Los lucernarios y la eficiencia energética
Los lucernarios tienen un alto potencial de proporcionar la cantidad, el tipo y la distribución de luz natural necesaria para que se respeten las especificaciones de un edificio. Al mismo tiempo, hacen posible una reducción de la energía utilizada para iluminación artificial y calefacción.
El principal de sus muchos beneficios es que la luz natural representa una fuente de calor que no implica coste alguno. De hecho, los edificios que gozan de altos niveles de luz natural distribuida de modo uniforme resultan naturalmente cálidos durante buena parte del año. En este caso, es posible obtener notables reducciones de los costes de calefacción maximizando las aberturas de ventanas y lucernarios en los lados más soleados, al sur de los edificios, y minimizando estas aberturas en los lados más fríos, que se encuentran al norte.
Tipo y cantidad de luz
Los lucernarios son el método más eficaz para dejar pasar la luz natural al interior de un edificio, ya que también permiten regular su tipo y su cantidad. Esencialmente, la luz puede ser de dos tipos :
- Luz directa: la luz entra en el edificio a través del lucernario como un rayo directo, sin obstáculos ni interferencias; por lo tanto, la luz se concentra en un área limitada. Este tipo de luz se obtiene utilizando policarbonato y PVC, tanto claros como con la mayor parte de los tintados disponibles;
- Luz difusa: la luz pasa a través del lucernario, iluminando de manera más uniforme la estructura inferior. Obtener este tipo de luz puede resultar útil en casos en los que se necesite iluminar una zona muy extensa con una formación mínima de sombras. Esta iluminación se obtiene usando materiales como fibra de vidrio, policarbonato y PVC, de forma estructurada y con coloraciones opalinas.
El diseñador de un edificio debe dimensionar los lucernarios de tal forma que regulen la iluminación interna según los niveles más apropiados para el uso que se prevea para el edificio, debe escoger los materiales adecuados y debe determinar cuál es la mejor área a ocupar por los lucernarios. Durante la fase de proyecto de un edificio, también es necesario dimensionar la zona ocupada por los lucernarios, teniendo en cuenta la posibilidad de que el uso final del edificio puede cambiar. Así se aseguran, en cualquier caso, niveles de luz natural adecuados. De todas formas, se suele considerar que el área ocupada por los lucernarios en la cobertura de un edificio no debe ser inferior al 10%. En algunas situaciones, la cantidad de luz que entra en un edificio se debe controlar, para evitar el sobrecalentamiento de la zona inferior.
Configuraciones de lucernarios
Los principales factores a considerar durante la proyectación de un lucernario son:
- La necesidad de una iluminación que cree un ambiente acogedor y adecuado para las actividades que se desarrollarán en éste;
- Los especiales requisitos de iluminación en zonas específicas del edificio;
- La relación entre la altura del edificio y la capacidad del lucernario de proporcionar una iluminación adecuada al nivel del suelo;
- La frecuencia de mantenimiento de la cobertura y la facilidad de acceso a ella.
Se pueden realizar las siguientes configuraciones posibles de lucernarios:
Lucernarios en ajedrezado
Esta configuración permite instalar lucernarios individuales separados y asegura la distribución más uniforme de la luz. El lucernario se fija a la cobertura en sus cuatro lados, por lo que se ancla muy bien a ésta. Esta configuración prevé la cantidad de elementos de latón más alta y, por lo tanto, necesita un cuidado máximo durante la aplicación de los sellantes, con el correspondiente aumento de los costes de instalación.
Lucernario redondeado en la línea del techo
El lucernario redondeado a lo largo de la línea del techo tiene un impacto estético favorable en la cobertura y asegura una distribución de la luz relativamente uniforme, siempre que la pendiente de la cobertura sea baja. Si se compara con la disposición en ajedrezado, el número de juntas a fijar y sellar es menor. Además, este tipo de lucernario representa una solución más segura en caso de acceder al techo con frecuencia. En cualquier caso, esta configuración está sujeta a elevadas cargas de viento.
