infantil y de ánimo y agitación de juvenil del hospital los alumnos, reduciendo de Hamburgo un 76% la hiperactividad. Fuente: Investigación Universidad de Hamburg-Eppendorf, 2008: “La eficacia del Alumbrado Dinámico de Philips en una escuela de Hamburgo” Estudio Universidad de Nebrija y Philips- Sistema luz dinámica Propuesta SCHOOLVISION: 4 escenas de iluminación artificial Luz “Energía”: Luz fría (12.000 k) y potente (Em 650 lux) que favorece la activación Luz “Concentración”: Luz fría (8.000 k) y potente (Em 1000 lux) que favorece la activación Luz “Estándar”: Luz cálida (4.000 k) e intensidad normal (Em 300 lux) 24
Luz “Calma”: Luz cálida (2.900 k) e intensidad media (Em 300 lux) que favorece la relajación * Imágenes extraídas del propio estudio Conclusiones -El sistema de iluminación SHOOLVISION (Iluminación dinámica) tiene impacto positivo en los alumnos con dificultades (los “lentos” con la lectura). -Cualitativamente, los alumnos prefieren los escenarios “concentración y energía”, perciben que se concentran y trabajan mejor en clase. Fuente. Elaboración propia a partir de la bibliografía 25
ESTUDIO 3 Título “The Holistic Impact of Classroom Spaces on Learning in Specific Subjects” (El impacto holístico del diseño del aula en el aprendizaje de los niños) y su revisión “Clever classrooms: Summary report of the Holistic Evidence And Design Project” (Aulas inteligentes: informe resumen del proyecto) Autores Peter Barrett, Yufan Zhang, Joanne Moffat y Kahiry Kobbacy Institución Universidad de Salford, Reino Unido, 2012-2015. Descripción El objetivo principal de este estudio era comprobar si el diseño de los edificios escolares influye en el ritmo de aprendizaje de los alumnos de primaria. Se realizo en 10 escuelas primarias, cuyas aulas tenían características diferentes (orientación, dimensiones, ubicación y distribución). Se establecieron tres principios de diseño: Naturalidad, individualización y estimulación; y la iluminación se encuentra en los parámetros de diseño naturales como podemos ver en el siguiente esquema: Figura 25. Resumen del diseño de la investigación HEAD (con ejemplos de factores en relación al entorno edificado). 26
Referente a la iluminación se tuvieron en cuenta los siguientes factores: Características para una Indicadores Factores puntuación alta. La luz puede entrar al aula desde más de una orientación y el lado sur Orientación está encarado al recorrido La calidad y cantidad del sol durante la mayor de luz natural que parte del año. puede recibir el aula El aula puede recibir más Área de aberturas/suelo luz si la ratio es más alta. La distribución del nivel de El punto más alejado de luz puede ser mayor incluso las ventanas cuando este valor es menor. Mas iluminación eléctrica de Calidad de la mayor calidad puede iluminación eléctrica ofrecer un mejor entorno El grado en que se visual. puede controlar el nivel Las persianas son de iluminación preferibles a las cortinas; manualmente Control de las todas las persianas están en protecciones solares buenas condiciones; el espacio junto a la ventana no está obstruido. El grado en que las Las ventanas están al nivel vistas de la naturaleza de la vista de los niños y hay Vistas son posibles a través vistas de espacios naturales de las ventanas cercanos o lejanos. Resultados Dentro de todos los aspectos de naturalidad, solo el parámetro de la luz mantuvo su relevancia, y aquí entraba en juego una relación compleja entre el deseo de luz, el rechazo de los deslumbramientos, la importancia de una iluminación artificial de calidad y la relación con espacios naturales. 27
