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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA POR
MEIO DA INTEGRAÇÃO DA LUZ NATURAL E ARTIFICIAL
ROGÉRIO DE CARVALHO FRANÇA DIAS
SÃO PAULO
2019
ROGÉRIO DE CARVALHO FRANÇA DIAS
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA POR
MEIO DA INTEGRAÇÃO DA LUZ NATURAL E ARTIFICIAL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Arquitetura e Urbanismo da
Universidade Presbiteriana Mackenzie como
requisito parcial à obtenção de título de Mestre em
Arquitetura e Urbanismo.
ORIENTADORA: PROF ª. DRA ª. GILDA COLLET BRUNA
SÃO PAULO
2019
D541e Dias, Rogério de Carvalho França.
Eficiência energética e redução do consumo de energia por
meio da integração da luz natural e artificial. / Rogério de
Carvalho França Dias.
179 f.: il. ; 30 cm
Dissertação (mestrado em Arquitetura e Urbanismo) –
Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2019.
Orientador: Gilda Collet Bruna.
Bibliografia: f. 86-90.
1. Projeto luminotécnico integrado. 2. Iluminação natural.
3. Iluminação artificial 4. Eficiência energética. I. Bruna, Gilda
Collet, orientadora. II. Título.
CDD
720.472
ROGÉRIO DE CARVALHO FRANÇA DIAS
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA POR
MEIO DA INTEGRAÇÃO DA LUZ NATURAL E ARTIFICIAL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Arquitetura e Urbanismo da
Universidade Presbiteriana Mackenzie como
requisito parcial à obtenção de título de Mestre em
Arquitetura e Urbanismo.
Aprovado em 14 de agosto de 2019
BANCA EXAMINADORA
À minha família, que se fez presente nessa jornada.
Ao Universo que sempre conspirou ao meu favor.
À vida, por ter me conduzido no caminho certo.
AGRADECIMENTOS
A dedicação da minha orientadora, Profa. Dra. Gilda Collet Bruna, que me conduziu
com maestria ao longo deste trabalho.
À Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, que viabilizou essa pesquisa.
À Arquiteta Daniela Cardoso Laudares, por acreditar neste trabalho e ajuda concreta.
Ao Fundo Mackenzie de Pesquisa, pela bolsa concedida no último semestre.
Aos membros da Banca, Profa. Célia Regina e Prof. Isac Roizenblat pela avaliação
deste trabalho, com críticas e sugestões pertinentes e construtivas.
À todos que de alguma forma, contribuíram para elaboração deste trabalho.
SUMÁRIO
RESUMO 15
1 INTRODUÇÃO 17
1.1 JUSTIFICATIVA 19
1.2 PROBLEMA 22
1.3 OBJETIVOS 24
1.4 MÉTODOS 24
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO 25
2. REFENCIAL TÉORICO 26
2. Histórico do estudo da iluminação natural em edifícios de ensino 27
2.1 Disponibilidade de luz natural 32
2.1.1 Classificação de tipos de céu 35
2.2 Iluminação natural e a saúde dos usuários 38
2.3 Iluminação natural e os ambientes de trabalho 40
2.3.1 Percepção da Luz nos espaços de trabalho 42
2.4 Eficiência Energética e o Desempenho Luminoso das Edificações 47
2.4.1 Eficiência Energética através do Uso da Luz Natural Controlada 50
3. ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL – CONCEITOS E NORMAS 52
3. Projeto luminotécnico integrado: iluminação natural e artificial 52
3.1 Sistemas de controle da luz artificial em resposta à luz natural 55
3.1.1 Métodos para integração da luz natural e artificial 59
3.1.2 IASPI - Iluminação Artificial Suplementar Permanente Interiores 60
3.1.3 PALN - Percentual de Aproveitamento da Luz Natural 61
3.2 Desempenho da luz natural e o conceito de zonas luminosas 62
3.2.1 Método do Fator de luz Natural (Daylight Factor) 66
3.2.2 Métricas e métodos para a avaliação da iluminação natural 67
3.3 Métodos de avaliação da iluminação natural 69
3.3.1 Programas computacionais 71
3.3.2 A escolha dos programas de simulação de iluminação 72
4. ESTUDO DE CASO: 74
4.1 Estudo de caso – Faap 75
4.2 Estudo de caso – Fau Usp 105
4.3 Estudo de caso – Mackenzie 138
4.4 Considerações sobre os resultados 168
4.4.1 Análise: Estudo de caso - Faap 169
4.4.2 Análise: Estudo de caso - Fau Usp 170
4.4.3 Análise: Estudo de caso - Mackenzie 170
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS: 172
REFERÊNCIAS 174
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
imagem 01 - High Performance Schools - HPS 28
imagem 02 - Iluminação zenital - Claraboias 29
imagem 03 - Iluminação zenital - Lanternins 30
imagem 04 - Iluminação zenital - Átrio 30
imagem 05 - Iluminação zenital - Sheds 32
imagem 06 - Iluminação zenital - Tubo solar 43
imagem 07 - Azimute e altura solar 28
imagem 08 - Produção de cortisol e da melatonina 39
imagem 09 - Imagem da integração da luz natural e artificial 54
imagem 10 - Zonas de iluminação com características semelhantes 55
imagem 11 - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores 62
imagem 12 - Liminites das zonas luminosas 65
imagem 13 - Delimitação das zonas luminosas no plano de trabalho 66
imagem 14 - Mapas das zonas luminosas para três tipos de céu 66
imagem 15 - Fontes de luz natural que alcançam o edifício 68
imagem 16 - Renderização de um espaço de trabalho e a representação 69
imagem 17 - Faap - Implantação da edificação 76
imagem 18 - Faap - sala de aula de projeto, vista em perspectiva 76
imagem 19 - Faap - sala de aula de projeto, vista frontal 77
imagem 20 - Faap - sala de aula de projeto, vista perspectiva 77
imagem 21 - Faap - sala de aula de projeto, vista lateral e aberturas 78
imagem 22 - Faap - sala de aula de projeto, detalhe das aberturas 78
imagem 23 - Malha de pontos de medição (Luz Natural) 80
imagem 24 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial) 81
imagem 25 - Simulação da Iluminação Natural 82
imagem 26 - Simulação da Iluminação Artificial 82
imagem 27 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 83
imagem 28 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 84
imagem 29 - Divisão das zonas de iluminação 85
imagem 30 - Simulação Zona 1 86
imagem 31 - Resultado da Simulação Zona 1 87
imagem 32 - Simulação Zona 2 87
imagem 33 - Resultado da Simulação Zona 2 88
imagem 34 - Simulação Zona 3 88
imagem 35 - Resultado da Simulação Zona 3 89
imagem 36 - gráfico de dimerização por zona 89
imagem 37 - gráfico iluminância média (luz artificial) 90
imagem 38 - Resultados de iluminância média (janeiro) 92
imagem 39 - Resultados de iluminância média (fevereiro) 93
imagem 40 - Resultados de iluminância média (março) 94
imagem 41 - Resultados de iluminância média (abril) 95
imagem 42 - Resultados de iluminância média (maio) 96
imagem 43 - Resultados de iluminância média (junho) 97
imagem 44 - Resultados de iluminância média (julho) 98
imagem 45 - Resultados de iluminância média (agosto) 99
imagem 46 - Resultados de iluminância média (setembro) 100
imagem 47 - Resultados de iluminância média (outubro) 101
imagem 48 - Resultados de iluminância média (novembro) 102
imagem 49 - Resultados de iluminância média (dezembro) 103
imagem 50 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial) 104
imagem 51 - Atelier de projeto - implantação 105
imagem 52 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - lateral direita 106
imagem 53 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - vista frontal 107
imagem 54 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - sistema zenital 107
imagem 55 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - lateral esquerda 108
imagem 56 - Medição - Luz natural 109
imagem 57 - Malha de pontos de medição (Luz Natural) 110
imagem 58 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial) 111
imagem 59 - Simulação da Iluminação Natural 112
imagem 60 - Simulação da Iluminação Natural 112
imagem 61 - Simulação da Iluminação Artificial 113
imagem 62 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 114
imagem 63 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 115
imagem 64 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 116
imagem 65 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 117
imagem 66 - Divisão das zonas de iluminação 118
imagem 67 - Simulação Zona 1 119
imagem 68 - Resultado da Simulação Zona 1 120
imagem 69 - Simulação Zona 2 121
imagem 70 - Resultado da Simulação Zona 2 121
imagem 71 - Simulação Zona 3 122
imagem 72 - Resultado da Simulação Zona 3 123
imagem 73 - gráfico iluminância média (luz artificial) 124
imagem 74 - Resultados de iluminância média (janeiro) 125
imagem 75 - Resultados de iluminância média (fevereiro) 126
imagem 76 - Resultados de iluminância média (março) 127
imagem 77 - Resultados de iluminância média (abril) 128
imagem 78 - Resultados de iluminância média (maio) 129
imagem 79 - Resultados de iluminância média (junho) 130
imagem 80 - Resultados de iluminância média (julho) 131
imagem 81 - Resultados de iluminância média (agosto) 132
imagem 82 - Resultados de iluminância média (setembro) 133
imagem 83 - Resultados de iluminância média (outubro) 134
imagem 84 - Resultados de iluminância média (novembro) 135
imagem 85 - Resultados de iluminância média (dezembro) 136
imagem 86 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial) 137
imagem 87 - Imagem aérea (FAU-Mackenzie) 138
imagem 88 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, aberturas 139
imagem 90 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, lateral direita 139
imagem 91 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, vista frontal 140
imagem 92 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, abertura 140
imagem 93 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, abertura 141
imagem 94 - Malha de pontos de medição (Luz Natural) 143
imagem 95 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial) 144
imagem 96 - Simulação da Iluminação Natural 145
imagem 97 - Simulação da Iluminação Artificial 145
imagem 98 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 146
imagem 99 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 147
imagem 100 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 148
imagem 101 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 148
imagem 102 - Divisão das zonas de iluminação 149
imagem 103 - Simulação Zona 1 150
imagem 104 - Resultado da Simulação Zona 1 151
imagem 105 - Simulação Zona 2 152
imagem 106 - Resultado da Simulação Zona 2 152
imagem 107 - Simulação Zona 3 153
imagem 108 - Resultado da Simulação Zona 3 153
imagem 109 - gráfico de dimerização por zona 154
imagem 110 - gráfico iluminância média (luz artificial) 154
imagem 111 - Resultados de iluminância média (janeiro) 156
imagem 112 - Resultados de iluminância média (fevereiro) 157
imagem 113 - Resultados de iluminância média (março) 158
imagem 114 - Resultados de iluminância média (abril) 159
imagem 115 - Resultados de iluminância média (maio) 160
imagem 116 - Resultados de iluminância média (junho) 161
imagem 117 - Resultados de iluminância média (julho) 162
imagem 118 - Resultados de iluminância média (agosto) 163
imagem 119 - Resultados de iluminância média (setembro) 164
imagem 120 - Resultados de iluminância média (outubro) 165
imagem 121 - Resultados de iluminância média (novembro) 166
imagem 122 - Resultados de iluminância média (dezembro) 167
imagem 123 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial) 168
imagem 124 - Quadro geral de resultados 169
LISTA DE TABELAS
tabela 01 - Caracterização das condições do céu 37
tabela 02 - Dados de entrada para simulação 72
tabela 03 - Estratégia de controle para economia de energia 174
15
RESUMO
O uso eficiente da iluminação na arquitetura está condicionado ao estudo da
disponibilidade da luz natural e sua integração ao sistema de iluminação artificial. A
iluminação artificial é considerada um dos maiores consumos energéticos nos
edifícios de ensino, logo após os sistemas de ar-condicionado. O objetivo desta
pesquisa é compreender, por meio de simulações computacionais, a potencialidade
de aproveitamento da luz natural, em sistemas automáticos de controle da iluminação
artificial. O método foi aplicado em análises realizadas em três estudos de caso
desenvolvidos nas salas de aula de projeto do curso de Arquitetura e Urbanismo das
seguintes universidades: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade
de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O modelo foi produzido
por meio do uso do software de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2. Foram realizadas
simulações dinâmicas da luz natural e artificial em todos os meses do ano em horário
comercial, para obtenção da iluminância média mensal por zonas de iluminação.
Serviram como parâmetros das análises realizadas as normas Brasileiras NBR
ISO/CIE. Os resultados mostram que a eficiência energética e a conservação de
energia no ambiente de ensino, depende de várias variáveis e não somente a
integração dos sistemas, como: posição do edifício em relação ao norte, dimensão do
ambiente como largura, comprimento e altura, tipo de abertura, transmitância do vidro
e as refletâncias em relação a cor do piso, paredes e teto. Sendo a melhor estratégia
a integração da luz natural e artificial por meio de sistemas de controle que permite a
dimerização da luz artificial, de forma que ela seja ajustada para suplementar os níveis
disponíveis pela luz natural, mantendo constante o nível de iluminância prescrito para
cada ambiente, sendo necessário a utilização de zonas de iluminação de acordo com
a atividade que será exercida, levando em consideração o desenho arquitetônico do
ambiente e a função do espaço, de forma a alcançar a iluminância desejada no
ambiente, cada vez que o sistema de controle entra em ação, de acordo com as
variações da luz natural no decorrer do ano, permite a redução do consumo de energia
e consequentemente a eficiente energética do edifício.
Palavras-chave: iluminação natural, iluminação artificial, eficiência energética.
16
ABSTRACT
The efficient use of lighting in architecture is conditioned to the study of the
availability of natural light and its integration into the artificial lighting system. Artificial
lighting is considered one of the largest energy consumptions in educational buildings,
just after air-conditioning systems. The aim of this research is to understand, through
computational simulations, the potential of natural light utilization in automatic systems
of artificial lighting control. The method was applied in analyzes performed in three
cases developed in the design classrooms of the following universities: Armando
Alvares Penteado Foundation - FAAP, University of São Paulo - USP and
Universidade Presbiteriana Mackenzie. The model was made through the use of
Dialux Evo 8.1 calculation and modeling software and the Rhinoceros Diva Plug-in.
Dynamic simulations of natural and artificial light were performed in all the months of
the year during commercial hours, in order to obtain the average monthly illumination
by lighting zones. The Brazilian standards NBR ISO / ICE were used as parameters of
the analyzes. The results show that energy efficiency and energy conservation in the
teaching environment depend on several variables and not only the systems
integration, such as: building position in relation to the north, size of the environment
as width, length and height, type aperture, glass transmittance, and reflectances in
relation to the color of the floor, walls, and ceiling. The best strategy is the integration
of natural and artificial light by means of control systems that allow the dimming of
artificial light, so that it is adjusted to supplement the levels available by natural light,
keeping the prescribed illuminance level constant for each environment. It is necessary
to use lighting zones according to the activity to be performed, taking into consideration
the architectural design of the environment and the function of the space, in order to
achieve the desired illuminance in the environment, each time the control system
enters. in action, according to the variations of natural light throughout the year, allows
the reduction of energy consumption and consequently the energy efficiency of the
building.
Keywords: natural lighting, artificial lighting, energy efficiency.
17
1. INTRODUÇÃO
A iluminação é um dos parâmetros essenciais para a concepção de qualquer
projeto, e o tipo de iluminação irá caracterizar a edificação e adequar sua função,
possibilitando o exercício de atividades visuais. Em edificações de ensino, o projeto
de iluminação possibilita o desenvolvimento de tarefas visuais que auxiliarão no
aprendizado.
A utilização da iluminação natural em edifícios de ensino é relevante tanto para
atender questões econômicas (economia de energia), quanto pelo fato estético e
psicológico, visto que a luz natural é preferida pelo ser humano. Apesar disto, deve-
se lembrar de que a luz natural é variável e não está disponível em todas às 24 horas
do dia, tornando necessário o emprego de uma fonte de iluminação artificial que
substitua a iluminação natural durante a noite e suplemente a iluminação natural
durante os períodos em que os níveis de iluminação fornecidos estejam menores que
os recomendados. No que diz respeito à iluminação de edificações, a eficiência
energética pode ser alcançada por meio de dois fatores: uso adequado da luz natural
ao longo do dia e de sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando ambos os
fatores são reunidos numa proposta projetual, aumentam as chances de êxito com
relação à economia de energia (TOLEDO, 2008).
No processo de ensino-aprendizagem que ocorre em salas de aula de projeto
é necessário que o ambiente físico seja adequado e com condições mínimas de
conforto, de forma a contribuir positivamente no desempenho das atividades
desenvolvidas por alunos e professores. Neste contexto, o conforto térmico e lumínico
são elementos fundamentais na garantia de uma boa condição ambiental, devendo
haver preocupação quanto à escolha do sistema de iluminação artificial e elementos
de controle da luz natural.
Uma das principais propriedades da luz natural é a qualidade da luz que
proporciona. A visão humana evoluiu ao longo de milhões de anos usando a luz
natural - uma combinação de luz solar direta e luz difusa do céu - e por esse motivo
apresenta maior facilidade de se adaptar a ela. A luz natural é uma fonte luminosa que
18
abrange toda a gama de radiações do espectro eletromagnético e por isso é usada
como referência na comparação com as fontes artificiais, por sua vez, também é
considerada a melhor fonte de luz para a fidelidade na reprodução de cores
(ROBBINS, 1986).
A luz é parte integrante do processo de aprendizado, sendo essencial para o
mecanismo da visão, pois sem ela não se consegue ver. É fundamental também para
todos os processos que tornam possível ao cérebro relacionar-se com o meio
ambiente. Nas últimas décadas, a ênfase no desempenho de atividades de trabalho
humano tem se deslocado da força física para o sistema visual, usando as funções
moto-sensoras. O sistema visual transformou-se, assim, na principal ferramenta de
trabalho para milhões de pessoas, que recebem boa parte das informações por meio
da visão. Da mesma forma, entre os muitos fatores que influenciam os processos de
aprendizagem, aqueles relacionados com as condições ambientais têm um papel
importante, pois boas condições de iluminação, favorecem o desempenho visual
(BERTOLOTTI, 2007).
Para Rennhackkamp (1964, p.60-61), "uma vez que a função primordial de uma instituição de ensino é estimular o processo educacional no seu sentido mais amplo, todos os esforços deveriam ser feitos para fornecer aos estudantes um ambiente educacional adequado e estimulante. Neste sentido, a importância de uma boa iluminação para o desenvolvimento dos alunos, preservando sua visão, não deve ser subestimado".