Lucernarios de la línea del techo al canalón, planos o redondeados
Lucernarios con perfilados tanto planos como redondeados ; pueden instalarse desde la línea del techo hacia abajo, llegando en algunos casos hasta el canalón. Éstos minimizan el número de juntas necesarias, mejorando la fiabilidad y el comportamiento durante la vida útil del lucernario. En cualquier caso, una configuración de la línea del techo al canalón limita las posibilidades de acceso a la cobertura.
Lucernarios a media agua
Esta configuración representa un término medio entre la configuración en ajedrezado y la configuración de la línea del techo al canalón, tanto en lo que se refiere a la distribución de luz como a la sencillez de uso.
Lucernarios planos de recorrido continuo
Este tipo de lucernario permite obtener buenos niveles de iluminación, pero se usa menos en la arquitectura moderna.
Se debe poner especial cuidado con las tolerancias de producción y de acoplamiento de los lucernarios con los elementos de cobertura.
Lucernarios planos de dientes de sierra
Este tipo de lucernario podría considerarse uno de recorrido continuo, aunque no está sujeto a los mismos problemas relacionados con las tolerancias.
Lucernarios redondeados o en claraboya con disposición casual sobre cobertura plana
Utilizado en techos horizontales o de escasa pendiente, los lucernarios se colocan dependiendo de las distintas necesidades y del diseño del techo sobre soportes proyectados especialmente.
Lucernarios redondeados sobre cobertura curva
En esta solución, los lucernarios redondeados, ubicados sobre un soporte que tiene la misma curvatura del techo, corren a lo largo de toda la sección transversal de éste, deteniéndose a mitad
Estructura de vidriera
Estas estructuras pueden tener casi cualquier forma y diseño y, normalmente, se construyen con secciones de aluminio o acero y unidades de policarbonato o vidrio, que permiten una infinita libertad durante la fase de concepción y proyectación.
Materiales usados
Los materiales utilizados para los lucernarios no sólo deben dejar pasar la luz, sino que también deben satisfacer todos los requisitos previstos de duración, térmicos, de seguridad y de comportamiento ante el fuego. Los materiales usados normalmente son fibra de vidrio, policarbonato, vidrio y, en una medida mucho menor, PVC.
Policarbonato
El policarbonato es un material muy versátil, cuyas propiedades claves son, básicamente, las siguientes:
- excepcional resistencia al impacto;
- elevados niveles de transmisión de la luz;
- buena capacidad de elaboración;
- buena clasificación de comportamiento ante el fuego;
- elevada resistencia a unas condiciones atmosféricas adversas;
- ligereza.
Todos los paneles en policarbonato se encuentran normalmente disponibles en versiones claras y de color, para poder proporcionar luz directa; o bien en forma estructurada y con coloraciones opalinas, para producir luz difusa. La protección coextruida contra los rayos UV elimina hasta el 99% de la radiación ultravioleta, con lo que protege tanto los materiales como las personas en el interior del edificio.
Sustancialmente, el policarbonato puede ser de tres tipos distintos:
- multipared: permite alcanzar las prestaciones de aislamiento térmico más elevadas. Al igual que sucede con el policarbonato compacto, puede plegarse en frío (aunque en una menor medida) y tiene una relación resistencia-peso muy elevada, con lo que resulta especialmente adecuado para la construcción de estructuras de vidriera ;
- perfilado: se usa si el lucernario a instalar es en plano y debe reproducir exactamente el perfil de los elementos adyacentes de revestimiento del techo ;
- compacto: presenta buenas propiedades de transparencia. Se puede curvar en frío, es adecuado para su uso en estructuras de una cierta complejidad y se puede plegar en distintas formas, como cúpulas o pirámides .
Fibra de vidrio
La fibra de vidrio es el material perfilado más versátil y más comúnmente usado. Ideal para la construcción de lucernarios redondeados, demuestra tener excelentes prestaciones y proporciona elevados niveles de luz difusa dentro de un edificio.
A día de hoy se encuentran disponibles en el mercado láminas de fibra de vidrio de alta calidad. Éstas incorporan una protección superficial contra los rayos ultravioletas, capaz de eliminar virtualmente la pérdida de color que, en general , se da a largo plazo.