Individualización 17% Luz 21% Complejidad 11% Temperatura 12% Color 12% Calidad del aire Flexibilidad 16% 11% Gráfico de los factores que tienen mayor influencia Por último, establece unos puntos básicos para el diseño de la iluminación en latitudes y condiciones similares a las de Reino unido que es donde se realiza el estudio: Las ventanas de grandes dimensiones reservarlas solo para orientación norte, que tiene la luz más uniforme durante el día y no genera problemas de deslumbramientos. La orientación este u oeste recibe abundante luz natural y tiene un riesgo bajo de deslumbramiento durante las ILUMINACIÓN horas de ocupación de las escuelas. NATURAL Cuando las ventanas de grandes dimensiones están orientadas a sur, se tienen que proveer elementos de control lumínico. Una de las funciones de las ventanas es mantener una relación visual con el entorno natural. Colocar las ventanas a la altura de la vista de los niños y si es una planta baja prever una salida a la zona natural exterior. Alta calidad de la iluminación artificial para generar un ILUMINACIÓN ambiente visual sano. ARTIFICIAL Elementos de control para utilizar la luz artificial como complemento de la natural. Fuente. Elaboración propia a partir de la bibliografía 28
2.3. NORMATIVA Actualmente la normativa referente a la iluminación en España es muy escasa, tan solo existe la UNE 12464.1 y el CTE HE3 referente al valor de eficiencia energética de la instalación de iluminación. También está la guía del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) a modo de recomendación, pero no es de obligado cumplimiento. A continuación, se recogen los parámetros establecidos por ambas normativas: UNE 12464.1 Esta norma UNE establece los valores de iluminancia media según el tipo de actividad que se realice en los diferentes espacios, así como el índice de deslumbramiento unificado (UGR) y el Índice de Rendimiento de Color (Ra), como se observa en la tabla. 2. EDIFICIOS EDUCATIVOS Tipo de interior, tarea o Nº ref. Em (lux) UGR Ra Requisitos específicos actividad Aulas, aulas de La iluminación debería 2.1 300 19 80 tutoría ser controlable Aulas para clases La iluminación debería 2.2 nocturnas y 500 19 80 ser controlable educación de adultos La iluminación debería 2.3 Sala de lectura 500 19 80 ser controlable Evitar reflexiones 2.4 Pizarra 500 19 80 especulares. Adecuada iluminancia vertical Mesa de En salas de lectura 750 2.5 500 19 80 demostraciones lux 2.6 Aulas de arte 500 19 80 Aulas de arte en 2.7 750 19 80 Tcp≥5000 K escuelas de arte Aulas de dibujo 2.8 750 19 80 técnico Aulas de prácticas y 2.9 500 19 80 laboratorios Aulas de 2.10 500 19 80 manualidades Talleres de 2.11 500 19 80 enseñanza Aulas de prácticas de 2.12 300 19 80 música Equipos con pantallas de Aulas de 2.13 300 19 80 visualización (EPV): ver informática norma EN 12464 Tabla Valores recomendados de iluminancia Em según actividad Fuente. UNE 12464.1 29
Es una normativa muy genérica y poco específica, que solo tiene en cuenta la iluminancia media (Em) de la estancia en un plano, buscando un nivel lumínico general en la sala pero que no tiene en cuenta si la distribución es homogénea o no o si hay unos puntos sobre iluminados y contrastes, los tipos de superficies ni ningún tipo de indicación sobre orientaciones, dimensiones de las aberturas, ni sobre la luz natural. En este punto además viendo cómo van avanzando los modelos educativos y como cada vez es mayor el trabajo con ordenadores en las aulas se plantea la necesidad de poder tener unas luminarias que permitan regular la intensidad según el uso, ya que si nos fijamos estricta y exclusivamente en los valores establecidos por la UNE cuando es un trabajo más “tradicional” de lectura o escritura en papel necesitamos una iluminancia media de 500 lux, mientras que cuando se trabaja con el ordenador podríamos asimilar las necesidades a las de un aula de informática que requiere casi la mitad de iluminancia media, con tan solo 300 lux. A esto se le añade también