Em linhas gerais, o sistema visual terá um desempenho mais rápido e mais
apurado quanto maior for o campo visual, maior o contraste de luminâncias, melhor a
diferenciação de cores, produzindo uma imagem clara na retina e, quanto maior for à
iluminação na retina, mais rápido e mais refinado será o desempenho do sistema
visual (BERTOLOTTI, 2007).
A utilização de iluminação natural como fonte principal de luz em edifícios de
aprendizagem também tem um potencial enorme de conservação de energia.
Instituições de ensino, tipicamente têm seu principal consumo de energia
representado pela iluminação artificial. Romero (1996) verificou que o sistema de
iluminação da Universidade de São Paulo, por exemplo, era responsável por 65,5%
19
do consumo de eletricidade total do campus. Também, Ghisi (1997) em sua
dissertação de mestrado, avaliou as condições de iluminação natural em salas de aula
do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina, com o intuito de
determinar o potencial de conservação de energia elétrica. Sua conclusão foi que os
9% de economia possíveis de serem gerados com a redução da utilização da
iluminação artificial, obedecendo aos níveis mínimos estipulados em norma,
representavam uma economia de 0,9 GWh/ano, equivalentes a R$ 86.650,00 ao ano
(BERTOLOTTI, 2007).
A correta utilização da iluminação natural deveria prover níveis de iluminação
satisfatórios para o desenvolvimento de tarefas visuais, com o mínimo de desperdício
de energia. Nos Estados Unidos, onde os gastos com energia em Instituições de
Ensino incluem despesas com ar condicionado e calefação, (Nickolas e Bailey, 2002)
compararam três novas escolas construídas no estado da Carolina do Norte, e
projetadas para permitir o uso sustentável da iluminação natural, com as outras
existentes no estado. Eles concluíram que o potencial de redução dos gastos com
energia representava de 22% a 64% nas novas unidades, economia de energia e
valores que poderiam ser investidos nos professores.
Além disso, o crescente consumo da energia gerada tanto em países
desenvolvidos como em desenvolvimento, precisam controlar esse gasto como parte
do programa de economia do país. O Brasil se inclui neste grupo, embora o consumo
de energia em seu território não seja tão elevado como o consumo de energia em
países de área territorial equivalente, por exemplo, os Estados Unidos (EUA) e a
Austrália (LAMBERTS, 2004).
1.1 JUSTIFICATIVA
A crise energética pela qual a sociedade moderna passa hoje, obriga a todos a
uma “economia” permanente nos processos de projetos de edifícios, visando o
controle de gastos energéticos. Os sistemas de iluminação, responsáveis por grande
parte da energia consumida em uma edificação vêm se tornando um dos principais
alvos, na busca dessa eficiência energética. Segundo Jannuzzi (1992), cerca de 16%
20
do total da energia elétrica consumida no país é para iluminação, e este consumo é
distribuído da seguinte maneira: 4% para iluminação residencial; 6% para iluminação
comercial, 2% para iluminação industrial, 3% para iluminação pública.
As projeções das demandas mundiais até 2030 mostram um cenário de
escassez dos recursos chaves como energia (50%); água (40%); e alimentos (5%).
(WORLD ENERGY COUNCIL, 2015) As constantes crises energéticas que vêm
ocorrendo nos últimos 30 anos, com ameaças de racionalização de energia,
associadas à falta de um padrão de qualidade nos equipamentos elétricos tornam este
cenário mais alarmante.
No Brasil, segundo o relatório da EPE - (Empresa de Pesquisa Energética) de
2014, os edifícios de ensino representam um gasto energético de 4,6% da energia
total. Nos edifícios de ensino, a iluminação artificial dos ambientes é responsável por
grande parte do consumo de energia junto com o sistema de condicionamento
artificial. Isto pode ser revertido, gerando maior economia, quando as edificações são
dotadas de dispositivos mais eficazes, associados a estratégias e projetos que priorize
o aproveitamento da iluminação e ventilação natural. Segundo a ABILUX (1995), a
iluminação artificial pode ser responsável por até 90% do consumo de eletricidade.
Com a otimização dos projetos de edifícios para o aproveitamento do potencial de
iluminação natural disponível no país, é possível reduzir o consumo de energia elétrica
para a geração de iluminação artificial.
Como discutido acima os maiores gastos energéticos nos grandes edifícios de
ensino são devidos ao consumo de equipamentos com ar condicionado, e com a
iluminação artificial. Na arquitetura, aplicando-se os conceitos de sustentabilidade
pode-se contribuir para reverter esse quadro, sem deixar de considerar a busca de
qualidade na iluminação artificial.
No que diz respeito à iluminação de edificações, a eficiência energética pode
ser alcançada por meio de dois fatores: O uso adequado da luz natural e o uso de
sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando estes fatores são reunidos numa
proposta projetual, aumentam as chances de êxito do projeto com relação à economia
de energia.
21
De acordo com Souza (2003, p.13-14) "a utilização eficiente qualitativa e
quantitativa de sistemas integrados de iluminação artificial e natural proporciona aos
usuários ambientes agradáveis e prazerosos, evitando desperdício de energia elétrica
e proporcionando o retorno em curto prazo do investimento inicial em sistemas
tecnologicamente eficientes”. A economia de energia elétrica pode ser significativa
quando a luz natural atuar em conjunto com um sistema de controle adequado da
iluminação artificial.
Para tirar um maior aproveitamento da iluminação natural em um edifício, o
sistema de controle da iluminação artificial deve desligar ou reduzir a intensidade
(dimerizar) da iluminação artificial nos momentos em que a iluminação natural for
suficiente. A iluminação artificial deve operar para suplementar as mudanças nos
níveis da iluminação natural, durante o dia e manter constante a iluminância de
projeto, usando as mais eficientes tecnologias e estratégias de controles disponíveis
(LANL, 2002).
Atualmente com o grande avanço na tecnologia de controles para iluminação,
a quantidade de projetos que buscam a integração do sistema natural com o artificial
vem aumentando. Para a utilização destes controles, visando aproveitar ao máximo
os benefícios da luz natural, torna-se necessário compreender o seu comportamento
dentro do ambiente, e avaliar a economia proporcionada pela iluminação na etapa do
pré-projeto de uma edificação ou de um retrofit.
A integração da luz natural e artificial tem início na determinação das intenções
globais do projeto luminotécnico. É quando se define, então, os papeis a serem
desempenhados pela luz natural e pela luz artificial para que os objetivos do projeto
sejam atingidos. Antes de mais nada é preciso analisar o desempenho da luz natural
no ambiente, em diferentes períodos ao longo do ano, para ser observados os níveis
de luminância das superfícies, as zonas luminosas, as variações sazonais da
disponibilidade de luz natural (direção e intensidade), e a mudança na distribuição da
luminosidade com aberturas e elementos de controle da luz solar direta (IESNA,
2000).
22
A luz natural é tanto elemento de projeto, quanto sistema ambiental. Enquanto
elemento de projeto pode valorizar aspectos estéticos e qualitativos de conforto da
edificação. Enquanto, o sistema ambiental deve ser analisado quantitativamente,
segundo o desempenho de seus atributos (iluminação, energia e economia), suas
características físicas, e sua interação com outros sistemas ambientais, incluindo
iluminação artificial, condicionamento de ar e estruturas (ROBBINS, 1986).
Diferentes métodos para projeto luminotécnico são descritos por vários autores,
principalmente em trabalhos que tratam da luz natural. Usualmente são divididos em
métodos de cálculos, métodos gráficos e também é considerado o uso de modelos
reduzidos para avaliação do comportamento da luz natural, seja sob a luz do dia real
ao ar livre, ou sob um céu artificial criado em laboratório.
Com as facilidades oferecidas pelos recursos da computação, muitos
programas de simulação foram criados para facilitar a aplicação das rotinas de cálculo
estabelecidas pelos métodos. Os programas implementam os algoritmos de métodos
de cálculo possibilitando o estudo de edificações de forma complexa com agilidade e
precisão (Lima e Christakou, 2007).
O presente trabalho busca avaliar a adequação do sistema de iluminação
suplementar ao sistema de iluminação natural existente, em sala de aula padrão, por
meio da integração dos dois sistemas de iluminação. Objetiva-se o aproveitamento da
iluminação natural, e a obtenção de propostas de um sistema de iluminação artificial
diferenciado que permita o desenvolvimento das atividades executadas em sala de
aula, além de oferecer melhor qualidade de iluminação aos seus usuários.
1.2 PROBLEMA
O sistema de iluminação artificial apresentado atualmente em salas de aulas,
não leva em conta a diversidade das atividades executadas nestes ambientes e,
muitas vezes, desconsidera parâmetros importantes como: a orientação, as
dimensões e as atividades visuais desenvolvidas. O fato ocorre, porque essas
premissas essenciais, não são pensadas no processo de criação do projeto
23
luminotécnico. Aparentemente, o objetivo geral dos projetos de iluminação artificial é
atingir níveis de iluminação satisfatória recomendados, com baixo custo de
implementação. Apesar de busca-se economia e praticidade, os projetos de
iluminação artificial implantados são “indiferentes” à incidência de luz natural no
edifício, o que consequentemente leva ao desperdício.
Devido à grande preocupação mundial quanto à demasiada utilização da
iluminação artificial, gerando um elevado custo na produção de energia elétrica e
eventuais desperdícios, cada vez mais é preciso pensar em otimizar o uso da
iluminação natural nos ambientes de ensino. Com isto, propiciando-se também um
nível adequado de satisfação e bem-estar dos usuários das edificações, e custos
razoáveis.
A melhor utilização do potencial de iluminação natural não significa
simplesmente economia de energia elétrica, mas maior racionalidade na utilização
devido ao dimensionamento adequado dos sistemas de iluminação natural e artificial,
levando a ambientes com melhores condições de iluminação e conforto ambiental.
Assim, um projeto de iluminação inadequado, pode causar aos seus usuários
um desconforto, que se traduz por fadiga visual, ofuscamento, redução de
produtividade, além do aumento do consumo de ar condicionado, causado pela
elevação da carga térmica. Enfrenta-se assim, gastos energéticos frente ao consumo
de iluminação e demanda-se maior uso dos sistemas de controles automáticos. Passa
a ser importante, também compreender por meio de simulações computacionais a
potencialidade de aproveitamento da luz natural pelo uso de sistemas automáticos de
controle da iluminação artificial.
Mais especificamente, procura-se analisar por meio de simulações
computacionais o comportamento dinâmico da luz natural e, ao mesmo tempo, avaliar
a potencialidade de aproveitamento da luz natural; analisar em que momentos a luz
artificial pode suplementar a luz natural; bem como, caracterizar zonas de iluminação
natural por meio de sistemas de controles; definindo assim, estratégias de controle da
iluminação artificial.
24
1.3 OBJETIVO
Compreender por meio de simulações computacionais a potencialidade de
aproveitamento da luz natural pelo uso de sistemas automáticos de controle da
iluminação artificial.
Objetivos específicos:
• Analisar por meio de simulações computacionais as variações da luz
natural;
• Avaliar a potencialidade de aproveitamento da luz natural;
• Analisar em quais momentos a luz artificial pode suplementar a luz
natural;
• Caracterizar zonas de iluminação natural por meio de sistemas de
controles;
• Definir estratégias de controle da iluminação artificial.
1.4 MÉTODO
Assim sendo, utilizando o método aplica o conceito de estudo de
caso incorporado, como observa Robert Yin (2010), que recomenda diferentes formas
de análise do objeto, com a criação de um banco de dados organizado. Nesse trabalho
será realizada análises de pesquisa nas salas de projeto do curso de Arquitetura e
Urbanismo da: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade de São
Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O método utiliza o estudo de
caso, seguindo as seguintes etapas:
• Visita no local;
• levantamento de dados e reconhecimento dos sistemas de iluminação;
• levantamento e medição das iluminância nas salas de projeto;
• modelagem e simulação por meio do software Dialux Evo e o plug-in Diva do
Rhinoceros;
• simulação dinâmica da luz natural e artificial de todos os meses do ano em
(horário comercial);
25
• análise dos resultados com as normas vigentes NBR ISSO/CIE 8995-1;
• apresentação de soluções de integração da luz natural e artificial.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente trabalho está organizado da seguinte maneira:
Após o Capítulo 1 - Introdução,
o capítulo 2 - Revisão bibliográfica reúne os principais estudos sobre a iluminação
natural em edifícios de ensino, a importância da luz para a saúde dos usuários e
seleciona algumas estratégias para economia de energia e eficiência energética por
meio da iluminação natural.
O Capítulo 3 - Projeto luminotécnico integrado apresenta as métricas e métodos
para a avaliação da potencialidade da iluminação natural e reúne métodos para
integração da iluminação natural e artificial por meio de simulações computacionais.
O Capítulo 4 – aborda os Estudos de Caso: salas de aula de projeto do curso de
Arquitetura e Urbanismo das seguintes universidades: Fundação Armando Alvares
Penteado - FAAP, Universidade de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana
Mackenzie.
O Capítulo 5 - Considerações finais e conclusões
Referências e apêndices
26
CAPÍTULO 2
2. Principais estudos sobre iluminação natural em edifícios de ensino.
A luz natural sempre foi uma preocupação em projetos de edifícios de ensino.
Em um livro publicado em 1874, Robson (2003) já enfatizava a importância de levar
em consideração a saúde, conforto no aprendizado dos alunos nos projetos de
edifícios de ensino. Ele acreditava que a iluminação natural nas salas de aula era um
fator importante para se atingir esses objetivos, chegando a delinear instruções
práticas acerca da orientação e aberturas de forma a aproveitar melhor a luz do sol
na orientação norte, de modo a evitar ofuscamento. A iluminação artificial passou
então a ser aplicada em larga escala a partir de 1955, com o barateamento do
processo de produção das lâmpadas fluorescentes. A substituição do sol pela
iluminação artificial não se deu imediatamente após a invenção da lâmpada elétrica
incandescente de Edson. O marco foi a invenção da lâmpada fluorescente, antes da
Segunda Guerra Mundial. Sua invenção forneceu níveis de iluminância suficientes - e
a um custo acessível - para que as atividades humanas dentro dos edifícios pudessem
se desenvolver independentemente da luz natural (BERTOLOTTI, 2007).
No decorrer da década de 70, com a crise do petróleo, a preocupação com a
conservação de energia começou a crescer nos projetos de edifícios de ensino.
Inicialmente essa preocupação se concentrava na redução da carga térmica para o ar
condicionado, e uma forma de atingir esse objetivo era reduzindo a área das
aberturas. Muitos edifícios foram construídos sem janelas nos Estados Unidos, na
Flórida, foi declarada uma lei determinando que todas as escolas fossem equipadas
com ar-condicionado e sem janelas (BERTOLOTTI, 2007).
Segundo Toledo (2008), a utilização da iluminação natural em edifícios de
ensino é importante tanto para atender questões econômicas (redução do consumo
de energia), quanto pelo fato estético e psicológico, visto que a luz natural é preferida
pelo ser humano. Apesar disto, é necessário lembrar de que a luz natural é variável e
não está disponível em todas às 24 horas do dia, tornando necessário a utilização de
uma fonte de iluminação artificial que substitua a iluminação natural durante a noite e
27
suplemente à iluminação natural durante os períodos em que os níveis de iluminação
fornecidos estejam menores que os recomendados. Em relação à iluminação de
edificações, a eficiência energética pode ser alcançada por meio de dois fatores: uso
adequado da luz natural e de sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando
ambos os fatores são reunidos numa proposta projetual, aumentam as chances de
êxito com relação à economia de energia.
Ainda segundo Toledo (2008), a conservação de energia está intimamente
relacionada com a disponibilidade de luz natural e as características do edifício, a
tipologia da abertura, as dimensões, cor do piso, paredes, teto e texturas. Além destes
fatores é necessário considerar um sistema de iluminação artificial projetado para
complementar a luz natural, com circuitos independentes e sistema de controle
elétrico e automação apropriado para cada situação.
Um conceito muito utilizado é o "High Performance Schools" - HPS, ou "Green
Schools", está relacionado não só a edifícios de ensino que economizam energia, mas
também que forneçam ambientes saudáveis, confortáveis e bem iluminados onde o
aprendizado possa se desenvolver. Nesse conceito geralmente estão incluídos
ambientes com luz natural em quantidade adequada, um requisito imprescindível para
assegurar a sua boa qualidade, das estratégias para o projeto das HPS, a iluminação
natural pode ser a mais significativa na arquitetura e a mais desafiadora. "A iluminação
natural tem demonstrado ser uma das melhores estratégias de conservação de
energia em edifícios escolares e a decisão de utilizar iluminação natural em um projeto
terá influência nas decisões sobre os outros sistemas desse edifício" (BERTOLOTTI,
2007).
Para atingir esses objetivos, os projetos da HPS utilizam várias estratégias para
otimizar o uso da luz natural, fazendo a luz difusa adentrar mais profundamente nos
espaços internos, barrando a incidência direta dos raios solares, utilizando a reflexão
indireta da luz do sol e evitando o ofuscamento. (ver imagem 01)
28
imagem 01 - "High Performance Schools" – HPS.
fonte: Lavalle Brensinger, 2018
Segundo Matheus (2018). A iluminação zenital é uma estratégia de aproveitar
a iluminação solar natural como garantia afim de melhorar a qualidade espacial da luz
no ambiente, além de economizar energia. A consciência da finitude dos recursos
naturais e demandas por redução do consumo energético têm diminuído cada vez
mais o protagonismo de sistemas artificiais de iluminação, de modo que arquitetos
tem buscado assumir novos posicionamentos na concepção projetual, apropriando-se
determinados sistemas construtivos no aproveitamento dos recursos naturais. Nesse
diálogo, diferentes tipos de artifícios têm sido adotados para a captação lumínica
natural.
A iluminação zenital é todo tipo de iluminação natural que vem de cima, por
meio de algum elemento zenital revestidos com materiais translúcidos como de vidro,
acrílico ou policarbonato. Os sistemas zenitais são classificados em claraboias,
lanternins, átrio, sheds e tubos solares.
Claraboias - Estão entre as aberturas zenitais mais utilizadas em projetos
residenciais, são capazes de iluminar até oito vezes mais do que uma janela de
mesmo tamanho, são planas e podem ser construídas com estrutura metálica,
policarbonato ou vidro laminado. Com um visual contemporâneo e leve, são indicadas
para a iluminação de escadas, circulações e banheiros. Além da atenção em relação
às questões térmicas, as claraboias demandam mais manutenção por seguirem a
29
inclinação da cobertura. Estabelecidas como aberturas horizontais estrategicamente
posicionadas na cobertura das edificações, permitem a entrada direta da luz natural à
região interna da construção. Como vedação, comumente recebe a aplicação de vidro
translúcido em sua face superior, permitindo maior porcentagem lumínica ao espaço.