Vidrio de seguridad
El vidrio, con uso muy extendido en los sectores de los supermercados y el comercial, presenta:
- un excelente comportamiento ante el fuego;
- una buena resistencia al impacto;
- elevadas características de transmisión de la luz;
- excepcionales características de transparencia.
El vidrio se puede plegar para la construcción de lucernarios redondeados.
Además, se entregan con distintos revestimientos y tratamientos superficiales que permiten el paso de una luz difusa, el control de la cantidad de luz solar transmitida y una protección total contra los rayos UV.
PVC
El PVC tiene una baja resistencia al impacto y a las condiciones ambientales, si se compara con otras soluciones alternativas. El PVC no satisface el requisito de ausencia de fragilidad si no se añaden otras medidas de seguridad, a implementar durante la construcción del lucernario.
Lucernarios planos
Detalles
PanelSandwich.ORG permite a sus clientes la instalación de lucernario planos sobre coberturas inclinadas, acoplando una lámina de material plástico con perfil A38 con el panel sandwich Cubierta A38 P1000 G4.
Dependendo del material usado, es posible obtener los siguientes sistemas integrados:
lucernario de doble lámina ensamblado en el lugar de construcción.
Compuesto por una lámina perfilada en fibra de vidrio, disponible en longitudes de hasta ocho metros, a utilizar junto con un rollo corrugado en el lado interno;
lucernario de una sola lámina ensamblado en el lugar de construcción:
basado en el uso de una lámina perfilada de policarbonato en forma de nido de abeja, con las siguientes características;
- longitud de hasta doce metros y anchura de un metro;
- excelentes propiedades de aislamiento térmico (K = 2,8 kcal/m2 h °C);
- resistencia a las variaciones de temperatura (de -40 a 120 °C);
lucernario de una sola lámina ensamblado en el lugar de construcción:
compuesto de un panel plano de policarbonato en forma de nido de abeja y a cuatro paredes, con las siguientes características:
- longitud de hasta doce metros y anchura de 0,93 metros;
- excelentes propiedades de aislamiento térmico (K = 1,39÷1,43 kcal/m2 h °C);
- resistencia a las variaciones de temperatura (de -30 a 120 °C);
lucernario de doble lámina ensamblado en el lugar de construcción:
compuesto por una lámina perfilada de policarbonato compacto. Está disponible en longitudes de hasta ocho metros, a instalar junto lámina plana de policarbonato en forma de nido de abeja en el lado interno ;
Líneas maestras de la instalación
Cuando se instala una lámina de perfil trapezoidal como lucernario plano, es necesario actuar de tal forma que sus salientes laterales se sobrepongan a los salientes correspondientes de los elementos metálicos adyacentes de cobertura. Además, como se muestra en la Fig. 8.15, la lámina se debe instalar de tal forma que su lado superior quede por debajo de la lámina metálica del panel de cobertura que se encuentra encima, mientras que su lado inferior debe quedar por encima de la lámina metálica del panel de cobertura que se encuentra abajo.
Se debe poner especial atención cuando se instale la lámina de policarbonato en forma de nido de abeja de cuatro paredes, ya que ésta sólo se puede acoplar con el panel Cubierta utilizando un sistema de elementos de latón adecuado .
Todos los lucernarios descritos deben instalarse con una red de seguridad , como prescribe la legislación actual. La red de seguridad debe ubicarse directamente debajo de la lámina de plástico.
El montaje se realiza usando fijaciones que anclen el lucernario a los elementos de la estructura sin que se produzcan daños derivados de cargas de viento, asegurando la estanqueidad de los orificios de fijación ante condiciones climáticas adversas (incluso si son condiciones extremas) y, al mismo tiempo, permitiendo un juego considerable para la dilatación térmica. Las principales fijaciones deben aplicarse en correspondencia de la parte inferior del perfil y montar una arandela sellante. Las fijaciones deben ser lo suficientemente estrechas como para comprimir de manera adecuada la arandela sellante. Para prevenir una acumulación de agua de lluvia en la zona de las fijaciones, el diámetro de la arandela debe ser, al menos, 10 mm menos que la anchura del área de fijación.