todos los deslumbramientos y reflejos que se pueden dar por las pantallas de los ordenadores. Otro de los retos que también plantea y que encontramos en la realidad es la iluminación específica para la pizarra, y que en los requisitos específicos dice que hay que evitar las reflexiones especulares. Esto también nos lleva a reflexionar sobre la posición de la pizarra respecto de la posición de las ventanas como fuente de entrada de luz natural, ya que la mayoría de pizarras que se usan en la actualidad son brillantes y generan reflejos que pueden ser perjudiciales para la visión en una exposición continua. Comentar que la normativa no define la relación entre luz natural y artificial, no habla de estrategias de iluminación, de luz dinámica, etc CTE DB-HE3 Apartado 3 El documento del CTE DB-HE habla del ahorro de energía y más concretamente el HE3 que es el que nos ocupa versa sobre el valor de eficiencia energética de la instalación de iluminación, ya que uno de los mayores consumos energéticos de los edificios y en este caso de los edificios educativos es el producido por la iluminación artificial. Establece tres parámetros a tener en cuenta: 3.1 Valor de eficiencia energética de la instalación “Se determinará mediante el valor de eficiencia energética de la instalación VEEI (W/m2) por cada 100 lux mediante la siguiente expresión”: 30
Siendo · = P La potencia de la lámpara más el equipo auxiliar (W) · S La superficie iluminada (m2) Em La iluminancia media horizontal mantenida (lux) Los valores límite establecidos en recintos interiores son los siguientes: Zonas de actividad diferenciada VEEI límite Administrativo en general 3,0 Andenes de estaciones de transporte 3,0 Pabellones de exposición o ferias 3,0 Salas de diagnóstico 3,5 Aulas y laboratorios 3,5 Habitaciones de hospital 4,0 Recintos interiores no descritos en este listado 4,0 Zonas comunes 4,0 Almacenes, archivos, salas técnicas y cocinas 4,0 Aparcamientos 4,0 Espacios deportivos 4,0 Estaciones de transporte 5,0 Supermercados, hipermercados y grandes almacenes 5,0 Bibliotecas, museos y galerías de arte 5,0 Zonas comunes en edificios no residenciales 6,0 Centros comerciales (excluidas tiendas) 6,0 Hostelería y restauración 8,0 Religioso en general 8,0 Salones de actos, auditorios y salas de usos múltiples y convenciones, salas de ocio o espectáculo, salas de 8,0 reuniones y salas de conferencias. Tiendas y pequeño comercio 8,0 Habitaciones de hoteles, hostales, etc. 10 Locales con nivel de iluminación superior a 600 lux 2,5 Tabla valores límite de eficiencia energética de la instalación Fuente. CTE DB-HE3 Apartado 2, tabla 2.1 31
3.4 Sistemas de control y regulación En este punto establece que para cada zona se tiene que disponer de un sistema de control y regulación con las siguientes condiciones: a) Toda zona dispondrá de al menos un sistema de encendido y apagado manual. b) Se instalarán sistemas de aprovechamiento de la luz natural, que regulen proporcionalmente y de manera automática por sensor de luminosidad el nivel de iluminación en función del aporte de luz natural de las luminarias de las habitaciones de menos de 6 metros de profundidad y en las dos primeras líneas paralelas de luminarias situadas a una distancia menor a 5 metros de la ventana, y en todas las situadas bajo un lucernario. Cuando se den las siguientes condiciones. i. En todas las zonas que cuenten con cerramientos acristalados al exterior, cuando éstas cumplan las siguientes condiciones: Fuente. CTE DB-HE3 Apartado 3.4,a -Que el ángulo Ɵ sea superior a 65º. -Que se cumpla la expresión T(Aw/A)>0,11 Siendo: T Coeficiente de trasmisión luminosa del vidrio. Aw Área de acristalamiento de la ventana de la zona (m2). A Área total de las superficies interiores del local (suelo + techo + paredes + ventanas). La aportación más relevante que podemos encontrar en estas indicaciones del CTE es la 2.3 b que establece la complementariedad entre luz natural y artificial desde un punto de vista del ahorro energético pero que además tiene otras implicaciones como es un reparto homogéneo de la luz en el espacio sin zonas sobreiluminadas y otras sin la luz mínima, favoreciendo el máximo confort visual. Aun así, deja un vacío normativo que abre posibilidades a aplicaciones diversas. 32