Deve ser utilizada com cuidado, já que tende a favorecer o ganho de cargas térmicas
na edificação, aumentando a temperatura interna. Portanto, deve ser
estrategicamente posicionada e projetada no que diz respeito às dimensões e
materiais vedantes (MATHEUS, 2018)
Além disso, como alternativa a vedação superior, pode receber películas de
vidro leitoso ou chapas de policarbonato, de modo a propiciar a entrada de luz de
maneira indireta e a dosagem do percentual lumínico. Como o sistema de iluminação
zenital mais empregado, são indicadas a espaços de menor permanência como áreas
de circulação, halls ou banheiros, por exemplo. Permite ainda uma gama de modelos
a partir da variação de desenhos, dimensões e materiais, desde a tradicional abertura
sobre a laje até modelos tubulares mais inventivos (MATHEUS, 2018). (ver imagem
02)
imagem 02 - Iluminação zenital – Claraboias.
fonte: Decorsalteado, 2018
Lanternins - Os lanternins são aberturas que sobressaem em relação à parte
superior do telhado e possuem duas faces opostas e translúcidas. Muito usados em
edifícios industriais, costumam ser abertos (ou permitir a abertura) para favorecer a
ventilação e a renovação do ar. São indicados para ambientes quentes e com pé-
direito alto. Como aberturas que se sobressaem em relação à cobertura, podem ser
pequenos telhados sobrepostos às cumeeiras ou ainda superfícies sobrepostas às
lajes, criando pequenas saliências a receber aplicação de vidro à entrada de luz
natural pelas duas laterais. Além da entrada lumínica, o sistema permite a renovação
30
contínua do ar se empregado caixilhos móveis, possibilitando trocas constantes a
partir do pressuposto de que o ar quente tende a subir (MATHEUS, 2018) (ver imagem
03)
imagem 03 - Iluminação zenital – Lanternins.
fonte: Decorsalteado, 2018
Átrio - Mais utilizados em grandes construções, como shoppings centers, os
átrios são aberturas na cobertura que ocupam um espaço central na edificação.
Bastante presente em construções históricas, foi muito usado como elemento
condutor de luz para o centro dos edifícios. Pode (ou não) ser acompanhado de um
domo (cobertura convexa). Como o espaço central de uma edificação, o termo
também nomeia uma das tipologias à iluminação zenital. Assim como as claraboias,
possui aberturas posicionadas diretamente sobre as coberturas, na maioria dos casos
por geometrias piramidais ou com duas águas construídas com perfis metálicos e
fechamento em vidro. Contanto, diferente dos casos anteriormente citados, esta
tipologia é indicada a edifícios com maior número de pavimentos ou grandes pé direito,
permitindo o recebimento de maior luminosidade de modo a não gerar altas cargas
térmicas (MATHEUS, 2018). (ver imagem 04)
imagem 04 - Iluminação zenital – Átrio.
fonte: Decorsalteado, 2018
31
'Sheds' - Também conhecidos como dentes de serra, os 'sheds' são mais
comuns em construções industriais, ao serem aplicados junto a coberturas metálicas.
No Brasil, os projetos para este tipo de abertura tendem a ser mais eficazes quando
voltados para o sul. Recorrentemente empregados em edifícios industriais e galpões
junto a coberturas metálicas, configuram-se como dispositivos a partir da geometria
em dente de serra dos telhados, com inclinações estrategicamente dispostas de modo
a receber determinada quantidade de luz. Usualmente são posicionados em relação
à fachada com menor insolação (sul no hemisfério sul e norte, no norte), permitindo
receber luz natural sem raios solares. Em alguns casos, também contemplam
aberturas à ventilação (MATHEUS, 2018). (ver imagem 05)
imagem 05 - Iluminação zenital – Sheds.
fonte: Decorsalteado, 2018
Tubos Solares - Assim como as claraboias, podem ser instalados em
diferentes tipos de coberturas - planificadas ou inclinadas. Com uma variedade de
tamanhos em largura e dimensão, podem ser flexíveis ou rígidos. A diferença é que
levam a luz, através de reflexões, onde não é possível instalar uma claraboia, por
exemplo. Internamente recebem materiais reflexivos, havendo variação da
intensidade da luz em decorrência de suas dimensões e materialidade, apresentando
ótima solução à projetos industriais e comercial. Há ainda modelos com fibra de vidro
comercializados especialmente à projetos com curtas distâncias entre o forro e laje,
indicados a projetos residenciais (MATHEUS, 2018). (ver imagem 06)
32
imagem 06 - Iluminação zenital - Tubo solar.
fonte: Archidaily
2.1 Disponibilidade de luz natural
A disponibilidade de luz natural é a quantidade de luz em um determinado local,
em função de suas características geográficas e climáticas, que se pode dispor por
um certo período de tempo. Dados e técnicas para a estimativa das condições de
disponibilidade de luz natural são importantes para a avaliação do desempenho final
de um projeto em termos de conforto visual e consumo de energia. Isto refere-se à
maneira como varia a quantidade de luz durante o dia e épocas do ano, quanto dura
essa iluminação ao longo do dia e os motivos pelos quais as localidades dispõe de
mais ou menos luz face aos parâmetros que influem no cálculo da disponibilidade da
luz natural (NBR 15215-2, 2003).
A movimentação diária e sazonal do sol na abóbada celeste produz um padrão
previsível de quantidade e direcionalidade da luz natural disponível, relativo a uma
localidade no globo terrestre, diretamente influenciado por mudanças de clima,
temperatura e poluição do ar (IESNA, 2000). Essas características físicas e
geográficas, orientação e configuração morfológica do entorno construído também
afetam direta ou indiretamente a disponibilidade de luz natural (VIANNA; TOLEDO,
2008).
Em relação ao espectro da radiação solar recebida pela superfície da Terra,
apenas 40% correspondem à radiação visível, ou seja, luz. A parcela desta radiação
33
visível que atravessa a atmosfera é variável em função das condições e profundidade
das camadas atmosféricas (IESNA, 2000). A luz que atinge a atmosfera se divide em
duas frações, uma direta e outra difusa. Uma parte atravessa a atmosfera em forma
de feixes de luz direta. A outra parte é difundida pela poeira, vapor de água e outros
elementos em suspensão no ar, os componentes direta e difusa formam a iluminação
global (VIANNA; IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).
A disponibilidade e a potencialidade de luz natural se referem à quantidade de
desta proveniente do sol e do céu para uma localidade, data, hora e condição de céu
específicas (IESNA, 2000). Varia em função da altura do sol no céu e das condições
de nebulosidade e turvamento da atmosfera. Essas variações impossibilitam a adoção
de valores exatos para a predição de luminosidade e desta forma adotam-se valores
estatísticos estabelecidos por meio de medições (SOTERAS, 1985; TOLEDO, 2008).
Para efeito de estudo da iluminação natural, considera-se que a luz natural
provém do sol (luz direta), do céu (luz difusa) e também a luz refletida pelo entorno
(luz indireta) (IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).
A identificação exata do sol no céu com relação a uma dada localidade, dia e
horário, e consequentemente a direção da luz direta, usam-se coordenadas
angulares: azimute e altura solar (imagem 07). A altura solar é o ângulo compreendido
entre o sol e o plano do observador. O azimute é o ângulo horizontal marcado a partir
do Norte geográfico em sentido horário até a projeção do sol no plano. Em ambos os
casos, o vértice do ângulo será sempre o centro da projeção horizontal da abóbada.
Os percursos aparentes do sol na abóbada celeste para uma determinada latitude são
observados nas cartas ou diagramas solares (TOLEDO, 2008).
imagem 07 - Azimute e altura solar.
(adaptado de: BITTENCOURT, 2004).
34
Parâmetros sobre disponibilidade da luz natural são importantes para a
definição de estratégias para uso conjunto da luz natural e artificial. Dados de
frequência de ocorrência de tipos de céu podem definir os períodos do ano em que
haverá maior disponibilidade de luz natural. Associada às iluminâncias médias de
cada tipo de céu esta informação poderá ser utilizada para estimar a economia
energética potencial para projetos que integram sistemas de iluminação natural e
artificial (TOLEDO, 2008).
Pelo comportamento dinâmico da luz natural e consequente variação das
condições de iluminação, é necessário conhecer informações sobre a disponibilidade
de luz natural específicas da região para onde se projeta. Tais informações são
formuladas a partir de medições periódicas das condições de luminosidade externa
para determinada localidade. A partir da criação do Programa Internacional de
Medição de Iluminação Natural em 1985, a CIE deu início à implementação de
estações de medição pela Europa, América do Norte e América do Sul,
onde detectaram a carência de dados sobre a disponibilidade de luz natural no Brasil.
Segundo Souza (2008), havia somente duas estações de medição em território
nacional: Florianópolis e Belo Horizonte.
A falta de dados medidos da disponibilidade de luz natural em nosso país,
poderão ser adotados os dados referentes às condições de nebulosidade constantes
nas normais climatológicas em conjunto com valores médios de iluminâncias externas
calculados para planos horizontais e verticais gerados, por exemplo, a partir do
programa computacional DLN (Disponibilidade de Luz Natural) O programa DLN
calcula por meio das equações IES, para qualquer localidade (latitude e longitude) e
data, as iluminâncias médias direta, difusa ou global (direta + difusa) para céus claro,
parcialmente encoberto e encoberto, sobre planos horizontais ou verticais. Também
pode calcular a luminância em qualquer ponto da abóbada celeste, a partir da altura
solar e azimute, para as mesmas condições de céu anteriores (SCARAZZATO, 2004;
TOLEDO, 2008).
35
Segundo a tese de Scarazzato, que deu origem ao programa DLN, desenvolveu
o conceito do Dia Luminoso Típico de Projeto aplicado à iluminação natural, que
melhor representa, em termos de disponibilidade de luz natural, um dado período de
tempo. Para o período estabelecido, o DLN calcula as médias das iluminâncias
horizontais estimadas de duas em duas horas, para céus claro, parcialmente
encoberto e encoberto. Em seguida o programa busca o dia cujas iluminâncias
horizontais mais se aproximam das iluminâncias médias calculadas e este será então
considerado o Dia Luminoso Típico, DLT daquele período. Normalmente calcula-se o
DLT para todas as estações climáticas ou para cada um dos meses, para uma
percepção mais minuciosa da disponibilidade de luz natural ao longo do ano
(SCARAZZATO, 2004; TOLEDO, 2008).
2.1.1 Classificação de tipos de céu
A luz natural difusa proveniente do céu está diretamente relacionada às condições
atmosféricas. Tais condições foram classificadas como tipologias de céu. Os tipos de
céu podem ser organizados em duas categorias (SOUZA, 2004; TOLEDO, 2008):
• Céus homogêneos - variam de claro a encoberto e são caracterizados por uma
distribuição espacial homogênea da densidade atmosférica;
• Céus não homogêneos - céu azul com nuvens, céus parcialmente encobertos
e céus com nuvens esparsas são irregulares quanto à distribuição da
densidade atmosférica e consequentemente das luminâncias.
Segundo Souza (2004) os tipos de céus mais empregados em estudos sobre
iluminação natural são três tipos clássicos de céus homogêneos: céu encoberto, céu
claro e céu parcialmente encoberto, este último caracterizado como um céu claro com
alto índice de turvamento. (TOLEDO, 2008).
A IESNA, em 1984, publicou um documento, IESNA, RP 21-84 – Recommended
Practice for Calculation of Daylight Availability, apresentando uma série de algoritmos
de cálculo aplicáveis à iluminação natural, baseados em medições e métodos
36
preditivos existentes. O modelo proposto incluía pela primeira vez a tipologia de céu
parcialmente encoberto além dos céus claro e encoberto (SCARAZZATO, 2004). A
IESNA classifica padrões de luminosidade do céu de acordo com o parâmetro da
razão de cobertura do céu (sky-covet) (IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).
Segundo Toledo (2008) a razão de cobertura do céu estima a quantidade de
nuvens que cobrem o céu, é expressa em décimos, numa escala de 0,0 para céu sem
nuvens a 1,0 para céu completamente encoberto.
A distribuição de luminâncias é um conceito muito utilizado em análise de
modelos de céus foi proposto pela CIE para a padronização de condições de luz
natural exteriores na recém-publicada ISO 15469:2004 (E) / CIE S 011/E:2003 -
Spatial Distribution of Daylight - CIE Standard General Sky. O novo conceito abrange
um vasto registro de ocorrências, desde o céu encoberto ao céu claro considerando-
se ou não a luz direta do sol respectiva. São descritos 16 diferentes modelos
padronizados de céu objetivando formular uma base universal para a classificação de
medições de luminâncias de céu e fornecer um método para o cálculo de luminâncias
do céu (TOLEDO, 2008).
A ABNT adotou no Brasil, em sua recente normatização para Procedimentos de
cálculo para a estimativa da disponibilidade de luz natural, três tipos de céu: céu claro,
céu encoberto e céu parcialmente encoberto ou intermediário, assim descritos:
(TOLEDO, 2008).
• Céu claro - inexistência de nuvens ou baixa nebulosidade, é mais brilhante em
torno do sol e próximo ao horizonte. É caracteristicamente azul devido à
existência de pequenas partículas de água em suspensão, fazendo com que
apenas os menores comprimentos de onda (porção azul do espectro) venham
em direção à superfície da Terra. A luminância de qualquer ponto na abóbada
é relacionada à luminância do zênite e à altura solar (TOLEDO, 2008);
• Céu encoberto - a superfície da abóbada celeste é completamente preenchida
por nuvens. Grandes partículas de água em suspensão na atmosfera refletem
e refratam a luz direta do sol, para todos os comprimentos de onda. O céu é
37
tipicamente cinza-claro, e a luminância da porção em torno do zênite é três
vezes maior que da área próxima à linha do horizonte. A luminância de qualquer
ponto na abóbada é relacionada à luminância do zênite (TOLEDO, 2008);
• Céu parcialmente encoberto - condição de céu intermediária entre céu claro e
céu encoberto na qual a luminância em qualquer ponto da abóbada celeste é
definida em função do posicionamento do sol no céu (altura solar). O sol e sua
auréola ao redor não são considerados na distribuição de luminâncias. Análises
da iluminação natural sob condições de céus parcialmente encobertos
dependem do azimute, altura e declinação solaria (TOLEDO, 2008).
Segundo Toledo (2008) a ABNT adotou o método da cobertura do céu recomendado
pela NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration - EUA, para a
caracterização das condições de céu. A cobertura de nuvens da abóbada é estimada
visualmente segundo os seguintes parâmetros:
TIPO DE CÉU COBERTURAS DE NUVENS
Claro 0% a 35%
Parcial encoberto 35% a 75%
Encoberto 75% a 100%
Tabela 01 - Caracterização das condições do céu - ABNT
fonte: ABNT, 2005
As equações que definem as luminâncias em pontos da abóbada para todos os
três tipos de céu são encontradas na norma. A norma não considera a condição de
céu uniforme, caracterizada pela distribuição uniforme de luminâncias, "devido à
inexistência dessa situação em condições reais? (ABNT, 2005).
2.2 Iluminação natural e a saúde dos usuários
38
A presença da iluminação natural afeta o desempenho dos seres humanos em
três aspectos principais: visibilidade, saúde e estado de espírito (BERTOLOTTI,
2007).
A iluminação influencia a saúde e está relacionada às seguintes questões: ao
esforço visual e aos aspectos não visuais da luz. O esforço visual, causado por uma
iluminação inadequada tem como consequências: perturbações visuais, cansaço
visual, ofuscamento, dores de cabeça, variações no sistema nervoso, acidentes e
erros no trabalho e diminuição da produtividade (PEREIRA, 2017).
Em relação à luz, os aspectos não visuais, também conhecidos como efeitos
biológicos desta interferem no sistema circadiano ou ritmo circadiano dos seres
humanos influenciando aspectos químicos, biológicos e comportamentais. O sistema
circadiano funciona como um relógio biológico interno que regula diversas funções no
corpo: ritmo de sono e vigília, temperatura corporal, secreção de hormônios como
melatonina, serotonina e cortisol (IESNA, 2011; PEREIRA, 2017).
A luz e sua informação são capturadas pelos olhos por meio de um tecido
nervoso formado por fotorreceptores, os cones e bastonetes, os quais transformam a
energia luminosa em impulsos nervosos levados ao cérebro. Eles são responsáveis
pela informação visual, fazendo funcionar o sistema visual que permite aos seres
humanos avaliarem o ambiente por meio da percepção do espaço e dos detalhes
(IESNA, 2011).
O relógio biológico regula os ritmos fisiológicos e modifica o estado de ânimo
dos seres humanos. Ele designa o período de 24 horas, que se baseia no ciclo
biológico de quase todos os seres vivos, sendo influenciado pela variação da luz entre
o dia e a noite (IESNA, 2011).
Conforme a imagem abaixo (imagem 08), é possível verificar a influência da luz
na regulagem química do corpo através da produção do cortisol e da melatonina
afetando, desta forma, o estado de ânimo dos seres humanos.
39
imagem 08 - Produção de cortisol e da melatonina ao longo do dia de acordo com a luz natural.
fonte: adaptado de http://www.licht.de
Com essas variações da luz no início da manhã ocorre a produção do cortisol,
também conhecido como hormônio do estresse. Este hormônio é responsável pelo
estado de alerta e atenção, aumentando a produção de adrenalina e inibição da
melatonina e serotonina. (BERTOLOTTI, 2007).
Responsável pelo controle da liberação de alguns hormônios, a serotonina é
um neurotransmissor que tem a regulação do ciclo circadiano. Ela por sua vez age na
regulação do sono, do apetite e a transmissão de serotonina não tão efetiva pode
causar depressão, distúrbios de humor, enxaqueca, entre outros (PEREIRA, 2017).
A ausência de luz provoca a produção de melatonina desacelerando as funções
corporais, o hormônio cortisol é estimulante e a melatonina relaxante. Ele prepara o
corpo para o descanso noturno. Nesta fase, o corpo secreta hormônios de
crescimento que reparam as células durante a noite. Durante a manhã, o nível de
melatonina no sangue cai devido à produção do cortisol, o hormônio do estresse que
estimula o metabolismo e programa o corpo para as atividades durante o dia. Ao final
do dia este relógio interno muda novamente, com a ausência de luz e a diminuição do
nível de cortisol no sangue (PEREIRA, 2017).