Por efecto del coeficiente de expansión térmica del PVC y del policarbonato, es necesario prever unos orificios de fijación con grandes tolerancias alrededor de las fijaciones principales; así se favorecerán los posibles cambios relacionados con la expansión térmica sin que den origen a tensiones no deseadas. Si se tiene en cuenta que estos cambios pueden ser de entidad considerable, la longitud de las láminas de PVC y policarbonato usadas en los lucernarios no debería superar los seis metros. Los lucernarios en fibra de vidrio, en general, no necesitan de medidas especiales relacionadas con estos cambios térmicos.
Es necesario poner mucho cuidado en la aplicación de las fijaciones y del sellante para obtener una cobertura impermeable a los agentes atmosféricos. Se debe aplicar, al menos, una franja de sellante en ambos lados (superior e inferior) de la lámina, entre la lámina en sí y el elemento metálico de cobertura, en la parte inferior de las fijaciones correspondientes. Preferiblemente, el sellante se debe aplicar cerca de las fijaciones para aprovechar la compresión producida por éstos. Se deben aplicar franjas adicionales de sellante donde sea necesario, dependiendo de la pendiente del techo y del grado de exposición . Generalmente, cuanto más baja sea la pendiente del techo, mayor será el sellante a aplicar.
Las franjas de sellante se pueden aplicar a los lados de la lámina, en correspondencia con la parte más alta de los salientes que se sobreponen, como se muestra en la Fig. 8.21, aunque a menudo se prefiere poner dos franjas de sellante, una en cada lado del saliente .
Cuando se instala una lámina de perfil ondulado para lucernarios planos, las fijaciones principales deben aplicarse en correspondencia del punto más alto del perfil. En este caso, es necesario utilizar fijaciones auto-sellantes con vástago de caucho sintético y capuchón sellante .
El sellante debe ser siempre de color claro, preferiblemente blanco, ya que un sellante de color oscuro puede causar distorsiones en los lucernarios debidos al calentamiento solar.
Lucernarios fuera del plano
Detalles y líneas maestras para la instalación
PanelSandwich.ORG ofrece la posibilidad de instalar dos tipos distintos de lucernarios fuera del plano: lucernarios redondeados en la línea del techo, fijos o que se pueden abrir , y lucernarios de cúpula, fijos o que se pueden abrir .
El lucernario redondeado en la línea del techo:
se construye a partir de una lámina de policarbonato en forma de nido de abeja con curva autoportante, con un espesor de 10-16 mm y una anchura de unos 650 mm.
La lámina es la adecuada para coberturas curvas con radio fijo de unos 3.500 mm. Se entrega con una protección contra los rayos UV y en colores claro, perla, verde y fumé. La estructura portante del lucernario se construye ensamblando soportes transversales curvos autoportantes, en acero galvanizado e plastificado, con una sección cuadrada y junta abierta, con dos pequeñas chapas en los extremos perfiladas en U .
Los soportes cuadrados se colocan a una distancia de 650 mm. La instalación se debe realizar introduciendo los bordes perfilados de la lámina de policarbonato dentro de los soportes cuadrados, como se muestra en la vista en sección de la Fig. 8.28, y el la vista aumentada de la Fig. 8.29.
Los extremos sellados en caliente de la lámina de policarbonato, junto con otros accesorios, proporciona una estanqueidad del sistema excepcional.
En cualquier caso, es necesario seguir atentamente las indicaciones del fabricante relacionadas con la aplicación de las fijaciones y del sellante para garantizar que se mantengan los requisitos de estanqueidad a los agentes atmosféricos, de resistencia al impacto, de duración y de aislamiento térmico.
Los lucernarios de cúpula pueden ser fijos o que se pueden abrir, tanto a mano como eléctricamente.
Generalmente se componen de una cúpula, que puede ser de policarbonato o de material acrílico, y de un soporte, cuya función será la de alzar la cúpula en, al menos, 150 mm desde la superficie de la cobertura.