2.4. RESUMEN Podemos resumir los resultados de los estudios, así como lo establecido por la normativa en la siguiente tabla: Tipo de luz Consideraciones Orientación de las aulas maximizando la potencia de luz natural y evitando exceso de potencia calorífica sobre todo en verano. Dimensión de las ventanas según orientación: -Norte: Pueden ser ventanas de mayores dimensiones. Aporte de luz difusa. Controlar perdidas de calor. ILUMINACIÓN -Este/oeste: Abundante luz, controlar el riesgo de NATURAL deslumbramiento. -Sur: Evitar ventanas de grandes dimensiones. Proveer de protecciones solares. Ventanas al nivel de la vista de los niños que favorezca una relación visual con el exterior. Nivel de iluminancia media de 300 lux para el espacio general del aula, más iluminación en la zona de la pizarra que genere ILUMINACIÓN una iluminancia media de 500 lux. ARTIFICIAL Instalar sensores de movimiento y elementos de control de la luz (sensor de luminosidad) según aporte de luz natural. Fuente. Elaboración propia Con el estudio e investigación previo se establecen los siguientes puntos clave a tener en cuenta para un buen diseño lumínico de las aulas y que marcarán los puntos de análisis para los casos de estudio. ILUMINACIÓN NATURAL ILUMINACIÓN ARTIFICIAL Características de las lámparas Orientación (Temperatura de color, intensidad, Reproducción cromática…) Número de fachadas que tienen Elementos de control y regulación ventanas y dimensión / Relación con el intensidad exterior Posición pizarra y tipo de superficies Nivel Iluminancia media (Em) (posibles reflejos) Protecciones solares (aleros, persianas, Disposición / diseño cortinas…) Fuente. Elaboración propia 33
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3. EL ESPACIO DEL AULA: CASOS DE ESTUDIO El análisis de los casos de estudio se centra en la unidad del aula tipo de cada uno de los colegios escogidos, para observar las características del espacio donde principalmente desarrollan su aprendizaje los niños. Para ello se analizan los puntos de la iluminación natural y artificial que se han extraído del estudio previo. Fruto del análisis se establecen 3 grupos de aulas, según el número de aberturas y las fachadas que ocupan: -Luz unilateral + cenital -Luz bilateral -Luz unilateral Dentro de cada uno de ellos se han seleccionado colegios que fueron el punto del cambio a la escuela moderna (1950-1975) y otros colegios construidos más recientemente, extrayendo fortalezas y debilidades de cada uno de ellos. Nota: Tanto los gráficos como los datos de la iluminación artificial son aproximados, ya que no se han encontrado planos de su ubicación exacta en ninguno de los colegios, ni de la potencia de las lámparas instaladas, se ha redibujado a partir de las fotografías. Para el cálculo de la iluminancia media del aula, se toma como potencia de los tubos fluorescentes 36 W para los de 1-1,20 m y 52W para los de 1,5 m. Si se requiere o no de elementos de control y regulación de la luz artificial se calculará según lo establecido en el CTE DB-HE3 Apartado 2.3. Siendo T (Coeficiente de transmisión luminosa del vidrio) =0,9 para los vidrios claros. 35
