Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Julio César Álvarez, Responsable Proyectos y Mercados Verticales, Ledvance España
Resumen
La irrupción y adopción de la tecnología LED en el desarrollo de proyectos de iluminación ha sido fundamental para la consecución de ahorros energéticos en entornos donde la iluminación representa un elemento mayoritario del consumo energético “casi nulo”. El siguiente paso en su implementación es el de atender las necesidades de los individuos, beneficiando su calidad de vida desde el punto de vista biológico. El ser humano ha desarrollado importantes procesos biológicos basados en un ciclo natural día / noche. Por tanto, necesitamos luz natural o artificial comparable como elemento regulador de nuestro reloj interno. Esta oscilación de las variables biológicas en intervalos regulares se conoce como “Ritmo Circadiano”. Las soluciones de iluminación centradas en el ser humano (o “Human Centric Lighting” – HCL) consisten en adaptar la iluminación a las necesidades del cuerpo humano, simulando los cambios de la luz natural durante el día. Adicional a los beneficios propios de la tecnología a nivel social, HCL permite el aumento de la productividad y mejoras en hospitales y residencias de tercera edad. El reto en la implantación de HCL es el de proporcionar los beneficios que ella aporta y al mismo tiempo continuar posibilitando los ahorros energéticos derivados de la tecnología LED.
Palabras clave
Iluminación, Luz Natural, Luz Artificial, Humano, Biológico, Circadiano, LED, Eficiencia, Ahorros
Introducción y antecedentes
En los últimos años, la irrupción y adopción de la tecnología LED en el desarrollo de proyectos de iluminación ha sido fundamental para la consecución de ahorros energéticos en entornos donde la iluminación representa un elemento mayoritario del consumo energético y sobre todo para llegar a un consumo “casi nulo”. En consecuencia, el siguiente paso en su implementación en este entorno es el de atender las necesidades particulares de los individuos proporcionando beneficios en su calidad de vida desde el punto de vista biológico.
A lo largo de su evolución, el ser humano ha desarrollado en su organismo importantes procesos biológicos basados en un ciclo natural día / noche. Dichos procesos, incluyendo los que regulan la actividad de todos los ejes hormonales (tensión arterial, frecuencia cardíaca, memoria y estado de ánimo), la regeneración celular y la actividad cerebral, entre otros, consideran la presencia de luz brillante durante el día y de oscuridad en la noche. Entre otros, es conocido el efecto hormonal en la melatonina u “hormona del sueño” o en el cortisol u hormona de la actividad” Por lo tanto, necesitamos luz natural o luz artificial comparable como elemento regulador para nuestro reloj interno, como nuestros antepasados miles de años atrás. Esta oscilación de las variables biológicas en intervalos regulares se conoce en Biología como “Ritmo Circadiano”.
A partir de los años 80 y más recientemente con el auge y consolidación de la tecnología de iluminación con base al LED, se han realizado numerosos trabajos de investigación que han arrojado mayor conocimiento sobre los ritmos circadianos y los efectos de iluminación sobre ellos.
Así, los siguientes factores son cruciales para el efecto biológico no visual de la luz sobre las personas:
- Proporción espectral: Se refiere a los componentes del espectro fotoeléctrico y su relación con el comportamiento. Así, la luz similar a la luz natural con elevados componentes azules tiene un efecto de activación más fuerte. Esto estimula particularmente a los receptores en el ojo humano.
- Intensidad de la luz: Los resultados de los diferentes estudios permiten identificar un efecto de activación que comienza en un nivel de iluminancia de 250 luxes directamente en el ojo, si la luz tiene una calidad similar a la luz natural del día.
- Área iluminada: Las grandes superficies luminosas que son visibles en techos o paredes intensifican el efecto de activación. Se dirigen perfectamente a las células ganglionares fotosensibles en la parte inferior de la retina y, gracias a sus grandes áreas de superficie, alcanzan a muchos de estos foto-receptores. Esto significa que las luces de techo grandes o los techos indirectamente iluminados pueden simular el cielo natural.
- Niveles de brillo durante el día y la noche: Una gran diferencia entre el día y la noche respalda nuestro ritmo circadiano y, por lo tanto, incide directamente en la preparación del cuerpo para el descanso nocturno.
Un punto clave respecto a las condiciones de iluminación que con frecuencia prevalecen en el interior de los entornos de trabajo se ha denominado «oscuridad biológica». Esto hace que los individuos puedan sentirse cansados durante el día, pero aun así no poder dormir adecuadamente por la noche, e incluso poder estar asociado con nuevos síndromes como agotamiento o depresión.