El soporte puede ser de metal preformado, material plástico o fibra de vidrio. Además, puede tener un oportuno perfil lateral con salientes para facilitar así su acoplamiento con el panel sandwich Cubierta A38 P1000.
El soporte debe fijarse a la estructura del techo mediante las fijaciones adecuadas. Cuando las cúpulas se venden junto con sus correspondientes soportes preformados, en general se entregan también con los orificios de fijación necesarios.
En caso de que estos orificios de fijación se deban realizar durante la instalación, se tendrán que hacer más grandes para permitir las posibles dilataciones térmicas sin que se den tensiones.
Una solución especial, adecuada para la instalación de un lucernario de cúpula, sin ayuda de soportes preformados, sobre una cobertura en paneles sandwich Hipertec Roof, se muestra en la .
En este caso, un tampón aislante, usado como soporte, se debe fijar al panel usando unos elementos especiales en latón perfilados adecuadamente. Antes de la instalación de la cúpula, debe aplicarse una franja de sellante de forma continua en la parte más alta del soporte.
Reglas que conviene respetar durante la instalación de un lucernario
Durante la instalación de un lucernario, es una buena norma aplicar las siguientes normas, que conviene respetar:
- el lucernario debe ser resistente a los impactos producidos por violentas granizadas. En general, las láminas en policarbonato y en fibra de vidrio no muestran señales significativas de daños cuando se exponen a la acción del granizo, como han demostrado pruebas recientes. Estas pruebas se realizan usando un pequeño cañón de aire comprimido capaz de disparar proyectiles de poliamida (la poliamida tiene una masa específica similar a la del granizo) contra las láminas a probar, a una velocidad de unos 21 m/s. Las láminas en PVC han demostrado ser menos resistentes, y pueden deteriorarse seriamente tras una prolongada exposición a los golpes de una granizada;
- cuando se instala un lucernario, es importante escoger un sistema que ofrezca un aislamiento térmico similar al del techo. De hecho, en los casos en los que el aislamiento térmico del lucernario es más bajo que el del techo que lo rodea, se crea un puente térmico en correspondencia con el lucernario, lo que implica la formación de condensación;
- los sistemas de lucernarios pueden mostrar, con el variar de los materiales y de los métodos de instalación utilizados, valores estáticos muy distintos entre sí. Por lo tanto, para proyectar un lucernario con unas determinadas características de seguridad, el diseñador tiene la responsabilidad de controlar con el distribuidor si las soluciones escogidas son las adecuadas.
Ausencia de fragilidad a largo plazo
- Los lucernarios se diseñan y fabrican para presentar una total ausencia de fragilidad una vez instalados, siempre que se monten siguiendo las recomendaciones del fabricante.
- La ausencia de fragilidad a largo plazo puede verse influida por muchos factores externos como, por ejemplo:
- una instalación inicial incorrecta;
- el número y la posición de las fijaciones;
- la corrosión de las fijaciones o de los materiales de soporte;
- unas fijaciones de tamaños no adecuados;
- un número insuficiente de fijaciones en áreas sometidas a elevadas cargas de viento;
- el tamaño de las arandelas;
- juntas de estanqueidad endurecidas o deterioradas;
- operaciones de inspección y mantenimiento no adecuadas.
- Duración
Materiales
Todos los lucernarios, sobre todo los realizados en PVC, están sujetos a un deterioro gradual que, como consecuencia, lleva a pérdidas de color y se debilitaciones. Los lucernarios suelen ser resistentes a las habituales condiciones de contaminación atmosférica, siempre que estén protegidos con inhibidores de luz ultravioleta y se hayan implementado unas protecciones superficiales adecuadas. Los materiales más usados son:
Fibra de vidrio
La mayor parte de los lucernarios de fibra de vidrio permaneces estructuralmente sólidos durante treinta años o más. La acción combinada de los rayos UV y de los agentes atmosféricos puede causar la pérdida de color y la erosión de la superficie, pero no debilita o hace más frágil el material.
Las láminas no protegidas pueden empezar a perder color antes de que pasen cinco años. Por otra parte, las láminas de buena calidad, protegidas superficialmente contra los rayos UV, eliminan los problemas de descolorimiento durante todo su ciclo de vida, en especial si se someten a un programa adecuado de mantenimiento.
