Cálculos de iluminación natural de EnergyPlus

El modelo de iluminación natural de EnergyPlus determina, junto con el análisis térmico, el efecto energético de las estrategias de iluminación natural. Para ello analiza la disponibilidad de luz natural, las condiciones del emplazamiento, la gestión de ventanas en respuesta a ganancias solares y deslumbramiento, y distintas estrategias de control de iluminación.

Los cálculos de iluminación natural se realizan durante la simulación en 3 pasos principales:

1. Se calculan y almacenan los factores de luz diurna, relaciones entre la iluminancia o luminancia interior y la iluminancia horizontal exterior. El usuario especifica las coordenadas de uno o dos puntos de referencia en cada zona iluminada naturalmente. EnergyPlus integra sobre el área de cada ventana exterior de la zona para obtener la contribución de luz directa a la iluminancia de los puntos de referencia y la contribución de la luz reflejada en paredes, suelo y techo antes de llegar a ellos. También calcula la luminancia de la ventana y de su fondo para determinar el deslumbramiento. Se tienen en cuenta factores como la distribución de luminancia del cielo, tamaño y orientación de ventanas, transmitancia del vidrio, reflectancia interior, protecciones solares móviles y obstrucciones exteriores. Al dividir la iluminancia o luminancia natural por la iluminancia exterior se obtienen los factores de luz diurna. Se calculan para posiciones solares horarias en las trayectorias de días representativos del periodo de simulación.
2. Se realiza un cálculo de iluminación natural en cada paso temporal del balance térmico cuando el sol está sobre el horizonte. La iluminancia en los puntos de referencia se obtiene interpolando los factores almacenados según la posición solar y el estado del cielo del paso actual y multiplicando por la iluminancia horizontal exterior. Si se ha especificado control de deslumbramiento, el programa despliega automáticamente las protecciones disponibles para reducirlo por debajo del nivel de confort indicado. Una opción similar utiliza protecciones para controlar automáticamente las ganancias solares.
3. Se simula el control de iluminación eléctrica para determinar la energía necesaria para cubrir la diferencia entre la iluminancia natural y la de diseño. Finalmente se pasa al cálculo térmico el factor de reducción eléctrica de iluminación de la zona, que se utiliza para reducir la ganancia térmica de las luces. El cálculo de EnergyPlus deriva del de DOE-2.1E, descrito en [Winkelmann, 1983] y [Winkelmann and Selkowitz, 1985]. Hay dos diferencias principales: (1) EnergyPlus calcula factores para cuatro tipos de cielo —despejado, despejado turbio, intermedio y cubierto—, mientras DOE-2 utiliza dos —despejado y cubierto—. (2) EnergyPlus calcula factores de cielo despejado para posiciones solares horarias varias veces al año, mientras DOE-2 utiliza 20 posiciones que abarcan el intervalo anual para una ubicación geográfica dada.