O relógio biológico ou ritmo circadiano nos seres humanos não tem exatamente
24h, mas um período próximo a este. Por isto ele deve ser ajustado por meio de pistas
40
externas, sendo que uma das mais eficazes é o ciclo do claro e do escuro,
proporcionado pela luz natural (PEREIRA, 2017). O relógio biológico poderá ficar
desregulado se não houver exposição à luz suficiente durante o dia, ou ao contrário
se houver a exposição em demasia durante a noite (IESNA, 2011).
Alguns aspectos devem-se considerar também a influência do projeto
arquitetônico no ciclo circadiano, considerando as variáveis ligadas às aberturas
(orientação e dimensionamento), condições climáticas e as vistas predominantes
devido à integração do interior das edificações com o seu exterior. Todos estes
atributos interferem na saúde e bem-estar dos seres humanos. Para o projeto da luz
natural e artificial no interior das edificações é importante considerar aspectos da fonte
de luz relacionados à intensidade, distribuição, comprimento de onda e tempo de
exposição da mesma. É possível mudar esses aspectos, por meio de filtros, filmes e
vidros especiais que alteram o espectro de luz. (PEREIRA, 2017).
2.3 Iluminação natural e os ambientes de trabalho
A iluminação natural é uma fonte de energia, que proporciona muitos benefícios
aos seres humanos. Além destes fatores, podemos citar sua influência no aumento
da produtividade em ambientes de trabalho, ela tem sido associada à satisfação e
bem-estar dos usuários, influenciando o estado mental, o humor, aspectos
psicológicos e a saúde geral dos mesmos, redução do consumo de energia e sua
contribuição na busca pela sustentabilidade das construções (PEREIRA, 2017).
A luz é essencial para visão, tornando-se fundamental para todos os processos
cerebrais em relação ao meio ambiente. Em suma, o sistema visual terá um
desempenho mais apurado quanto maior for o campo visual, maior o contraste de
luminâncias, maior a diferenciação de cores, produzindo uma melhor imagem na
retina e quanto maior for a iluminação na retina, mais rápido e mais refinado será o
desempenho do sistema visual. Condições precárias de iluminação em tarefas que
requerem alto nível de desempenho visual são percebidas como desconfortáveis,
assim como fontes de luz que levem á distração da tarefa, como por exemplo,
ofuscamento ou pulsação intermitente (BERTOLOTTI, 2007; PEREIRA, 2017).
41
A fadiga visual é o principal efeito causado pela má iluminação sobre a saúde
do sistema visual. Os sintomas mais comuns são olhos congestionados, visão
embaçada, lacrimejar constante, dificuldade de visão e dor de cabeça. Condições ou
tarefas que requerem o olhar fixo por longos períodos podem afetar o sistema
muscular que controla a fixação, a acomodação, a convergência e o tamanho da
abertura da pupila. Esses sintomas são temporários, mas se repetidos
constantemente trazem perturbações à saúde e ao desempenho das pessoas. Esses
sintomas podem ser causados por níveis inadequados de iluminação, tanto naturais
como artificiais, pelas condições das tarefas a serem executadas e seu entorno
ambiental e por problemas no sistema visual do indivíduo (BERTOLOTTI, 2007).
Para ser considerada adequada, a iluminação de um espaço arquitetônico deve
ser ponderada em relação ao atendimento às necessidades das funções nele
pretendidas, além dos aspectos quantitativos, relacionados aos níveis de iluminação,
deve-se também observar os aspectos da qualidade luminosa de um ambiente, que
envolvem a qualidade da fonte de luz (espectro da radiação, temperatura de cor,
índice de reprodução de cores) e o seu impacto psicológico nos usuários, a
distribuição luminosa que interfere no conforto visual, ente outros (PEREIRA, 2017).
Para ambientes destinados ao trabalho, níveis mínimos de iluminação
costumam constar de normas e recomendações que tratam da matéria, sem
prescindir, contudo, de providências que assegurem também qualidade da mesma,
com o controle do ofuscamento e a uniformidade da luz, por exemplo. Conceitos
diferentes podem ser requeridos para a iluminação de ambientes para a realização de
tarefas produtivas em comparação com aqueles destinados tão somente ao destaque,
à contemplação, ao deleite. É necessário evitar a incidência direta da radiação solar
nos planos de trabalho, pois esta incidência pode ocasionar ofuscamento (PEREIRA,
2017).
A luz tem o poder de revelar a forma, o espaço, a textura e a cor – todos,
elementos considerados fundamentais na arquitetura, portanto a experiência
vivenciada pelas pessoas nos espaços tem uma relação intrínseca com os aspectos
quantitativos e qualitativos da luz que interferem na melhor ou pior visualização dos
42
ambientes, objetos do entorno e tarefas a serem desempenhadas afetando o conforto,
a segurança, as sensações psicológicas e a produtividade nos espaços de trabalho
(PEREIRA, 2017).
Segundo BERTOLOTTI (2007), durante quinze anos o Ergonomic Institute de
Berlim desenvolveu uma pesquisa com o intuito de identificar a concepção mais
favorável de iluminação para ambientes de trabalho em escritórios, levando em
consideração também o design do espaço como um todo, pois seus autores
acreditavam que um bom projeto de iluminação não poderia desconsiderar esse
item. A intenção inicial dos autores foi verificar as condições de iluminação artificial de
ambientes de trabalho, mas no decorrer dos trabalhos ficou evidente a importância e
a influência da iluminação natural, que quando mal projetada pode também ser uma
fonte de incômodo para as pessoas. Os pesquisadores identificaram quais itens
ambientais poderiam causar incômodos aos indivíduos e representar algum grau de
estresse e os compararam aos que poderiam ser causados pelo sistema de
iluminação, segundo os dados da pesquisa é a influência do tamanho do ambiente,
principalmente de sua profundidade, no desconforto causado aos indivíduos: quanto
maior e mais profundo o ambiente, maior é a tendência a existir um grande número
de postos de trabalho afastados das janelas e maiores são os danos causados a
saúde dos indivíduos.
2.3.1 Percepção da Luz nos espaços de trabalho
Um ambiente confortável visualmente, prazeroso, não ser poluído visualmente,
além de ser apropriado para a função nele desempenhada. Para tanto, os requisitos
qualitativos e quantitativos devem ser buscados com o mesmo rigor, visando atender
às necessidades de informação visual dos usuários. Os parâmetros que constituem
para a caracterização do ambiente luminoso são: iluminância, distribuição da
luminância, ofuscamento, direcionalidade da luz, aspectos da cor da luz e superfícies,
cintilação, luz natural e manutenção. Hoje não existe uma preocupação em relação a
esses fatores, principalmente pela falta de conhecimento dos profissionais (PEREIRA,
2017).
43
Embora seja necessária a provisão de uma iluminância suficiente para uma
determinada tarefa, tendo a norma como referência, em muitos exemplos a
visibilidade depende da maneira pela a qual a luz é fornecida, das características da
cor da fonte de luz e da superfície em conjunto com o nível de ofuscamento do
sistema.
O que é considerado confortável em um espaço de lazer pode ser considerado
desconfortável em um espaço de trabalho. O conforto visual depende da tarefa a ser
executada, a qualidade da iluminação não pode ser verificada apenas com medidas
fotométricas, sem avaliar conjuntamente a interferência no psicológico e fisiológico
dos seres humanos (PEREIRA, 2017).
Uma boa qualidade da iluminação ajuda a melhorar o desempenho visual das
tarefas, ajuda na comunicação interpessoal e melhora o sentimento de bem-estar, ao
passo que uma iluminação sem qualidade pode gerar desconforto, ser confusa e
prejudicar no desempenho visual. (IESNA, 2011).
O desempenho luminoso satisfatório de um espaço pressupõe, além de níveis
mínimos de iluminação de acordo com a função do espaço, aspectos da qualidade
luminosa do ambiente, assim como as refletâncias, transmitância e absorção da luz
no ambiente projetado.
A qualidade da iluminação em um ambiente depende de diversos fatores que
variam de pessoa para pessoa e também de acordo com diferenças culturais.
Diversos fatores devem ser considerados para a avaliação da qualidade luminosa:
aspectos visuais, aspectos psicológicos, aspectos não visuais que interferem na
fisiologia humana. A expectativa e experiências passadas dos usuários em relação à
iluminação também interferem nesta avaliação (IESNA, 2011).
Os aspectos visuais em relação ao conforto é um parâmetro para verificar a
qualidade da iluminação. Este considera o conforto visual e condições adequadas
para a realização das tarefas. No caso de atividades que tenham muitos detalhes e
que necessitam rapidez para a sua execução níveis mais altos de iluminação são
44
requeridos. O conforto visual está relacionado ao nível de esforço de adaptação do
usuário, que quanto menor, maior será a sua sensação de conforto. Este esforço de
adaptação refere-se, do ponto de vista fisiológico, às condições específicas para
realizarmos determinadas tarefas. Caso isto não ocorra o usuário deverá fazer um
esforço visual (PEREIRA, 2017).
A luz em maior quantidade possibilita uma melhoria no desempenho visual,
permitindo às pessoas desenvolverem tarefas com mais exatidão devido à melhoria
da visão. Porém o aumento do nível de iluminação não é acompanhado pela melhoria
da visão de forma ilimitada. Estudos demonstram que a partir de um determinado nível
de iluminação, em torno de 2000 lux, qualquer aumento apresenta pouca melhoria da
acuidade visual (IESNA, 2011).
Outra questão que deve ser observada em relação a adotar um nível de
iluminação mais alto do que o recomendado é a econômica porque quanto maior o
nível de iluminação maior o consumo de energia, de instalação e manutenção
(VIANNA; GONÇALVES, 2001).
O conforto visual não está apenas relacionado à quantidade de luz, mas
também a outros fatores. No caso de atividades laborais podemos citar outras
questões como boa a distribuição da luz, ausência de contrastes excessivos, como a
incidência do sol direta no plano de trabalho, pois causam o cansaço visual (PEREIRA,
2017).
O nível de adaptação dos olhos é controlado pela distribuição das luminâncias
no campo da visão e por isto é um fator importante a ser considerado para o conforto
visual. Portanto a luminância do campo de trabalho deve estar relacionada com o seu
entorno imediato. Esta distribuição bem balanceada amplia a acuidade visual e a
sensibilidade ao contraste permitindo uma maior nitidez da visão. Diferenças muito
altas entre as luminâncias no campo da visão podem ocasionar ofuscamento e fadiga
visual devido à contínua readaptação dos olhos (ABNT, 2005).
45
O conceito de boa distribuição da luz depende da atividade e o partido proposto
a ser realizado no espaço. Em locais de trabalho uma iluminação mais homogênea,
isto é, distribuída de forma uniforme para evitar grandes contrastes é desejável.
Em relação à iluminância, a uniformidade é a razão entre o valor mínimo e o
valor médio (Emin/Emax). A norma de iluminação artificial (NBR ISO/CIE 8995-1)
recomenda relações entre a iluminância da área da tarefa e o seu entorno. Na área
da tarefa a uniformidade não pode ser menor do que 0,7 e no entorno não pode ser
inferior a 0,5 (ABNT NBR 15215-2, 2005).
O ofuscamento é o desconforto resultante causado por luz muito contrastante
com o fundo, sem, entretanto, afetar a habilidade de desenvolver uma atividade
visual, é uma sensação visual causada por uma inadequada distribuição da
luminância com um excessivo e incontrolável brilho ou o contraste entre uma área
brilhante e outra escura no campo da visão. Ele causa desconforto ou reduz a
habilidade de ver objetos e por este motivo é um aspecto importante no conforto visual,
pois dificulta a realização de determinadas tarefas (PEREIRA, 2017).
O ofuscamento pode ser dividido em duas categorias: o inabilitador e o
desconfortável, o que se diferenciam entre eles é o grau de perturbação que
provocam. O inabilitador é o ofuscamento por redução da capacidade para ver ou
ofuscamento fisiológico - efeito de veladura que obscurece a visão dos objetos no
entorno imediatamente próximo à fonte luminosa. O desconfortável ou
deslumbramento é o ofuscamento por sensação de desconforto visual. (PEREIRA,
2017; MOORE, 1991).
O ofuscamento pode ser direto ou indireto, direto quando a fonte incide
diretamente na visão, indireto quando a fonte é proveniente da reflexão de uma
superfície num ambiente.
Veitch e Newsham (1998), apontam outros fatores que precisam ser levados
em consideração na qualidade da iluminação, entre eles a reprodução de cor,
espectro da radiação, temperatura de cor e a aceitação do usuário. As características
46
da cor de uma fonte de luz podem ser determinadas por alguns conceitos: temperatura
de cor (K) e o índice de reprodução de cor (IRC), saturação, desvio individuais de cor
(IESNA TM30-15, 2015).
A TM-30-15 é um procedimento adotado pela IESNA, porém, não pode ser
considerado como padrão para indústria de iluminação, uma vez que a entidade
responsável pela normatização de colorometria é a CIE. Além disso, não podemos
afirmar também que a TM-30-15 seja a melhor forma de avaliar o comportamento de
uma fonte de luz quanto à sua reprodução de cor, entretanto, podemos assegurar que
é bem mais precisa do que o sistema IRC (IESNA TM30-15).
O sistema usado hoje, para avaliação de cores é o CIE (Commission
Internationale de L’eclairage) Color Rending Indez (CRI), conhecido no Brasil como
Índice de Reprodução de Cor (ICR). Ele utiliza 15 amostras de cores, onde cada uma
delas possui seu próprio valor. A média das 8 primeiras cores (R1 a R8) é considerada
no cálculo do IRC, resultando em um índice normalmente identificado como Ra. Vale
lembrar, que tanto o termo Ra quanto IRC são comumente utilizados para definir o
mesmo conceito, porém são coisas diferentes (CIE 224, 2017).
A temperatura de cor é uma grandeza que indica a aparência de cor de uma
fonte de luz sendo ela compara à cor emitida pelo corpo negro radiador, pois este
muda de cor ao mudar de temperatura. Há uma relação entre temperatura e a cor da
luz emitida; quanto mais alta a temperatura em Kelvin mais branca azulada será a luz
e quanto mais baixa mais amarela e avermelhada (VIANNA; GONÇALVES, 2001).
A temperatura de cor pode ter uma variedade de tonalidades ou aparência de
cor: quente, neutra e fria. As fontes de luz com temperatura de cor mais baixa têm
aparência de cor quente, são mais acolhedoras e remetem ao descanso. Por este
motivo são recomendadas para atividades não laborativas. As cores neutras e frias
são mais estimulantes, sendo recomendadas para atividades laborativas (VIANNA,
2008).
47
O IRC, ou índice de reprodução de cor é a capacidade das fontes de luz em
reproduzir as cores do objeto, tendo a referência a luz do sol. Possui uma relação
direta com a reprodução de cores obtida com a luz natural. A escala qualitativa varia
de 0 a 100, portanto a luz natural tem o IRC=100 e quanto mais longe deste valor pior
será a reprodução de cores (VIANNA; GONÇALVES, 2001).
A qualidade do conforto visual está relacionada à fisiologia de conforto, à idade.
Porém sabe-se que o conforto também sofre influência dos aspectos psicológicos,
pois depende da interpretação subjetiva que os indivíduos fazem do meio que os
cerca, atribuindo significados a um determinado estímulo ambiental (VIANNA 2008).
2.4 Iluminação Natural e Qualidade Ambiental: Eficiência Energética e Conforto
A luz natural é essencial para a economia de energia e eficiência energética,
além de oferecer vantagens e estratégias para a uma maior obtenção de qualidade
ambiental nos edifícios. Dentre os pontos positivos da luz natural, citamos alguns
(TOLEDO, 2008).
A qualidade da iluminação obtida é melhor, pois a visão humana desenvolveu-
se com a luz natural, a constante mudança da quantidade de luz natural é favorável,
pois proporciona efeitos estimulantes nos ambientes, a luz natural permite valores
mais altos de iluminação, se comparados à luz elétrica, pois além disso, a carga
térmica gerada pela luz artificial pode ser maior do que a da luz natural, o que nos
climas quentes representa um problema a mais, um bom projeto de iluminação natural
pode fornecer a iluminação necessária durante 80/90% das horas de luz diária,
permitindo uma enorme economia de energia em luz artificia, a luz natural é fornecida
por fonte de energia renovável: é o uso mais evidente da energia solar (TOLEDO,
2008).
A radiação solar deve ser analisada sob dois pontos de vista técnicos: o da
iluminação natural e o do conforto térmico, pois o balanço entre estes dois quesitos
resulta em um ponto ótimo, no qual o edifício terá uma maior eficiência energética.
48
Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014, p. 5):
“A Eficiência energética na arquitetura pode ser entendida como um atributo inerente à edificação representante de seu potencial em possibilitar conforto térmico, visual e acústico aos usuários com baixo consumo de energia. Portanto um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia.”
A arquitetura tem o objeto de conectar e interligar os ambientes internos e
externos, dando assim uma resposta ambiental (térmica, luminosa) mais adequada,
considerando as condições climáticas e o contexto do local aonde será inserida. O
projeto bioclimático e de menor impacto ambiental resulta de uma análise do contexto
local, considerando as questões ambientais envolvidas (clima, entorno) para propor
soluções apropriadas que respondam a todas estas questões. Ele nasce a partir do
partido do projeto e não após sua concepção. As principais variáveis que interferem
nesta análise climática são: a radiação solar, os ventos, a temperatura, a umidade, a
orientação solar, a latitude, a nebulosidade, a disponibilidade de iluminação natural, a
precipitação e a altitude (TOLEDO, 2008).
É importante que algumas estratégias sejam traçadas em busca de um projeto
de menor impacto ambiental e que considere o clima como fator fundamental no
lançamento do partido do projeto. Estas estratégias devem contemplar as seguintes
questões: implantação e orientação da edificação, a tipologia arquitetônica e
construtiva, a relação exterior/ interior, a relação entre cheios e vazios, a relação
espacial entre as diversas atividades da edificação, forma e volume do edifício, a
localização e o dimensionamento das aberturas, o desenho de cobertura, as
proteções solares, o paisagismo, o uso de cores, a especificação dos materiais, entre
outras. As estratégias de projeto devem priorizar o uso de estratégias passivas para
obter o conforto ambiental de forma a minimizar o consumo da energia elétrica. Caso
isto não seja contemplado nas estratégias projetuais, o edifício tende a depender mais
da energia elétrica ou de outras fontes para propiciar o conforto aos seus usuários
(TOLEDO, 2008).