Policarbonato
Estos productos aseguran una vida útil superior a los quince años, con un deterioro lento de las propiedades mecánicas y de transmisión de la luz. Se debe poner especial atención a la compatibilidad de este material con los que estén en contacto directo con él. Algunos acabados superficiales (como el plastisol), con el paso del tiempo, pueden influir sobre las características mecánicas del producto, por lo que se debe concebir y aplicar un sistema de aislamiento adecuado.
PVC
La mayor parte de los productos en PVC tiende a oscurecerse y debilitarse con la acción de los rayos UV, con lo que garantizan una vida útil de entre cinco y diez años. En el mercado se encuentran disponibles productos en PVC, con formulaciones y protecciones especiales, que pueden durar incluso más de veinte años. El PVC, en especial a bajas temperaturas, debería tratarse siempre como un material frágil y, por lo tanto, no debería usarse en edificios industriales y comerciales, a no ser que durante la fase de proyectación se prevean sistemas adicionales para evitar caídas por los lucernarios.
Cuando se habla de lucernarios planos, generalmente se prefiere escoger materiales de color claro, ya que éstos tienden a absorber menos luz solar en comparación con los materiales más oscuros y, por lo tanto, tienden a ejercitar unas tensiones menores en las zonas en que se sobreponen los paneles de cobertura; éstas tienden a deteriorarse con más rapidez con temperaturas elevadas. Del mismo modo, se deberían usar sellantes y otros componentes de color claro.
Los lucernarios fuera del plano, por lo general, no se dejan influir por los materiales circunstantes y adyacentes, al estar separados de éstos por medio de elevaciones, soportes y otros sistemas de aislamiento. En cualquier caso, se deben someter igualmente a las mismas reglas aplicadas para los sellantes y los otros componentes.
Mantenimiento
La frecuencia de las operaciones de inspección y mantenimiento se debe programar teniendo en cuenta las condiciones ambientales locales a las esté sometido: las atmósferas más agresivas necesitan de inspecciones más frecuentes. En general, las operaciones de mantenimiento pueden describirse como se indica a continuación:
Limpieza
Los lucernarios se deben limpiar regularmente para eliminar la suciedad superficial. Así se mantendrán siempre elevados los niveles de transmisión de la luz y de absorción del calor y no se alterarán las propiedades físicas y ópticas a largo plazo. El proceso de limpieza consiste generalmente en un aclarado con agua caliente y detergente delicado (se deben evitar a toda costa los tratamientos abrasivos, cáusticos y químicos). Los restos de suciedad persistente deben eliminarse con un paño o un cepillo de cerdas blandas. Las salpicaduras de pintura o de brea se deben eliminar pasando un paño suave empapado de licor o alcohol. Se completa el proceso aclarando sólo con agua.
Se desaconseja el uso de bombas a alta presión, ya que el chorro de agua a alta presión puede penetrar en las juntas de estanqueidad;
Inspección
Los lucernarios se deben inspeccionar, al menos, una vez al año. Es preferible asociar este procedimiento a una operación de limpieza. La superficie de los lucernarios debe controlarse para comprobar la presencia de posibles daños ya que, si éstos penetran la protección superficial, influye en la capacidad del lucernario de resistir a los golpes con el paso del tiempo.
Para acabar, se deberían controlar todas las fijaciones, tanto para buscar posibles señales de corrosión como para comprobar que estén bien apretadas con un par de fijación adecuado. Cualquier fijación que no se corresponda con los requisitos de instalación se debe sustituir con velocidad.
Es buena norma, cada dos o tres inspecciones, incluir un control del sistema de estanqueidad: será necesario sustituir las juntas que muestren señales de deterioro.
Es importante recordar que, aunque la degradación del lucernario se puede minimizar cuidando especialmente los detalles de fabricación con frecuentes operaciones de limpieza, inspección y reparación; no será fácil que su vida útil supere los 20-25 años. Por lo tanto, en el programa de mantenimiento del edificio, es necesario prever una sustitución de todos los lucernarios.