3.1. LUZ UNILATERAL + CENITAL Figura 26. Vista aérea conjunto 3.1.1. Colegio Munkegaard Arne Jacobsen, Copenhague, 1951-58 El colegio se conforma con la repetición del módulo de dos aulas orientadas a sur, vinculadas por una zona exterior común y por una zona a norte que da el acceso y al mismo tiempo genera una zona auxiliar Figura 27. Zona exterior para dos aulas de trabajo. Son volúmenes de una sola planta, en los que la fachada sur se retranquea generando una entrada de luz natural superior, para introducirla hasta el fondo del aula. Figura 28. Vista interior aula Figura 29. Planta general del colegio Figura 30. Zona auxiliar del aula y acceso 36
Latitud: 55,6 º N Horas de sol anuales: 2387,52 h/año Ángulo solar (mediodía): 21 junio: 10,6 h/día 21 junio: 57,75º 21 diciembre: 2,4 h/día 21 diciembre: 13,46º Figura 31. Planta aula er an o n ie rno Figura 32. Sección longitudinal 0 1 2 5m 37
Sur Orientación Zona de acceso y auxiliar del aula norte Superficie aulas S= 51,6 + 18 = 69,6 m2 Superficie de ventanas Sv=19,01 m2 (36,8% Saula) Posición pizarra Pared oeste del aula ILUMINACIÓN Las paredes son de ladrillo visto y NATURAL el falso techo fonoabsorbente Tipo de superficies blanco mate. Suelo vinílico. Paramentos de baja reflexión. En la fachada sur en la parte baja tiene cortinas y en las ventanas Protecciones solares pivotantes superiores hay persianas regulables. En la parte norte estores. Fuente. Elaboración propia Como podemos observar en las figuras 28 y 33, la luz del sur incide directamente sobre alumnos y pizarra, lo cual no es adecuado. A pesar de esto, esta entrada de luz en dos planos hace que la luz sea más homogénea en todas las partes del aula. Otro punto a destacar es que la reflexión de los paramentos es baja, ya que los materiales son mate y con cierta rugosidad, lo que propicia que no se generen reflejos, que con una luz tan directa podrían ser elevados. También cuenta con protecciones solares en todas las superficies vidriadas, lo que permite que, si en la parte inferior se cierra, sigas teniendo el aporte indirecto de la parte superior de ventanas. La zona auxiliar norte, está bien iluminada, ya que como se puede ver en la sección, tiene tanto la luz difusa de norte como el aporte supletorio de luz indirecta que le llega del aula principal. Figura 33. Entrada de luz natural de sur en el aula Figura 34. Zona norte. Luz difusa 38
Luminarias de techo circulares Munkegaard Ø45 cm, con Tipo de luminarias membrana traslúcida. Luz neutra Nivel iluminancia media Em=387 lux > 300 lux (Em) ILUMINACIÓN Profundidad aula= 7,6 m ARTIFICIAL Ɵ= 76º > 65º d> 2,14 h → 8,25 >4,83 Elementos de control T (Aw/A) >0,11 → 0,9 (12,17/169,21) = 0,065 < 0,11 NO NECESITA salvo junto al lucernario Fuente. Elaboración propia La luz artificial de las aulas y de todo el colegio, se resuelve con luminarias diseñadas por el mismo Jacobsen para este proyecto y que le dan nombre a las mismas. Según los datos encontrados tienen un diámetro de 45cm. Se disponen 11 luminarias a lo largo del aula. En las fotos del estado actual como la figura 35, también se observa que posteriormente ha sido añadida una luz supletoria para la pizarra, tal y como se indica en la normativa. A pesar de esto, según el cálculo aproximado el valor de la iluminancia media es adecuado. La zona norte de acceso, tiene 3 luminarias del mismo tipo paralelas a las ventanas y un foco de luz en el punto en que la mesa se separa de la línea de ventanas. No hay datos de que haya algún elemento de control, según la normativa no lo necesitaría, salvo en la línea de luminarias que hay paralelas al lucernario. Figura 35. Iluminación artificial aula Figura 36. Luminaria Munkegaard 39