49
No contexto das salas de aula, a eficiência energética nas edificações
compreende conceitos relacionados às seguintes variáveis: desempenho térmico dos
materiais, ventilação natural, iluminação natural e artificial eficientes, uso de recursos
renováveis de energia e o uso de aparelhos energeticamente eficientes (LAMBERTS;
TRIANA, 2007).
O aproveitamento da luz natural aparece como uma ferramenta eficiente na
diminuição do consumo energético de uma edificação, porém esta economia só ocorre
se o uso da iluminação artificial for reduzido em decorrência do uso da luz natural. Por
meio da luz natural é possível reduzir o dimensionamento e sobrecarga do sistema de
iluminação artificial, durante o dia e diminuir o dimensionamento do sistema de
refrigeração nos meses quentes, pois um sistema de iluminação adequado terá a luz
artificial desligada ou diminuída, considerando a quantidade de luz natural presente
no momento de execução da tarefa (TOLEDO, 2008).
A estratégia de uso da iluminação natural visando à eficiência energética ocorre
apenas quando há a integração da luz natural com a artificial, que pode ser feita de
forma manual ou automatizada. Para tal é necessário a instalação de um sistema com
circuitos independentes e reatores dimerizáveis que respondam às variações de
iluminação natural do ambiente devido ao uso de sensores fotossensíveis. Esta
estratégia de dimerização tem algumas vantagens importantes: a melhoria na
distribuição de luz pelo local, o menor consumo possível de energia de todo o sistema
e um incremento da vida útil das lâmpadas acarretando ganhos econômicos em
função da diminuição da necessidade de reposição das mesmas (TOLEDO, 2008).
Os sistemas de iluminação artificial têm um grande peso no consumo
energético total das edificações, principalmente nos edifícios não residenciais. Os
sistemas de iluminação artificial são responsáveis pelo consumo de grandes
quantidades de energia no setor comercial e a maioria destes edifícios ainda está
equipada com sistemas de iluminação energeticamente ineficientes (GHISI; TINKER,
2004).
50
A demanda por energia no Brasil vem crescendo a cada ano e para suprir esta
demanda é necessário substituir os produtos ineficientes por aqueles com melhor
desempenho.
2.4.1 Eficiência Energética por meio do Uso da Luz Natural Controlada
Num país com enorme disponibilidade de luz natural como o Brasil, nota-se que
este recurso é muitas vezes subutilizado, ou utilizado de maneira equivocada, gerando
problemas para os edifícios. Pode-se obter maior eficiência através do uso da luz
natural controlada, basicamente em dois modos:
• Economia Direta: por meio do uso otimizado da luz natural, há uma redução
do uso da luz artificial. É necessário que haja um sistema de controle da luz artificial
incorporado, de forma que quando há suficiente luz natural, a luz artificial seja
desligada ou diminuída. Desta forma, é importante que o projeto de luz artificial seja
integrado desde o início com o estudo do comportamento da luz natural.
• Economia Indireta: através da redução da carga do ar condicionado. Quando
se tem um bom projeto de luz natural, proporcionando a entrada de luz natural difusa
controlada, há menores ganhos de calor solar e reduzem-se os ganhos de calor
gerados pela iluminação artificial. Isto diminui a carga de refrigeração do ar
condicionado.
51
CAPÍTULO 3
3. Projeto luminotécnico integrado: iluminação natural e artificial
A questão da eficiência energética em edificações de ensino, está diretamente
relacionada à sustentabilidade, entre outros aspectos. O projeto de iluminação tem
ação direta sobre o impacto do uso da energia elétrica nas edificações em diversos
pontos: uso consciente da luz natural visando à redução da necessidade da
iluminação artificial; a especificação do sistema de iluminação natural; a especificação
de um sistema de iluminação artificial que garanta máxima eficiência energética dentro
dos objetivos da proposta projetual; e a especificação de sistemas de controle e
automação da iluminação artificial que façam a conexão da operação desse sistema
com a luz natural disponível. Outro aspecto importante relativo à eficiência energética
que também precisa ser considerado em projetos luminotécnicos diz respeito ao
aumento da carga térmica no interior de um ambiente causado pelas fontes luminosas,
sejam elas a luz natural ou luminárias do sistema de iluminação artificial. Um estudo
do LANL - Los Alamos National Laboratoty (2002) revelou que o ganho de calor gerado
por um sistema de iluminação artificial considerado eficiente corresponde a quase o
dobro do calor provocado por um bom sistema de iluminação natural (TOLEDO, 2008).
O sistema de iluminação artificial integrado à automação deverá suplementar
as oscilações no nível de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo
constante o nível de iluminância prescrito para cada ambiente, utilizando tecnologias
de iluminação artificial mais eficientes e as estratégias de controle disponíveis (LANL,
2002; TOLEDO, 2008).
“A definição do sistema de iluminação artificial quando elaborado na fase do
estudo preliminar ou anteprojeto realimenta o processo de projeto nas decisões
do arquiteto. Pode criar uma rotina de verificação da proposta de iluminação
natural, integrando os dois sistemas na concepção espacial. Durante o período
diurno, a iluminação artificial suplementar torna-se parâmetro importante de
projeto. A integração dos dois sistemas, através de um desenho integrado, de
contribui para uma racionalização no consumo de energia elétrica. A concepção
52
dada à iluminação em qualquer projeto tem de ser ÚNICA, ou seja, a iluminação
natural DEVE ser pensada JUNTAMENTE com a artificial para que possamos
propor uma solução INTEGRADA” (HOPKINSON, 2011).
Para que ocorra esta integração é necessário que o sistema da luz artificial,
dimerize e controle a luz artificial de forma que ela seja ajustada para suplementar os
níveis disponíveis pela luz natural, alcançando a iluminância desejada no ambiente,
resultando na redução do consumo de energia e a eficiência energética do edifício
(IESNA, 2013; PEREIRA, 2017).
Alguns edifícios, não os sistemas de controle da luz artificial e sim utilizam a luz
natural, porém a iluminação artificial continua acionado durante todo o período em uso
contínuo, mesmo que os níveis de iluminação natural possam suprir parcialmente ou
totalmente a quantidade necessária para a realização das tarefas. Para que ocorra
economia de energia, a iluminação artificial deve ser desligada ou dimerizada, de
acordo com a luz natural disponível. A conservação de energia está intimamente
relacionada com a disponibilidade de luz natural, as características do edifício, a
tipologia da abertura e do entorno. Além destes aspectos deve-se considerar um
sistema de iluminação artificial projetado para complementar a luz natural, com
circuitos independentes e sistemas de controle por meio a automação (PEREIRA,
2017).
O sistema de comando da iluminação artificial, corresponde às formas de
acionamento ou dimerização das lâmpadas existentes no projeto, por meio de
equipamentos que ligam e desligam, chamados de sistemas de controle elétrico. Os
comandos da iluminação artificial, também conhecidos como sistemas de controle
elétrico ou automação, podem ter duas formas de acionamento: manual e
automático. O acionamento manual é realizado pelo usuário, que tem a
responsabilidade de ligar ou desligar o sistema. O acionamento automático é acionado
por meio de uma programação do sistema de controle, podendo ser ligado ou
desligado de acordo com o nível de iluminação proveniente da luz natural e/ou devido
a presença ou ausência de usuários no ambiente (PEREIRA, 2017).
53
Os interruptores convencionais não devem ser usados para fazer a integração
com a luz natural, para isso é necessário o uso de pulsadores, ele tem a função de
interruptor inteligente, permitindo a integração. Porém para que isto ocorra de forma
adequada é necessário que os circuitos sejam independentes e as luminárias estejam
dispostas no sentido paralelo às aberturas, de modo que os circuitos possam ser
ligados ou desligados de acordo com uma maior ou menor proximidade da abertura
que propiciará níveis diferentes de iluminação (PEREIRA, 2017).
O controle automático por meio de acionamento corresponde à sensores que
detectam ou identificam a incidência de lua natural em determinados pontos do
ambiente e ajustam o fluxo luminoso das lâmpadas ou o seu desligamento para atingir
um nível pré-determinado nível de iluminância no ambiente. Para que isto ocorra de
forma satisfatória é necessário que os reatores e lâmpadas sejam dimerizáveis
(imagem 09). (PINTO, 2008; PEREIRA, 2017).
imagem 09 - Imagem da integração da luz natural e artificial.
fonte: GHOSHAL, 2013
Existem vários tipos de sensores, os mais utilizados são os sensores de
presença que usam, usam detectores de movimento com ondas ultrassônicas ou
radiação infravermelha para identificar a presença ou ausência de pessoas no
ambiente, evitando que os ambientes vazios permanecem com a iluminação ligada.
Os temporizadores e minuterias desligam o sistema de iluminação após um
tempo preestabelecido, podendo ser acionados pelos usuários através de
54
interruptores ou controle automático ou por sistema remoto via 4G ou 5G
(LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014).
imagem 10 - Zonas de iluminação com características semelhantes.
fonte: Pereira e Mueller, 2007
Para estabelecer uma estratégia de controle da luz artificial mais eficiente, é
necessário dividir o ambiente em zonas de iluminação, cada zona deve ter um
circuito independente para que o mesmo seja controlado pelo sistema de automação,
que pode ser feita de acordo com as características semelhantes de distribuição da
luz ou outro critério, como por exemplo setorização funcional, layout dos ambientes e
disposição do mobiliário. Após fazer esta divisão do ambiente deve-se distribuir as
luminárias, separando-as por circuitos independentes dependendo da zona de
iluminação na qual estas se encontram (MUELLER, 2007; PEREIRA, 2017).
Segundo Souza (2003) é possível estimar o potencial de economia de energia
com a integração da iluminação natural e artificial por meio de uma metodologia
específica. Ele utiliza o PALN (percentual de aproveitamento da luz natural) para
estimar a quantidade de energia economizada com o aproveitamento da luz natural,
que pode ser por substituição ou complementação da iluminação elétrica. Para
ambientes com janelas únicas o maior potencial de aproveitamento da luz natural
(PALN) obtido nos modelos avaliados foi de 68%, para a iluminância do ambiente de
55
300lux. Ambientes com janelas opostas atingiram um potencial de aproveitamento da
luz natural (PALN) máximo de 87%.
Didoné (2009) em sua dissertação de mestrado analisou a
eficiência energética de edificações não residenciais por meio de softwares de
simulação computacional. Nos modelos avaliados, chegou-se a conclusão que é
possível chegar numa redução do consumo de energia de 20% a 62% no consumo
de energia com a iluminação artificial por meio do devido aproveitamento da luz
natural.
Rocha (2012) verificou por meio da aplicação do conceito de zoneamento da
iluminação natural, foi possível uma redução de até 55% do consumo de
energia com com sistema de controle que dimeriza automaticamente a iluminação
artificial, suplementando sempre quando necessário a luz natural. Portanto é possível
afirmar que o uso da luz natural pode proporcionar economia de energia significativa
nas edificações, especialmente quando consideramos uma integração efetiva entre
luz natural e a artificial (PEREIRA, 2017).
3.1 Sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural
A economia de energia elétrica em projetos luminotécnicos está diretamente
associada ao aproveitamento da luz natural, da escolha do sistema de luz artificial e
do sistema de controle que vai automatizar essa integração. A interação do usuário,
uso do local e horários de funcionamento também devem ser avaliados para a escolha
do melhor sistema de controle da iluminação artificial para determinado ambiente
(TOLEDO, 2008).
Sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural são
sistemas inteligentes, que permitem uma ação automática que controlam ou
dimerizam o sistema de iluminação artificial em função da luz natural disponível no
ambiente. Tal sistema de controle deve manter a iluminância de projeto em qualquer
circunstância. todo o tempo. em toda a área de trabalho sem causar qualquer
56
transtorno ao usuário, sendo preferencialmente imperceptível a ele (IEA,
2001; TOLEDO, 2008).
Existem dois tipos de controle de iluminação que operam a integração da luz
natural e artificial: manual, operado pelo usuário; e o automático, ideal onde a luz
natural é a principal fonte, (LANL, 2002). Moore (1993) recomenda sistemas de
controle automático da iluminação artificial quando se deseja atingir uma economia de
energia significativa em edifícios não residenciais. Souza (2003) reitera o uso do
controle automático "com base em vários critérios de necessidade de iluminação, tais
como a iluminância média do ambiente ou ocupação da sala."
Segundo Souza (2003) Os controles podem ser: liga/desliga, acionamento de
degraus, ou dimerizáveis. O sistema de passos é usado em luminárias com mais de
uma lâmpada, e funciona ligando ou desligando parte das lâmpadas. Como exemplo,
imaginemos um ambiente onde luminárias com duas lâmpadas podem estar (1)
apagadas quando a luz natural for suficiente para atingir a iluminância de projeto, (2)
com apenas uma lâmpada acesa, ou (3) com ambas as lâmpadas acesas conforme
necessidade de suplementar a iluminação natural. Cada um desses estágios é
conhecido com um degrau (TOLEDO, 2008).
Um sistema de automação, utiliza um dispositivo chamado dimmer, ele permite
o controle da corrente elétrica e por fim controla o fluxo luminoso ou intensidade da
lâmpada. O uso de dimerizadores deve observar a compatibilidade com o tipo de
lâmpada a ser especificada. Lâmpadas de descarga dependem de equipamentos
complementares, tais como reatores dimerizáveis, para que essa função seja
realizada (TOLEDO, 2008).
Alguns dispositivos são necessários para o funcionamento do sistema de
automação ou controle da iluminação artificial: interruptores manuais, pulsadores,
processadores centrais, fotossensores, sensores de presença, sensores de
movimento, e temporizadores (IESNA, 2000). Pulsadores manuais podem ser do tipo
liga/desliga ou dimerizáveis. Para maior eficácia na redução do consumo energético
a iluminação ambiente deve ser controlada automaticamente, enquanto pulsadores
57
manuais podem ser utilizados "em pequenas áreas, dando ao usuário a sensação de
posse da luminária que está acima do seu posto de trabalho, encorajando-o a ligá-la
ou desligá-la conforme a sua necessidade." (SOUZA, 2003).
Central de processadores são responsáveis por controlar várias zonas de
iluminação no ambiente, o dispositivo recebe um sinal vindo de um sensor (tal como
um fotossensor ou temporizador), a informação é analisada de acordo com uma
programação pré-estabelecida e uma mudança no sistema é iniciada (IESNA, 2000;
TOLEDO, 2008).
Sensores de movimento ou presença têm em sua composição componentes
eletrônicos que por meio da corrente elétrica acionará a luz, através de processadores
centrais. Um sistema de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural
pressupõe o uso de fotossensores. Sensores de presença/ movimento acionam o
sistema de iluminação artificial quando detectam o calor emitido por pessoas
(sensores com tecnologia de infravermelho) ou no caso de sensores ultrassônicos,
que emite ondas ultrassônicas, quando percebem a frequência de ondas refletidas,
acusando movimento de um corpo no recinto (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).
O posicionamento dos sensores e sua calibração influenciam ao tipo de
estratégia estabelecida para o sistema de automação ou controle: laço fechado
(individual ou para um número limitado de luminárias que podem ser de passo ou
dimerizável), ou laço aberto (para sistemas centrais). Cada um dos sistemas expressa
uma relação diferente entre o sinal do sensor fotoelétrico e a saída da luz artificial
(IEA, 2000; TOLEDO, 2008).
Os temporizadores ou timers são dispositivos que controlam os circuitos de
forma individual ou em grupo, permite que desligam automaticamente o sistema de
iluminação artificial após um período programado de funcionamento. As estratégias
de controle da iluminação artificial serão formadas pelo uso conjunto de dois ou mais
desses equipamentos, em função dos objetivos e condicionantes de projeto para
garantir a integração entre os sistemas de iluminação natural e artificial (TOLEDO,
2008).
58
Sistemas de controle, podem variar em capacidade, funções e
complexidade. Sistemas mais complexos podem controlar não somente a iluminação
como o ar condicionado e protetores solares, oferecendo a possibilidade do uso de
controles remotos, cenários pré-estabelecidos, dentre outras facilidades (IEA, 2005).
Tipos de iluminação para diferentes usos
Segundo Toledo (2008), depois de estabelecidos os níveis de iluminância
necessários para cada ambiente a ser tratado de forma individual, será o momento de
identificar a tipologia de iluminação adequada ao uso do espaço. De acordo com o
Guia de Desenho Sustentável desenvolvido pelo LANL (2002), os tipos de iluminação
podem ser divididos em quatro categorias:
• Iluminação ambiente - tipicamente usada para circulação e iluminação geral,
promove a percepção espacial do ambiente e deve ser planejada antes dos
demais tipos de iluminação que deverão complementá-la;
• Iluminação de tarefa - complementa a iluminação geral para conferir os níveis
adequados de iluminância para o desenvolvimento de determinadas tarefas
especificamente nas áreas de trabalho;
• Iluminação de destaque - utilizada com o propósito de dar ênfase ao espaço
e realçar detalhes da arquitetura;
• Iluminação de emergência - usada para criar uma rota de escape nos edifícios
para situações de emergência.
A divisão do sistema de iluminação em tipologias e circuitos, assim como a
compartimentação do ambiente em zonas luminosas, são estratégias que viabilizam
a integração dos sistemas de iluminação natural e artificial desde que devidamente
associadas a um sistema automático de controle da iluminação artificial. Como
exemplo, a iluminação natural pode suprir a maior parte ou toda a carga da iluminação
ambiente nas horas em que há disponibilidade de luz natural (LANL, 2002),
59
dispensando a necessidade de acionamento da luz artificial naquela situação. Mas a
redução do consumo de energia só acontecerá se o sistema de iluminação artificial
previr que a iluminação de tarefa e demais tipologias possam ser acionadas e
controladas separadamente (TOLEDO, 2008).
3.1.1 Métodos para integração da luz natural e artificial
Diversos métodos já foram propostos para resolver a questão da integração
dos sistemas de iluminação natural e artificial, visando à economia de energia,
abordando a necessidade do uso da iluminação artificial suplementar à natural; a
maioria das propostas baseia-se na definição de zonas luminosas, áreas que
apresentam uma distribuição semelhante de iluminação natural (ROBBINS, 1986).