Concepto de proyecto de Human Centric Lighting. Principios básicos
Cuando se planifica un concepto ideal de HCL dentro de cualquier proyecto de iluminación, se debe tener en cuenta tanto los efectos visuales de la luz (para una mejor visión) como los efectos biológicos no visuales. Por norma general, los siguientes principios básicos serán aplicables:
- Uso de luz natural. En función del tipo de entorno donde se realizará en proyecto, se debe considerar el mayor uso de luz natural posible.
- Soluciones Técnicas de Luminarias y control. Dado el entorno de adaptación a la luz natural a lo largo del día, todas las luminarias o fuentes de luz asociadas al concepto de HCL deben ser capaces de entregar, en un único equipo diferentes tipos de luz, yendo desde los rangos de temperatura de color más cálidos hasta los más fríos y a la vez, deberán poder ser capaces de permitir el aumento o disminución del brillo. De este modo, se trata de luminarias que necesariamente requerirán de un elemento de gestión y control asociado al período del día de forma automática.
- Flexibilidad. El sistema de control también podrá, en caso de que las personas así lo deseen, adaptar el tipo de iluminación a una actividad concreta, de forma puntual. Esto significa en la práctica que, en el caso de que una determinada actividad requiera del aumento de la concentración, por ejemplo, sea de forma fácil e intuitiva para los usuarios de la sala realizar el cambio y, una vez completada la actividad, poder regresar al estado de uso normal en función a los parámetros diarios nuevamente de forma rápida y sencilla. Un ejemplo de este tipo de sistema de control se muestra a continuación:
En el sistema de control mostrado, con iconos de forma intuitiva, el usuario puede, en cualquier momento, realizar el asjuste de la iluminación a la actividada, pasando desde actividades mas “relajadas” hasta aquellas que requieren de máxima atención por parte de las poersonas que usan el entorno controlado.
Aplicaciones y beneficios
El ámbito de aplicación de la iluminación centrada en el ser humano está íntimamente ligada a la presencia de individuos donde, precisamente, la influencia de los parámetros biológicos de la iluminación sea especialmente requerida. En las siguientes tres áreas se puede identificar necesidades a ser cubiertas y beneficios tangibles.
Industria y Oficinas
A través de diferentes estudios realizados en entornos de oficina, el uso de tecnologías HCL arroja un potencial de aumento de la productividad de las personas del entorno del 10%. En las oficinas, las áreas de trabajo, típicamente extensas, son adecuadas para el uso de sistemas de gestión de la iluminación para crear un ambiente de luz indirecta y brillante que permita un entorno energizante en función a los horarios y turnos de trabajo.
Como elemento complementario y a fin de proporcionar el necesario equilibrio a las personas una de las soluciones adiciones es la de dotar de control individual en el caso de uso de iluminación directa. De esta forma, el efecto energizante descrito anteriormente se puede mitigar en el horario de tarde o en caso de trabajo nocturno. Así se podrá armonizar la necesaria capacidad de atención y concentración con una mínima desviación del reloj biológico en dichos períodos del día.
Un entorno típico de aplicación de oficinas, sobre todo en aquellos casos donde el aporte de luz natural es reducido o nulo, como podrían ser aquellas ubicadas en plantas subterráneas o con dificultades de remodelación por su diseño, salas de reuniones sin aporte de luz natural u otras de similares características se muestra en la figura a continuación:
Respecto a los efectos de este concepto de iluminación centrada en el ser humano para la mejora de la productividad, estos se derivan de una reducción en tasa de errores y disminución de potenciales bajas laborales derivadas de un adecuado entorno de iluminación.
Educación
Las instalaciones educativas imponen estrictas exigencias al concepto de iluminación. El ritmo de sueño-vigilia se altera para muchos adolescentes al ingresar en la pubertad. Los adolescentes tienden a irse a dormir más tarde en la noche y con frecuencia no son del todo receptivos cuando comienza la jornada escolar. Esto deriva en un efecto equivalente al de un ave nocturna (“búho”) con la consecuente desventaja en el proceso de aprendizaje al aparecer un grupo numeroso de estudiantes que solo consiguen estar atentos según avanza el día. La luz energizante por la mañana puede compensarlos de alguna manera, especialmente durante la época más oscura del año. Adicionalmente, cada vez más, las necesidades de los centros educativos, sobre todo aquellos dedicados al ciclo superior, les requieren impartir modalidades de sus programas en horarios de tarde o de noche, con lo cual, las aplicaciones de adaptabilidad se hacen necesarias.