Figura 37. Vista aérea conjunto 3.1.2. Escuela Montessori Herman Hertzberger, Delft, 1960 La unidad del aula es la que da carácter y conforma el colegio, uniéndose en dos orientaciones diferentes conformando un espacio central de comunicación. Está compuesta de tres partes, que Figura 38. Zona exterior para dos aulas gradualmente te conducen a la zona natural exterior que rodea la escuela. La primera de acceso y para trabajos de mayor concentración con un lucernario. Dentro del aula, dos zonas en dos niveles que permiten estar haciendo dos actividades distintas al mismo tiempo. El tercer espacio es el mas grande y el que se abre totalmente al espacio exterior, con una zona de trabajo paralela a las ventanas (Fig. 41). Figura 39. Vista interior aula Figura 40. Planta general del colegio Figura 41. Zona auxiliar del aula y acceso 40
Latitud: 52 º N Horas de sol anuales: 2449,39 h/año Ángulo solar (mediodía): 21 junio: 10,1 h/día 21 junio: 61,44º 21 diciembre: 3,32 h/día 21 diciembre: 14,56º Figura 42. Planta aula no a er Lucernario zona entrada o ern n i Entrada luz difusa Figura 43. Sección longitudinal Gráfico luz orientación suroeste 0 1 2 5m 41
Orientación Suroeste y noreste Superficie aulas S= 22 + 62 = 84 m2 Superficie de ventanas Sv=24,96 m2 (29,7 % Saula) Posición pizarra Pared norte o sur del aula Por el interior las paredes son de bloque de hormigón visto ILUMINACIÓN Tipo de superficies pintado de blanco y el falso NATURAL techo son paneles fonoabsorbentes de fibras. En el diseño inicial no había, lo que hace es con la subdivisión de las ventanas, generar unos retranqueos y que hace que el Protecciones solares haz de luz que entra en verano sea menor. En la actualidad hay unos toldos en la fachada (Fig. 46) Fuente. Elaboración propia Al ser un aula que no es muy profunda (4.8 m) en la zona principal, y tener unas ventanas grandes, tiene un buen nivel de iluminación natural, aunque será sensiblemente diferente en las dos orientaciones, ya que la noreste será luz difusa mientras que en la suroeste en las últimas horas de clase tendrán luz más directa. Además, el lucernario de la zona de entrada consigue iluminar la parte más interior y cerrada y que al tener la pared divisoria con mucho vidrio como se observa en la sección y en la Fig. 44 hace que a la parte interior también llegue luz. Una de las mayores debilidades es que no tiene elementos de protección solar, ya no solo para los rayos mas directos que en estas orientaciones serán pocos, sino para poder generar las condiciones necesarias de mas oscuridad para proyecciones u otras actividades que lo requieran. Figura 44. Lucernario Figura 45. Abertura noreste Figura 46. Fachada exterior 42
Luminarias rectangulares suspendidas, con celosía difusora abierta y con un tubo fluorescente de 1,5 m de largo. Tipo de luminarias Se disponen perpendiculares a las ventanas. Luz cálida para zona principal y neutra para el acceso. ILUMINACIÓN ARTIFICIAL Nivel iluminancia media Em= 295 lux < 300 lux (Em) Profundidad del aula= 4,84 m (zona principal) Elementos de control T (Aw/A) >0,11 → 0,9 (24,96/163,4) = 0,13 > 0,11 SI NECESITA Fuente. Elaboración propia La zona principal de las aulas, la que está mas conectada con el exterior, tiene actualmente 5 luminarias suspendidas más una para la pizarra (fig.48) y además tiene otra en la zona intermedia donde se produce el cambio de nivel del aula (fig. 47). En la zona de entrada tiene además tres downlights circulares. Según el cálculo, proporcionan una iluminancia media óptima, teniendo en cuenta, que los downlights no se han tenido en cuenta para el cálculo y que funcionan de manera independiente, de modo que se pueden encender solo cuando se utilice esta zona. Se tendría que colocar un sensor de luminosidad para todas las luminarias de la zona principal del aula, ya que la profundidad es menor a 6 m y cumple el valor establecido por el CTE DB-HE3, puesto que no tiene edificios delante que obstaculicen la entrada de luz. Figura 47. Lucernario Figura 48. Estado actual de las aulas 43
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