A escolha do sistema de integração e a compreensão de um método de
integração da iluminação natural e artificial como uma das questões fundamentais
para que a luz natural seja utilizada plenamente em edificações. Para ele a interface,
ou melhor, a estratégia de controle que integra os sistemas de iluminação natural e
artificial é a responsável por viabilizar o sistema de iluminação natural como um
sistema de iluminação do edifício (TOLEDO, 2008).
Segundo Toledo, 2008 os métodos mais utilizados e conhecidos que abordam
a questão da integração da iluminação natural e artificial são os métodos IASPI -
Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores, e PALN - Percentual de
Aproveitamento da Luz Natural. O método IASPI, originalmente conhecido por PSALI
- Permanent Supplementary Artificial Lighting in Interiors, propõe a divisão do
ambiente em zonas de diferentes níveis de iluminância (iluminação natural) mostrando
onde há necessidade do uso da iluminação artificial suplementar para a execução de
determinada tarefa. Apesar de superficial, o método tem como vantagens a rápida
aplicação e o fácil entendimento. O método PALN atua de forma diversa, avaliando o
consumo energético inerente ao tipo de controle utilizado para um sistema de
iluminação artificial. Permite avaliar em profundidade os tipos de controle para a
iluminação artificial aplicados ao ambiente em questão, auxiliando na escolha da
alternativa que proporciona maior economia de energia.
60
3.1.2 IASPI - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores
Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores - IASPI é a tradução
conhecida para o método PSALI - Permanent Supplementary Artificial Lighting in
Interiors (MOORE, 1993). IASPI, faz parte de um sistema que integra a iluminação
artificial à natural, de modo complementar, durante o dia, nas áreas das tarefas
visuais. Procura eliminar áreas sombreadas indesejáveis e adequar as luminâncias
internas para minimizar os ofuscamentos decorrentes da visão do céu através de
janelas. O método IASPI parte do princípio fundamental de que a luz artificial deve ser
considerada suplementar à luz natural e nunca o contrário. É guiado pelas seguintes
hipóteses básicas:
• Em relação à luz natural, a grande variação da iluminância que ocorre ao longo
de um dia típico não afeta o desempenho visual mesmo quando esta se
encontra abaixo da aceitação recomendada, em função da habilidade de
adaptação da visão humana;
• As iluminâncias de tarefa são aquelas recomendadas pela IESNA, e as
iluminâncias gerais são 1/3 da iluminância recomendada para a tarefa visual;
• A luz elétrica pode ser usada para suplementar a luz natural com sucesso
quando esta for insuficiente.
Na imagem a seguir resume o princípio de funcionamento do método,
representando em gráfico a queda da iluminância média a partir da luz natural,
evidenciando a necessidade de iluminação suplementar artificial na porção mais
afastada das janelas no ambiente em questão (imagem 11). Mesmo em mínimas
condições de iluminação natural haverá luz suficiente para atender à iluminância
recomendada a uma distância igual à altura da janela acima do plano de trabalho, e
neste caso, a primeira fileira de luminárias será usada somente no período noturno. A
segunda e terceira luminárias podem ser acionadas por controle automático e
sensores, enquanto a última poderá permanecer ligada ao longo das horas de uso do
ambiente (MOORE, 1993; TOLEDO, 2008).
61
imagem 11 - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores – IASPI.
(fonte: TOLEDO, 2008).
O Método IASPI delineia a concepção do zoneamento do ambiente para que
sejam implantadas as estratégias de controle da iluminação artificial. O conceito de
zonas luminosas, sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz
natural e outras questões fundamentais para a integração dos sistemas de iluminação
(TOLEDO, 2008).
3.1.3 PALN - Percentual de Aproveitamento da Luz Natural
O método PALN foi desenvolvido tendo como referência o método DUF -
Daylight Utilization Fraction proposto por Robbins (1986). O Percentual de
Aproveitamento da Luz Natural (PALN) indica a quantidade de energia que pode ser
economizada mediante o aproveitamento da luz natural e permite a comparação entre
diversas estratégias de controle da iluminação artificial. O método é usado para
analisar o desempenho da iluminação a partir do uso dos sistemas de controle para a
iluminação artificial e o potencial de conservação de energia para cada opção
(TOLEDO, 2008).
Segundo Robbins, recomenda-se que a simulação do comportamento da luz
natural no ambiente ao longo do ano em datas representativas das estações
climáticas, em pelo menos dois horários. Dessa forma a análise poderá ser
demarcadas as zonas luminosas caracterizadas por áreas de mesmo padrão de
62
desempenho da luz natural. O número de zonas luminosas de um ambiente é
proporcional à possibilidade de economia de energia com o sistema de controle da
iluminação artificial. Portanto, quanto maior o número de zonas, maior a eficiência do
sistema de iluminação (TOLEDO, 2008).
Para o cálculo do PALN, e consequentemente do potencial de conservação de
energia de um sistema de iluminação integrado, determina-se dentro do horário de
utilização do ambiente, o período no qual a luz natural poderá substituir ou
suplementar a luz artificial (AMORIM, 2000).
Para a medida da iluminância proporcionada pela luz natural (através de
simulação) deve-se escolher um ponto de referência em cada zona luminosa. "A
iluminância mínima fornecida pelo sistema artificial dependerá da estratégia de
controle adotada para cada zona..." (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).
O PALN deve ser calculado para cada zona e para três condições de céu: céu
claro, parcialmente encoberto e encoberto (que correspondem ainda às quatro datas
representativas das estações climáticas). Para que a comparação entre as várias
estratégias de controle (liga/ desliga; passos; ou dimerização) possa ser feita, são
atribuídos pesos aos PALNs correspondentes à probabilidade de ocorrência de cada
tipo de céu (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).
3.2 Desempenho da luz natural em ambientes internos e o conceito de zonas
luminosas
Para Robbins (1986) Os métodos de integração da iluminação natural e
artificial, e a escolha das características de desempenho do sistema integrado de
iluminação, como elementos cruciais ao projeto luminotécnico, a partir dos quais
poderá ser definida a melhor estratégia de controle da iluminação artificial e estimado
o uso resultante de energia elétrica (TOLEDO, 2008).
Segundo o mesmo autor, o sistema de controle voltado para a iluminação
artificial integrados pela luz natural é formado por dois componentes: zonas de
63
controle integradas e estratégias de controle automático para cada zona. As zonas de
controle integradas ou zonas luminosas (lighling zones) são áreas do edifício que
usam a luz natural e artificial em conjunto para prover níveis de iluminância adequados
para iluminação geral, de fundo ou de tarefa (TOLEDO, 2008).
O primeiro passo para um projeto integrado é os conhecimentos do
desempenho e a potencialidade da luz natural nos ambientes internos. As áreas onde
está integração ocorre devem ser divididas em zonas luminosas. Para a determinação
do zoneamento deve-se buscar por padrões de desempenho da luz natural
agrupando-se as áreas de igual desempenho. O conceito de zonas luminosas é
utilizado por alguns métodos de integração da iluminação natural e artificial (TOLEDO,
2008).
Cada zona deverá ter um tratamento único e individualizado, considerando
todas as características individuais por zona e o sistema de controle utilizado. Assim,
os conjuntos de luminárias de diferentes zonas luminosas deverão ser distribuídos de
tal forma que possam ser acionados de forma individual. Num ambiente ortogonal com
aberturas unilaterais, a distribuição das luminárias em zonas de maior e menor
luminosidade natural deverá possibilitar o acionamento das luminárias de cada zona
separadamente. A região mais afastada das janelas estará mais escura que a porção
mais próxima das aberturas na maior parte do dia, a redução do consumo de energia
se dará com o acionamento gradual das luminárias à medida que for necessária a
complementação ou substituição pela iluminação artificial (TOLEDO, 2008).
Robbins (1986) recomenda, para garantir um contraste razoável dentro de uma
zona luminosa, a relação entre os pontos de maior e menor iluminâncias seja de 3:1,
mas esta regra poderá mudar dependendo do tipo de tarefa visual. Quando essa razão
for maior que 9:1, o autor recomenda que a área seja novamente dividida em mais
zonas (TOLEDO, 2008).
Toledo (2008) explica em seu trabalho de mestrado, como determinar as zonas
luminosas de um ambiente a ser analisado:
64
1.Dividir o ambiente de trabalho (normalmente a 75 cm do piso) do ambiente a ser
analisado em parcelas de 33 x 33 cm (para ambientes com profundidade entre 4 e 7
metros) ou 50 x 50 cm (para ambientes com profundidade de 8 a 10 metros);
2.Calcular e simular a luz por meio de programas computacionais a iluminância nos
pontos centrais de cada parcela do ambiente, a cada hora, nas datas escolhidas como
representativas do ano.
3.Identificar no projeto a iluminância mínima Emin, calculada. Estabelecer um valor
mínimo de 50 lux caso a mínima detectada seja inferior a esse número;
3.Determinar as divisões e limites das zonas luminosas de cada hora simulada. Os
limites de cada zona serão calculados a partir da iluminância mínima, multiplicando-
se seu valor por múltiplos de 3: (Emin); (3 x Emin); (9 x Emin); (27 x Emin); (81 x Emin)
e assim sucessivamente até que se atinja a iluminância máxima encontrada no
ambiente (imagem 12);
imagem 12 - Liminites das zonas luminosas. (fonte: TOLEDO, 2008).
5. Delimitar as zonas no plano de trabalho para cada hora simulada. A identificação
das zonas luminosas poderá ser feita atribuindo-se cores às parcelas pertencentes a
cada zona (imagem 13). As parcelas com iluminâncias inferiores a 50 lux serão
endereçadas a uma nova zona luminosa, identificada na imagem a seguir como zona
0;
65
imagem 13 - Delimitação das zonas luminosas no plano de trabalho.
(fonte: TOLEDO, 2008).
6.Gerar gráficos de distribuição de zonas luminosas para cada tipo de céu. Após a
identificação das zonas em cada hora simulada, deve-se vincular cada parcela do
plano de trabalho, a zona que nela incidiu com maior intensidade. Deverão ser
gerados gráficos de distribuição das zonas luminosas, sendo um para cada tipo de
céu (claro, parcialmente encoberto e encoberto);
7.Finalmente, depois de consideradas a distribuição de iluminâncias para cada hora
dos dias representativos do ano, e para as condições de céu, será gerado um gráfico
de distribuição de zonas do ambiente analisado. Diante dos gráficos é necessário,
considerar visualmente a distribuição definitiva das zonas luminosas no plano de
trabalho (imagem 14). Para isso deve-se considerar os tipos de céu para a localidade
em questão (consultar normais climatológicas);
imagem 14 - Mapas das zonas luminosas para três tipos de céu.
(fonte: TOLEDO, 2008).
66
8.Deve-se buscar que neste gráfico de distribuição de zonas luminosas, a diferença
das iluminâncias máxima e mínima dentro de uma mesma zona seja de 3:1 conforme
recomendação de Robbins (1986).
3.2.1 Método do Fator de luz Natural (Daylight Factor) e a Contribuição de
Iluminação Natural - CIN
O Método do Fator de Luz Natural - FLN é o mais utilizado para a estimativa de
iluminâncias internas a partir da luz natural. Recomendado pela CIE, o FLN expressa
a razão entre a iluminância horizontal interna em um ponto e a iluminância horizontal
externa, medidas simultaneamente sob condição de céu encoberto e desobstruído,
que permanece constante independente de mudanças da luminância do céu
(ROBBINS, 1986; MOORE, 1993; TOLEDO, 2008).
Segundo Moore (1993), o Fator de Luz Natural foi considerado, como uma
medida mais realista da iluminância percebida uma vez que o olho humano possui a
habilidade de adaptação que torna mudanças relativas mais significativas
percentualmente que em valores absolutos (TOLEDO, 2008).
A ABNT (2005 b) sugere o uso do Daylight Factor, como é conhecido
originalmente, como critério de comparação de desempenho entre diferentes sistemas
de iluminação natural, podendo ser convertido em iluminâncias internas quando
multiplicado pela iluminância externa adequada.
Considerando apenas as condições de céu uniforme e encoberto, o Daylight
Factor torna-se um parâmetro inválido para medidas de iluminação natural em
condições de céu claro. Por esse motivo, a ABNT (2005 b, p. 2) estendeu "...o conceito
da medida proporcional da iluminação natural, possibilitando a sua predição para
qualquer condição de céu não uniforme conhecida..." e o nomeou Contribuição de
Iluminação Natural, CIN. Desta forma, recomenda-se o uso do método da CIN ao invés
do FLN para projetos luminotécnicos em qualquer região brasileira (TOLEDO, 2008).
67
Segundo Toledo (2008) O método da CIN conjuga diagramas e fórmulas
matemáticas para a obtenção de resultados. O método do fluxo dividido adotado na
norma para cálculo da iluminação natural em ambientes internos (ABNT, 2005 b)
corresponde a CIN em Componente do Céu (CC), Componente Refletida Externa
(CRE) e Componente Refletida Interna (CRI) (imagem 15).
imagem 15 - Fontes de luz natural que alcançam o edifício.
(fonte: TOLEDO, 2008)
Para condições de céu encoberto a CIN comporta-se como FLN,
permanecendo em qualquer ponto do ambiente. Para condições de céu encoberto e
desobstruído a CIN comporta-se como o FLN, permanecendo constante em qualquer
ponto interno ao ambiente, independente de mudanças da luminância do céu. Para o
cálculo da iluminância horizontal interna em condições de céu encoberto e de céu
claro, a norma da ABNT (2005 b) apresenta um método que utiliza cartas de trajetórias
solares aparentes (cartas solares), diagramas de obstrução (máscaras de sombra) e
tabelas de distribuição de luminâncias (diagramas de contribuição relativa de luz -
DCRL), todas em mesma escala e mesmo sistema de projeção. A norma utiliza a
projeção estereográfica (TOLEDO, 2008).
3.2.2 Métricas e métodos para a avaliação da iluminação natural
Nos últimos anos, ocorreram diversos avanços em relação à pesquisas da
iluminação natural, que resultou no desenvolvimento de uma unidade de medida, uma
métrica para analisar o desempenho do ambiente arquitetônico relacionado neste
quesito.
Segundo Reinhart (2014, p. 29) Métrica é um "Sistema de medidas que facilita
a quantificação de alguma característica particular". Mardaljevic, Heschong e Lee
(2009, p.262) definem métrica como’’ uma combinação matemática de medidas e/ ou
68
dimensões e/ ou condições (potencialmente díspares) representadas numa escala
contínua. Métricas da iluminação natural tem como objetivo avaliar o desempenho das
edificações por meio de medidas relacionadas, com o objetivo de informar aspectos
quantitativos, qualitativos da iluminação e eficiência energética das
edificações (PEREIRA, 2017).
A iluminação natural tem um comportamento dinâmico, que ao longo das horas
do dia e épocas do ano, muda constantemente a intensidade e padrão de distribuição
da luz. As dinâmicas das métricas proporciona uma análise mais completa do
desempenho da iluminação natural ao longo do ano, pois leva em consideração as
variações diárias e sazonais da luz natural que ocorrem em uma determinada
localidade, considerando os eventos meteorológicos irregulares. Para simular as
métricas dinâmicas é necessário utilizar dados climáticos do local, que possui séries
temporais de luminâncias e iluminâncias ao longo de todo o ano (PEREIRA, 2017).
Avaliações de desempenho da iluminação utilizam métodos muito
simplificados, que predizem as condições para um determinado momento (método
singlepoint-in-time), não levando em consideração as mudanças ao longo do tempo
dos níveis de iluminação natural (MARDALJEVIC; PEREIRA, 2017).
Os métodos single-point-in-time são baseados em valores de iluminância e
apresentados como valores calculados em uma grade no plano de trabalho. Aqueles
baseados em luminância apresentam resultados como renderizações e imagens com
cores falsas (imagem 16), que junto ao aspecto visual disponibilizam também
resultados numéricos (PEREIRA, 2017).
imagem 16 - Renderização de um espaço de trabalho e a representação
desta vista em cores falsas - (fonte: PEREIRA, 2017)
69
Entre os vários exemplos de métricas estáticas podemos citar o Daylight Factor
(DF) ou Fator de luz do dia (FLD), que é uma das formas de avaliação mais antigas
da iluminação natural. A métrica Daylight Factor (DF) é definida como a razão da
iluminância em um ponto interno no edifício e a iluminância em um ponto externo
desobstruído, sob a condição de céu encoberto, esta métrica pode ter os seus valores
expressos em porcentagem, demonstrando a quantidade de luz interna disponível no
ambiente em comparação à luz disponível no exterior. (PEREIRA, 2017).
O conceito principal a ser expresso por meio da razão da iluminância interna e
externa, em vez de um valor absoluto é para evitar a dificuldade de lidar com as
frequentes variações de intensidade da luz natural (WALDRAM, 1950; PEREIRA,
2017).
Podemos citar que algumas métricas são baseadas em valores de iluminância:
Daylight Autonomy (DA), Useful Daylight Illuminance (UDI), Continuous Daylight
Autonomy (cDA), Maximum Daylight Autonomy (mDA), Daylight Availability, Temporal
Map, Spatial Daylight Autonomy (sDA), Annual Sunlight Exposure (ASE), Annual Light
Exposure (ALE) (PEREIRA, 2017).
O que define o sucesso de um projeto em termos de iluminação natural é a
definição dos objetivos a serem alcançados claramente definidos. Estes objetivos
devem considerar questões quantitativas, que consideram níveis de iluminância a
serem atingidos, relacionados aos aspectos energéticos da edificação. As questões
qualitativas, também de igual importância, complementam as informações
quantitativas, abordando questões como controle da radiação solar direta e
distribuição da luz no espaço, que devem ser consideradas no quesito conforto visual
(PEREIRA, 2017).
3.3 Métodos de avaliação da iluminação natural
É importante estudar a iluminação natural na fase preliminar do projeto, pois as
decisões tomadas nesta fase têm impacto decisivo no desempenho luminoso da
edificação. Nessa fase é discutido a concepção do projeto, definindo as estratégias
70
que serão adotadas em relação ao edifício, definições das aberturas (orientação,
localização, dimensionamento), volumetria da edificação que impactam no resultado
final da luz natural no interior dos ambientes, assim ferramentas de projeto podem ser
utilizadas com o intuito de obter um projeto mais qualificado do ponto de vista da
iluminação natural. As ferramentas utilizadas nas etapas de cálculo e avaliação da
iluminação natural podem ser divididas em nas seguintes categorias: ferramentas
manuais, modelos físicos em escala reduzida, ferramentas digitais e ferramentas
computacionais (PEREIRA, 2017).