Además de los estudiantes, el concepto de iluminación ha de tener en cuenta al profesorado en cuanto a dónde están posicionados durante las clases que imparten y su línea de visión. Por otro lado, es necesario tener en cuenta la necesidad de tener diferentes escenarios de iluminación para facilitar la concentración, permitir una lectura relajada, disfrutar de la música o ver una presentación a través de un proyector o una pizarra. Otro factor crítico: si la iluminación HCL mejora el ritmo circadiano tendrá un efecto positivo en la calidad del sueño durante la noche. Esto a su vez permite que la información adquirida durante el día sea procesada por el cerebro durante la noche de una forma más eficiente.
En un estudio de consultoría reciente, se ha realizado una comparativa económica para el cambio de la iluminación LED considerando una opción de HCL. En el estudio, realizado para una institución educativa de mediano tamaño, los requerimientos de inversión de un proyecto de HCL son superiores. Sin embargo, el rendimiento cognitivo de los estudiantes aumentaría en un 15 por ciento. El estudio indicaba también que la presión psicológica sobre los profesores, como el estrés o el agotamiento, así como los días de baja por enfermedad asociados podrían reducirse, aumentando, por tanto, el tiempo que los docentes podrían permanecer en la profesión. Todos estos beneficios sumarían más de 4 veces la inversión requerida para la modernización a tecnología LED. Además de los beneficios económicos, conviene remarcar la mejora de los resultados de aprendizaje.
Asistencia sanitaria y cuidados a personas mayores
Las personas de edad avanzada, así como aquellas que están enfermas o necesitan atención, no solo requieren de un buen nivel de cuidado sino también y, especialmente, de una iluminación de alta calidad. Por un lado, esto se debe a restricciones físicas, lesiones y enfermedades que deben ser superadas. Por otro lado, las personas mayores sufren cada vez más por la opacidad de la lente del ojo, al tiempo que sus ojos responden al resplandor con mayor sensibilidad. El concepto “Human Centric Lighting” en el sector sanitario toma también en consideración el estrés físico y psicológico al que están expuestos los miembros del personal: médicos, terapeutas y personal de enfermería.
Un nivel máximo de luz natural y luz artificial optimizada para las variaciones de luz natural es esencial para conseguir un concepto de iluminación biológicamente efectivo, al menos en espacios comunes, pasillos, salas de tratamiento y habitaciones, y conseguir que los efectos lleguen a los pacientes, residentes y personal durante el mayor período de tiempo posible. Durante la noche, sin embargo, será necesaria una menor exposición a la luz. Por ende, la iluminación centrada en el ser humano es para este tipo de facilidades de este segmento especialmente sensible, ya que influye positivamente en las personas para estabilizar su ritmo biológico, ayudar en su estado anímico y prevenir la depresión. Los efectos positivos de HCL han sido también demostrados con los pacientes que sufren de demencia.
En términos económicos, los beneficios de eficiencia que se pueden obtener con HCL al cabo de un año en una instalación hospitalaria de tamaño mediano, a partir de la optimización la ocupación de camas, la agilización de los tiempos de recuperación y la reducción en costes de tratamiento ( todo inherente a la iluminación centrada en las personas) , ascienden aproximadamente al doble de la inversión necesaria para dotar de una solución HCL, y siempre complementadas por los ahorros inherentes a la iluminación LED comparada con la iluminación tradicional sustituida.
Conclusión
La adopción de soluciones de iluminación centrada en el ser humano o “Human Centric Lighting” constituyen el siguiente paso natural en la consolidación de la tecnología LED, proporcionando el adecuado balance entre los ahorros económicos inherentes a esta tecnología y, al mismo tiempo, satisfaciendo las necesidades inherentes al equilibrio y mantenimiento de los parámetros biológicos ligados al cambio de la luz a lo largo del día. En entornos donde cada vez más es necesario posibilitar tanto la sostenibilidad como la responsabilidad social de cara a las personas, se observa la importancia de la adopción de este tipo de soluciones en ambientes donde transcurre la etapa vital diaria de las personas, incluyendo los de trabajo diario, las aulas y las instalaciones de atención asistencial.