Os programas para simulação da luz natural e artificial consideram o
comportamento físico da luz e o comportamento dinâmico da luz, ou seja, como a luz
se comporta no decorrer do ano de acordo com o horário, localidade, tipo de céu,
mês do ano, por meio de algoritmos implementados nestes programas. Há uma
diferenciação entre os softwares de rendering que disponibilizam imagens realísticas
do objeto simulado, mas sem precisão numérica dos resultados e os programas
específicos para o cálculo da iluminação, que através dos seus algoritmos
representam os fenômenos físicos da luz, sendo assim, existe uma relação entre os
algoritmos que são fisicamente fundamentados: o método da radiosidade e o método
da perseguição do raio conhecido por ray tracing. O método da radiosidade considera
todas as superfícies difusoras e o ray tracing permite o cálculo de superfícies com a
transmissão e reflexão especular (PEREIRA, 2017).
A seguir se faz necessário definir qual o programa será utilizado para fazer a
modelagem do objeto em questão, cada programa tem suas características, recursos
e ferramentas variadas que podem facilitar a construção do modelo ou permitir a
importação do modelo já pronto.
Após a elaboração do modelo, com todas as informações necessárias,
dimensões, acabamentos, texturas é necessário definir alguns parâmetros para
realização da simulação dinâmica, como: localidade, dados sobre a longitude e
latitude da região e principalmente a posição do norte.
71
Na tabela 02, são apresentados os principais dados, que devem ser considerados
para simulações da iluminação natural.
DADOS DA EDIFICAÇÃO CONDIÇÃO DO CÉU
• Características geométricas da edificação • Data, hora
• Características ópticas das superfícies dos
materiais • Localização geográfica
• Características do sistema de iluminação • Dados da radiação solar
• Características dos dispositivos de
sombreamento • Distribuição luminosa do céu
Tabela 02 - Principais dados de entrada para simulação da luz natural
(fonte: PEREIRA, 2017)
3.3.1 Programas computacionais
Uma das principais relevâncias dos programas de simulação computacional do
ambiente arquitetônico é sem dúvida a visualização antecipada dos efeitos, os
programas de simulação são grandes laboratório de efeitos onde o arquiteto pode
visualizar de fato o que vai acontecer no ambiente construído. Na geração de uma
imagem foto realística a iluminação pode assumir uma representação idealizada da
realidade, criada por aproximações empíricas, ou pode simular os fenômenos físicos
da luz na interação com o ambiente (TOLEDO, 2008).
Programas de simulação da iluminação precisam ser apropriados para o uso
em diversas atividades e aplicações, baseados em parâmetros fundamentados para
uma representação correta da quantidade e da distribuição da luz no espaço
construído. Tais ferramentas utilizam modelos de iluminação que descrevem o
comportamento da luz na superfície dos objetos, a intensidade da cor dos objetos, a
partir de informações sobre as propriedades óticas das superfícies, sobre a fonte
luminosa e a posição e orientação do observador da cena (LIMA, 2003; TOLEDO,
2008).
72
Os modelos criados nesses programas, utilizam algoritmos de programação
para o cálculo efetivo da iluminação, por meio de tramas de cálculos que consideram
todas as características do ambiente construído e a fonte a ser utilizada. Modelos de
iluminação global analisam toda a iluminação que chega a um dado ponto,
considerando não somente a luz proveniente diretamente da fonte luminosa, mas toda
a luz indireta derivada da inter-reflexão da luz entre as superfícies. (CHRISTAKOU,
2004; TOLEDO, 2008).
3.3.2 A escolha dos programas de simulação de iluminação
É necessário escolher um programa que seja validado como ferramenta de
simulação. A validação do programa computacional diz respeito à confiabilidade dos
resultados obtidos na simulação. Porém a exatidão da imagem final não depende
apenas da validade do método, mas é relativa à "qualidade dos dados de entrada e
dos métodos adotados para transformar os resultados do cálculo em pixels"
(CHRISTAKOU, 2004; TOLEDO, 2008).
As ferramentas de simulação servem tanto para testar e desenvolver projetos
arquitetônicos como acadêmicos. Através das simulações realizadas é possível
observar características de cada ferramenta e a finalidade a que se destinam, e por
meio dessas observações podem ser destacadas situações que melhor se adaptam a
uma ou outra. Vale destacar ainda que no ambiente científico, a investigação ocorre
em todos os níveis e as imagens geradas devem ter base de dados confiável para que
possam ser desenvolvidas ideias de trabalho a partir de tais dados (TAVARES, 2007)
Recentemente, a CIE publicou o relatório 171:2006 - Test Cases to Assess the
Accuracy of Lighting Computer Programs, que apresenta uma abordagem da
validação de programas computacionais de simulação da iluminação natural e
artificial, onde diversos aspectos da propagação da luz (iluminação artificial
direta, iluminação natural direta, reflexões e inter-reflexões difusas) são testados
separadamente. Esse conceito permite avaliar a aplicabilidade de um programa
computacional testado, ressaltando seus pontos fortes e fracos (IEA, 2005; TOLEDO,
2008).
73
Foram utilizados como referência dados baseados em cálculo analítico,
testados em cenários teóricos, e dados baseados em medições experimentais
realizadas em cenário real. Os cenários propostos são devidamente descritos quanto
à sua geometria, fonte luminosa, pontos de referência e os dados de referência
relacionados (IEA, 2005; TOLEDO, 2008).
Cabe destacar que as simulações de iluminação colaboram para a diminuição
do consumo de energia, pois esteticamente, demonstram que duas lâmpadas com o
mesmo efeito podem consumir energias diferentes, e permitem avaliar a eficiência,
quantidade de iluminância e distribuição da luz no ambiente construído, evitando que
existam excessos o que o sistema consuma energia desnecessária. Ao mesmo tempo
em que a simulação computacional colabora para a compreensão do problema de
iluminação, deve-se perceber as características específicas de cada
ferramenta (TAVARES, 2007)
74
CAPÍTULO 4
Os estudos de casos foram escolhidos, de acordo com os tipos de soluções
luminotécnicas, apresentada em cada sala de aula de projeto, em relação ao sistema
de iluminação natural e artificial empregados no ambiente arquitetônico e as
características individuais de cada edifício com o objetivo de apresentar uma análise
completa abrangendo vários aspectos da arquitetura e iluminação.
O método foi aplicado em análises realizadas em três estudos de caso
desenvolvidos nas salas de aula de projeto do curso de Arquitetura e Urbanismo das
seguintes universidades: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade
de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O modelo foi produzido
por meio do uso do software de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2, considerado
hoje, um dos melhores software de simulação de luz artificial e natural.
A simulação dinâmica realizada tem como referência a metodologia de
Simulação Dinâmica de Reinhart (Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustaina-
ble Design, C.F. Reinhart), que se caracteriza pela utilização de arquivos climáticos
como base de dados. Foram consideradas as refletâncias, tendo como referência o
ambiente real por meio de fotos.
4.1 ESTUDO DE CASO - FAAP
Nesse sentido desenvolve-se o seguinte estudo de caso, este é um método
quantitativo de estudo de caso, que consiste, geralmente, em uma forma de
aprofundar o conhecimento de uma determinada unidade. Este estudo serve para
responder questionamentos ao pesquisador, buscando conhecer o possível controle
sobre o fenômeno.
Pode-se assim, contribuir para se compreender melhor os fenômenos
individuais, os processos organizacionais e políticos da sociedade. Como isto é uma
ferramenta utilizada para se entender a forma e os motivos que levaram a determinada
decisão de iluminação. Conforme Yin (2001) o estudo de caso é uma estratégia de
75
pesquisa que compreende um método que abrange tudo em abordagens especificas
de coletas e análise de dados. É um método útil quando o fenômeno a ser estudado
é amplo e complexo, devendo ser estudado no contexto em que ocorre, naturalmente.
Tratar-se de um estudo empírico que busca determinar ou testar uma teoria,
investigando um fenômeno contemporâneo a partir do seu contexto real, utilizando
múltiplas fontes de evidências.
No presente estudo de caso, propõe-se analisar o comportamento da luz
natural e sua potencialidade em umas das salas de projeto do curso de Arquitetura e
Urbanismo da Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP. A sala escolhida foi a,
sala de projeto (sala 3207), localizada no 3° andar do prédio 3.
Observa-se a implantação do estudo de caso na imagem 17 abaixo, com o
posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação
diária.
imagem 17 - Implantação da edificação - FAAP
fonte: www.faap.com.br
76
4.1.1 Parâmetros de Simulação
Alinhamento do norte: 20°
Tipo do céu: Nublado
Longitude: -47.90
Latitude: -15.80
Comprimento: 13 metros
Largura: 11 metros
Pé direito: 2.90 metros
4.1.2 Levantamento Fotográfico
Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado,
para construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores,
acabamentos, texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma
simulação mais precisa, veja imagem 18 – abaixo.
imagem 18 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
77
imagem 19 - Sala de aula de projeto - vista frontal
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 20 - Sala de aula de projeto - vista perspectiva
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
78
imagem 21 - Sala de aula de projeto - vista lateral e aberturas
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 22 - Sala de aula de projeto - detalhe das aberturas
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
79
4.1.3 Medições in loco
Além disso, é preciso conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no
local. Assim foram feitas medições in loco no dia 01 de abril de 2018 às 16h, para se
avaliar os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de
medição luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de
iluminâncias em cada ponto, no plano de trabalho.
Foram realizadas duas medições: a imagem 23, medindo os níveis de
iluminância, considerando apenas a iluminação natural e a imagem 24, medindo
somente a luz artificial do ambiente. Comparando-se essas medições com as
especificações normatizadas pela NBR15215-4 (2003), que determina calcular-se a
quantidade mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a dimensão
do ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa distribuição, pontual,
nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 18 pontos, a fim de obter
resultados suficientes de iluminância, como mostra a imagem 23 abaixo.
As medições foram realizadas na altura do plano de trabalho a 0,80 cm do chão,
foram considerados 18 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T8 de 32W. As
medições se fazem importante para entendermos as reais condições da iluminação
no ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem influenciar
no resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.
81
imagem 24 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.1.4 Modelagem e Simulação por meio do Software Dialux EVO
Realiza-se a modelagem e simulação da iluminação natural e artificial a partir
dos dados coletados em visita in loco, respeitando as refletâncias dos acabamentos
em relação à cor do piso, parede, teto e mobiliário. Foi usado o software Dialux Evo
8.2 para realização das modelagens e simulações, assim como para a obtenção dos
resultados de iluminância.
82
Simulação da Iluminação Natural
imagem 25 - Simulação da Iluminação Natural
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Simulação da Iluminação Artificial
imagem 26 - Simulação da Iluminação Artificial
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
83
4.1.5 Resultado da Iluminância média geral (luz natural)
Após realização das simulações, verificamos os resultados de iluminância
média no ambiente, considerando nesse momento somente a luz natural. Observe na
imagem 27, uma grande incidência de luz natural, proveniente das aberturas da sala
de aula, chegando a mais de 1000 lux. Essa iluminância vai diminuindo ao afastar-se
das aberturas, chegando a 20 lux em alguns pontos, como mostra na imagem 6,
podemos considerar que esse ambiente tem pouca uniformidade, sendo necessária a
utilização de luz artificial para suplementar a luz natural em alguns pontos.
imagem 27 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
84
imagem 28 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.1.6 Conceito de zonas de iluminação
Nessa etapa do estudo de caso é necessário definir a estratégia a ser utilizada
para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo necessário a
criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz por zonas.
A partir da distribuição espacial da luz natural no ambiente interno, é possível
identificar áreas cujas características de iluminação são semelhantes. De acordo com
(Robbins, 1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação
integradas em um edifício. Propõe-se utilizar conjuntamente a luz natural e artificial
para prover a iluminação geral ou de tarefa no ambiente, assegurando assim melhores
condições de conforto e potencializando a economia de energia.
Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra na imagem 29, a
primeira zona localiza, próxima das janelas da sala de aula, a segunda zona no meio
da sala e a terceira zona no canto inferior da sala de aula. Cada zona será analisada
de forma individual para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à
iluminação.
85
imagem 29 - Divisão das zonas de iluminação
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Não existe um conjunto de regras para estabelecer as zonas de iluminação
natural. Uma simples observação visual da distribuição dos níveis de luz natural
poderia ser empregada para determinar as zonas de iluminação, a razão entre a
iluminância máxima e a iluminância mínima deve ser sempre menor ou igual a 3:1, o
que garante uma relação de contraste razoável. Esta recomendação pode variar de
acordo com a acuidade da atividade visual realizada na zona, nunca sendo superior a
9:1.
O procedimento proposto por (Souza, 2003), baseando-se em (Robbins, 1986),
foi feito a partir de cálculos de iluminâncias para horário e dia específicos do ano.
Novas formas de aplicar o conceito das zonas luminosas podem ser desenvolvidas
utilizando simulações dinâmicas, o que permitiria a realização de uma análise anual
da iluminação natural e artificial, considerando a variabilidade das duas fontes de luz
- o sol e o céu - e suas interações com a geometria e as propriedades físicas do
ambiente.
86
A partir da distribuição espacial da luz natural e dos níveis de iluminância
requeridos para o estudo, foram propostas três zonas independentes: zona1, zona 2
e zona 3 (imagem 29), cada grupo possui seis luminárias de embutir com duas
lâmpadas fluorescentes de 32W, como mostra a (imagem 30), e o tipo de acionamento
da luz artificial escolhido foi um sistema manual liga/desliga.
Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 31, para
obter-se os resultados individual por zona.
imagem 30 - Simulação Zona 1
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
87
imagem 31 - Resultado da Simulação Zona 1 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme a imagem 31 acima, percebemos que a maior incidência da luz natural e
artificial, está concentrada nas proximidades das aberturas, causando assim um
contraste lumínico e uma uniformidade muito baixa.
imagem 32 - Simulação Zona 2
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
88
imagem 33 - Resultado da Simulação Zona 2 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a
iluminância está muito abaixo do recomentado pela norma NBR ISO/CIE 8995-1
(2013), que recomenda 500lux para a sala de aula.
imagem 34 - Simulação Zona 3
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
89
imagem 35 - Resultado da Simulação Zona 3 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme a imagem acima (zona 3), a iluminância está muito abaixo do recomentado
pela norma (500 lux) chegando no pronto mais escuro à 24 lux.
imagem 36 - gráfico de dimerização por zona
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme análise, percebemos que existe uma grande incidência de luz natural
na zona 1, o que possibilita o desligamento das luminárias nessa zona especifica,
sendo assim optamos pelo desligamento do conjunto de luminárias nessa zona, ou
seja, a dimerização da zona 1 será igual a 0% conforme (imagem 36), acima.
90
imagem 37 - gráfico iluminância média (luz artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
O gráfico acima demonstra a iluminância média da sala e a iluminância por
zonas, levando em consideração apenas a iluminação artificial, percebemos que a
iluminância média da sala, inclusive cada zona está abaixo da recomendação da
norma NBR ISO/CIE 8995-1.
4.1.7 Simulação dinâmica
A simulação dinâmica realizada tem como referência a metodologia de
Simulação Dinâmica de Reinhart (Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustaina-
ble Design, C.F. Reinhart), que se caracteriza pela utilização de arquivos climáticos
como base de dados. Foram consideradas as refletâncias, tendo como referência o
ambiente real por meio de fotos.
O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares de cálculo e modelagem
Dialux Evo 8.1 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a simulação da iluminação
artificial, foram considerados 18 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T8 de
32W, o arquivo IES utilizado nas simulações pertence a empresa Lumicenter.
Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do
ano, para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A
primeira simulação foi realizada no período de 01 a 31 de janeiro de 2018, os
resultados foram divididos em 3 gráficos: simulação luz natural, simulação luz natural
e artificial e iluminância média geral – imagem 38.
91
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de janeiro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 38 - Resultados de iluminância média (janeiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
92
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 28 de fevereiro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 39 - Resultados de iluminância média (fevereiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
93
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de março de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 40 - Resultados de iluminância média (março)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
94
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de abril de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 41 - Resultados de iluminância média (abril)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
95
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de maio de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 42 - Resultados de iluminância média (maio)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 61% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
96
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de junho de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 43 - Resultados de iluminância média (junho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 61% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
97
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de julho de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 44 - Resultados de iluminância média (julho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 61% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
98
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de agosto de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 45 - Resultados de iluminância média (agosto)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 66% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
99
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de setembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 46 - Resultados de iluminância média (setembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 72% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
100
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de outubro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 47 - Resultados de iluminância média (outubro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
101
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de novembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 48 - Resultados de iluminância média (novembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
102
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de dezembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 49 - Resultados de iluminância média (dezembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
103
Resultado da Simulação: [Período: de janeiro à dezembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)
Dimensão da sala: 11 x 13 metros
imagem 50 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.1.8 Conclusão:
De acordo com a pesquisa apresentada, percebemos que na maior parte do
tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1 que recomenda 500 lux
para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria uma
grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa
forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário suplementar a
luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.
No projeto integrado, percebemos que na maior parte do tempo 77% (do horário
comercial) a iluminância média da sala atende a recomendação da norma, que
recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os piores meses onde a iluminância
fica abaixo da recomendação na maior parte do tempo são: maio, junho, julho e agosto
chegando a 61%. O mês de outubro é o melhor mês, chegando a 83% do tempo.
Podemos afirmar que esse percentual relacionado ao tempo onde a iluminância
atende a norma, representa uma verdadeira oportunidade de redução de economia
de energia, uma vez que toda iluminância que ultrapassa os 500 lux, poderia ser
dimerizada e assim garantir o aumento da redução do consumo de energia.
104
Segundo análise, em alguns pontos onde a iluminância é maior que 500 lux, o
sistema de controle da automação poderá dimerizar as fontes de luz para que haja
um nível constante de iluminância, seguindo as variações do comportamento da luz
natural, garantindo uma redução do consumo de energia, diminuição da carga térmica
no ambiente e um maior conforto visual por meio do controle do ofuscamento.
4.2 ESTUDO DE CASO - FAU USP
A Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo – FAU,
foi fundada em 1948, tendo se originado do antigo curso de engenheiro-arquiteto da
Escola Politécnica da mesma Universidade. Seu fundador e primeiro diretor foi o
Professor Luiz Ignácio de Anhaia Mello, responsável pela formação urbanística no
antigo curso e principal organizador de novos conteúdos específicos naquele que se
formava. Em seus primeiros anos, o curso da FAU combinava as disciplinas técnicas
originais do antigo modelo, praticamente inalteradas, com elementos do currículo
padrão da Escola Nacional de Belas Artes, organizados em disciplinas como plástica,
modelagem, arquitetura de interiores, grandes e pequenas composições.
No presente estudo de caso, propõe-se analisar o comportamento da luz
natural, artificial e as suas potencialidades em um dos ateliês de projeto do curso de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo - FAU USP. O atelier
escolhido, está localizado no último andar do prédio da FAU USP, no terceiro piso. A
FAU USP é referência em iluminação natural por conta do seu sistema de iluminação
zenital que está incorporado na estrutura arquitetônica do prédio.
Observa-se a implantação do estudo de caso na imagem 51 abaixo, com o
posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação
diária.
105
imagem 51 - Atelier de projeto - implantação
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
5.2.1 Parâmetros de Simulação
Alinhamento do norte: 320°
Tipo do céu: Nublado
Longitude: -47.90
Latitude: -15.80
Comprimento: 13 metros
Largura: 11 metros
Pé direito: 2.90 metros
5.2.2 Levantamento Fotográfico
Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado, para
construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores, acabamentos,
texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma simulação mais
precisa, veja imagem 52 – abaixo.
106
imagem 52 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, lateral direita
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
imagem 53 - Atelier de projeto - vista em perspectiva frontal
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
107
imagem 54 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, lateral esquerda
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
imagem 55 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, sistema zenital
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
108
5.2.3 Medições in loco
Torna-se necessário, conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no
local. Assim foram feitas medições in loco no dia 04 de fevereiro de 2019 às 16h, para
se avaliar os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de
medição luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de
iluminâncias em cada ponto, no plano de trabalho.
Foram realizadas duas medições: a imagem 57, medindo os níveis de
iluminância, considerando apenas a iluminação natural e a imagem 58, medindo
somente a luz artificial do ambiente às 19h00. Comparando-se essas medições com
as especificações normatizadas pela NBR15215-4 (2003), que determina calcular-se
a quantidade mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a
dimensão do ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa
distribuição, pontual, nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 32
pontos, a fim de obter resultados suficientes de iluminância, como mostra a (imagem
57).
As medições se fazem importante para entendermos as reais condições da
iluminação no ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem
influenciar no resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.
imagem 56 - Medição - Luz natural
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
111
5.2.4 Modelagem e Simulação por meio do Software Dialux EVO
Realiza-se a modelagem e simulação da iluminação natural e artificial a partir
dos dados coletados em visita in loco, respeitando as refletâncias dos acabamentos
em relação à cor do piso, parede, teto e mobiliário. Foi usado o software Dialux Evo
8.1 para realização das modelagens e simulações, assim como para a obtenção dos
resultados de iluminância.
Simulação da Iluminação Natural
imagem 59 - Simulação da Iluminação Natural
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
Simulação da Iluminação Artificial
imagem 60 - Simulação da Iluminação Artificial
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
112
Simulação da Iluminação Artificial
imagem 61 - Simulação da Iluminação Arfiticial
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
5.2.5 Resultado da Iluminância média geral (luz natural)
Após realização das simulações, verificamos os resultados de iluminância
média no ambiente, considerando nesse momento somente a luz natural. Observe na
imagem 62, temos uma grande incidência de luz natural no meio do ambiente,
proveniente das aberturas zenitais, chegando ao nível de 1400 lux. Essa iluminância
vai diminuindo ao aproximar-se das extremidades da sala, chegando a 360 lux em
alguns pontos, como mostra na imagem 63, podemos considerar que esse ambiente
tem muita uniformidade, não sendo necessária a utilização de luz artificial para
suplementar a luz natural na maior parte do dia.
113
imagem 62 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
114
imagem 63 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
115
Resultado da Iluminância média geral (luz artificial)
Após realização das simulações da iluminação artificial, verificamos os resultados de
iluminância média no ambiente, percebemos que o nível médio de iluminância está
muito abaixo, tendo referência o que a norma NBR ISO/CIE 8995-1, recomenda 500
lux de iluminância para uma sala de aula. Analisando a imagem 65, percebemos que
o menor nível é 34 lux, próximo da extremidade da sala e o maior nível é 413 lux no
centro da ambiente.
imagem 64 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
116
imagem 65 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
5.2.6 Conceito de zonas de iluminação
Segundo os dados coletados, se faz necessário definir a estratégia a ser
utilizada para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo
necessário a criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz
por zonas.
117
A partir da distribuição espacial da luz natural no ambiente interno, é possível
identificar áreas cujas características de iluminação são semelhantes. De acordo com
(Robbins, 1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação
integradas em um edifício. Propõe-se utilizar conjuntamente a luz natural e artificial
para prover a iluminação geral ou de tarefa no ambiente, assegurando assim melhores
condições de conforto e potencializando a economia de energia.
Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra na imagem 66, a
primeira zona localiza, no final da sala de aula, a segunda zona no meio da sala e a
terceira zona no início da sala de aula. Cada zona será analisada de forma individual
para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à iluminação.
imagem 66 - Divisão das zonas de iluminação
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
Não existe um conjunto de regras para estabelecer as zonas de iluminação
natural. Uma simples observação visual da distribuição dos níveis de luz natural
poderia ser empregada para determinar as zonas de iluminação, a razão entre a
iluminância máxima e a iluminância mínima deve ser sempre menor ou igual a 3:1, o
que garante uma relação de contraste razoável. Esta recomendação pode variar de
acordo com a acuidade da atividade visual realizada na zona, nunca sendo superior a
9:1.
118
O procedimento proposto por (Souza, 2003), baseando-se em (Robbins, 1986),
foi feito a partir de cálculos de iluminâncias para horário e dia específicos do ano.
Novas formas de aplicar o conceito das zonas luminosas podem ser desenvolvidas
utilizando simulações dinâmicas, o que permitiria a realização de uma análise anual
da iluminação natural e artificial, considerando a variabilidade das duas fontes de luz
- o sol e o céu - e suas interações com a geometria e as propriedades físicas do
ambiente.
A partir da distribuição espacial da luz natural e dos níveis de iluminância
requeridos para o estudo, foram propostas três zonas independentes: zona1, zona 2
e zona 3 (imagem 66), sendo a zona 1, possui 30 luminárias de sobrepor para duas
lâmpadas T5 de 28W, zona 2, possui 15 luminárias e a zona 3, possui 30 luminárias,
totalizando 70 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T5 de 28W - 5000k. Cada
grupo possui seu acionamento por meio de interruptor bipolar com sistema manual
liga/desliga. Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 68,
para obter-se os resultados individual por zona.
Zona 1
imagem 67 - Simulação Zona 1
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
119
imagem 68 - Resultado da Simulação Zona 1 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
Conforme a imagem 68 acima, percebemos que a maior incidência da luz natural e
artificial, está no centro da sala, chegando ao nível máximo de 1420 lx, nível muito
superior comparado com as recomendações da norma NBR ISO/CIE 8995-1 que
recomenda 500 lx para uma sala de aula.
121
imagem 70 - Resultado da Simulação Zona 2 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a iluminância
está muito alta, chegando ao nível de 1421 lux.
Zona 3
imagem 71 - Simulação Zona 3
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
122
imagem 72 - Resultado da Simulação Zona 3 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
Conforme a imagem acima, a iluminância está muito alta do recomentado pela
norma chegando ao nível de 1391 lx.
A estratégia de utilização da luz artificial ocorreu de acordo com a necessidade,
ela foi ligada somente quando o nível de luz natural não foi suficiente para atingir os
500 lux, recomendado pela norma NBR 8998-1. A imagem 73 - abaixo mostra os
níveis de iluminância, utilizando apenas a luz artificial.
123
imagem 73 - gráfico iluminância média (luz artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
5.2.7 Simulação dinâmica
A simulação dinâmica realizada tem como referência a metodologia de
Simulação Dinâmica de Reinhart (Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustaina-
ble Design, C.F. Reinhart), que se caracteriza pela utilização de arquivos climáticos
como base de dados. Foram consideradas as refletâncias, tendo como referência o
ambiente real por meio de fotos. O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares
de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.1 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a
simulação da iluminação artificial, foram considerados 75 luminárias de sobrepor para
duas lâmpadas T5 de 28W, o arquivo IES utilizado nas simulações pertence a
empresa Lumicenter.
Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do ano,
para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A
primeira simulação foi realizada no período de 01 a 31 de janeiro de 2018, os
resultados foram divididos em 3 gráficos: simulação luz natural, simulação luz natural
e artificial e iluminância média geral – imagem 74.
124
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de janeiro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 74 - Resultados de iluminância média (janeiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
125
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de fevereiro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 75 - Resultados de iluminância média (fevereiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 89% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
126
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de março de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 76 - Resultados de iluminância média (março)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
127
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de abril de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 77 - Resultados de iluminância média (abril)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
128
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de maio de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 78 - Resultados de iluminância média (maio)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
129
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de junho de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 79 - Resultados de iluminância média (junho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
130
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de julho de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 80 - Resultados de iluminância média (julho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
131
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de agosto de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 81 - Resultados de iluminância média (agosto)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
132
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de setembro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 82 - Resultados de iluminância média (setembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
133
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de outubro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 83 - Resultados de iluminância média (outubro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 83% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
134
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de novembro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 84 - Resultados de iluminância média (novembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a NBR
ISO/CIE 8995-1.
135
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de dezembro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 85 - Resultados de iluminância média (dezembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
136
Resultado da Simulação: [Período: janeiro à dezembro de 2018]
Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP
Dimensão da sala: 26 x 33 metros
imagem 86 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.2.8 Conclusão:
Segundo a análise feita no atelier de projeto da FAU USP, verificamos que o
sistema de iluminação natural utilizado é responsável por criar um efeito de luz geral
difusa e uniforme, proveniente do sistema zenital de iluminação, que permite que na
maior parte do tempo (horário comercial) o nível de iluminância média atenda a norma
NBR ISO/CIE 8995-1, os melhores meses onde a luz atende em 100% do tempo (das
08h às 18h) é Janeiro, Fevereiro, Novembro e dezembro.
Analisando os gráficos percebemos que não existe a necessidade de deixar a
iluminação artificial ligada entre às 10h00 e 16h00 da tarde, onde o nível
de iluminância é superior a 500 lx, o que possibilita o desligamento do sistema de luz
artificial, ou seja, dependendo do mês do ano, a iluminação artificial pode ser acionada
somente das 08h às 10h e depois das 16h às 18h para suplementar a luz natural e
assim garantir o nível recomendado pela norma.
Porém a iluminância que provém da luz natural é muito excessiva, chegando a
1300 lx, ocasionando ofuscamento direto, fadiga visual, aquecimento do ambiente. O
contato direto com a luz solar, por causa das radiações emitidas, radiações ultra
violeta (UV) e infravermelho (IV) pode ocasionar problemas de pele.
137
4.3 ESTUDO DE CASO - FAU MACKENZIE
O estudo de caso a seguir, propõe-se analisar o comportamento da luz natural,
artificial e sua potencialidade em uma das salas de aula de projeto do curso de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie - FAU Mackenzie.
A sala escolhida, está localizada no terceiro andar do prédio, sendo a sala 303.
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana
Mackenzie, FAU-Mackenzie é a primeira Faculdade de Arquitetura e Urbanismo do
Estado de São Paulo, criada em 12 de agosto de 1947. É uma das mais importantes
escolas de Arquitetura e Urbanismo do país. Teve sua origem na Escola de
Engenharia Mackenzie; onde funcionava o curso direcionado à formação de
engenheiros-arquitetos, criado por Cristiano Stockler das Neves em
1917. Comumente denominada Arquitetura Mackenzie, a atual unidade possui mais
de 3.000 alunos e concentra os cursos de Arquitetura e Urbanismo em níveis de
graduação e pós-graduação (mestrado, doutorado e especializações) e o curso de
Desenho Industrial.
Observa-se a implantação do estudo de caso na imagem 87 abaixo, com o
posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação diária.
imagem 87 - Imagem aérea (FAU-Mackenzie)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
138
4.3.1 Parâmetros de Simulação
Alinhamento do norte: 20°
Tipo do céu: Nublado
Longitude: -47.90
Latitude: -15.80
Comprimento: 13 metros
Largura: 11 metros
Pé direito: 2.90 metros
4.3.2 Levantamento Fotográfico
Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado, para
construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores, acabamentos,
texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma simulação mais
precisa, veja a imagem 88 - abaixo.
imagem 88 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
139
imagem 89 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe das aberturas
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 90 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, lateral direita
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
140
imagem 91 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, vista frontal
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 92 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe abertura
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
141
imagem 93 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe abertura
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.3.3 Medições in loco
Torna-se necessário, conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no local.
Assim foram feitas medições in loco no dia 01 de abril de 2018 às 16h, para se avaliar
os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de medição
luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de iluminâncias em
cada ponto, no plano de trabalho.
Foram realizadas duas medições: a imagem 94, medindo os níveis de iluminância,
considerando apenas a iluminação natural e a imagem 95, medindo somente a luz
artificial do ambiente. Comparando-se essas medições com as especificações
normatizadas pela NRB15215-4 (2003), que determina calcular-se a quantidade
mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a dimensão do
ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa distribuição, pontual,
nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 24 pontos, a fim de obter
resultados suficientes de iluminância, como mostra a imagem 94 abaixo.
142
As medições é faz importante para entendermos as reais condições da iluminação no
ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem influenciar no
resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.
imagem 94 - Malha de pontos de medição (Luz Natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
143
imagem 95 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.3.4 Modelagem e Simulação por meio do Software Dialux EVO
Realiza-se a modelagem e simulação da iluminação natural e artificial a partir
dos dados coletados em visita in loco, respeitando as refletâncias dos acabamentos
em relação à cor do piso, parede, teto e mobiliário. Foi usado o software Dialux Evo
8.2 para realização das modelagens e simulações, assim como para a obtenção dos
resultados de iluminância. Foram considerados para o cálculo 18 luminárias de
sobrepor para lâmpada T8 de 32W.
144
Simulação da Iluminação Natural
imagem 96 - Simulação da Iluminação Natural
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Simulação da Iluminação Artificial
imagem 97 - Simulação da Iluminação Artificial
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
145
4.3.5 Resultado da Iluminância média geral (luz natural)
Após realização das simulações, verificamos os resultados de iluminância
média no ambiente, considerando nesse momento somente a luz natural. Observe na
imagem 98, uma grande incidência de luz natural, proveniente das aberturas da sala
de aula, chegando a mais de 1000 lux. Essa iluminância vai diminuindo ao afastar-se
das aberturas, chegando a 390 lux em alguns pontos, como mostra na imagem 98,
podemos considerar que esse ambiente tem pouca uniformidade, sendo necessária a
utilização de luz artificial para suplementar a luz natural em alguns pontos.
imagem 98 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
146
imagem 99 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Resultado da Iluminância média geral (luz artificial)
Após realização das simulações da iluminação artificial, verificamos os
resultados de iluminância média no ambiente, percebemos que o nível médio de
iluminância está muito abaixo, tendo referência o que a norma NBR ISO/CIE 8995-1,
recomenda 500 lux de iluminância para uma sala de aula. Analisando a imagem 101,
percebemos que o menor nível é 171 lux, próximo da abertura da sala e o maior nível
é 421 lux no centro do ambiente.
147
imagem 100 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 101 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
148
4.3.6 Conceito de zonas de iluminação
Segundo os dados coletados, se faz necessário definir a estratégia a ser
utilizada para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo
necessário a criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz
por zonas.
A partir da distribuição espacial da luz natural no ambiente interno, é possível
identificar áreas cujas características de iluminação são semelhantes. De acordo com
Robbins (1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação
integradas em um edifício. Propõe-se utilizar conjuntamente a luz natural e artificial
para prover a iluminação geral ou de tarefa no ambiente, assegurando assim melhores
condições de conforto e potencializando a economia de energia.
Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra a imagem 102, a
primeira zona localiza, próxima das janelas da sala de aula, a segunda zona no meio
da sala e a terceira zona no canto inferior da sala de aula. Cada zona será analisada
de forma individual para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à
iluminação.
imagem 102 - Divisão das zonas de iluminação
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
149
Não existe um conjunto de regras para estabelecer as zonas de iluminação
natural. Uma simples observação visual da distribuição dos níveis de luz natural
poderia ser empregada para determinar as zonas de iluminação, a razão entre a
iluminância máxima e a iluminância mínima deve ser sempre menor ou igual a 3:1, o
que garante uma relação de contraste razoável. Esta recomendação pode variar de
acordo com a acuidade da atividade visual realizada na zona, nunca sendo superior a
9:1.
O procedimento proposto por (Souza, 2003), baseando-se em (Robbins, 1986),
foi feito a partir de cálculos de iluminâncias para horário e dia específicos do ano.
Novas formas de aplicar o conceito das zonas luminosas podem ser desenvolvidas
utilizando simulações dinâmicas, o que permitiria a realização de uma análise anual
da iluminação natural e artificial, considerando a variabilidade das duas fontes de luz
- o sol e o céu - e suas interações com a geometria e as propriedades físicas do
ambiente.
A partir da distribuição espacial da luz natural e dos níveis de iluminância
requeridos para o estudo, foram propostas três zonas independentes: zona1, zona 2
e zona 3 (imagem 103), cada grupo possui seis luminárias de embutir com duas
lâmpadas fluorescentes de 32W, como mostra a (imagem 103), e o tipo de
acionamento da luz artificial escolhido foi um sistema manual liga/desliga.
Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 104, para obter-
se os resultados individual por zona.
ZONA 1
imagem 103 - Simulação Zona 1
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
150
imagem 104 - Resultado da Simulação Zona 1 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme a imagem 104 acima, percebemos que a maior incidência da luz natural e
artificial, está concentrada nas proximidades das aberturas, causando assim um
contraste lumínico e uma uniformidade muito baixa.
151
ZONA 2
imagem 105 - Simulação Zona 2
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 106 - Resultado da Simulação Zona 2 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
152
Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a iluminância
está muito abaixo do recomentado pela norma NBR ISO/CIE 8995-1.
ZONA 3
imagem 107 - Simulação Zona 3
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
imagem 108 - Resultado da Simulação Zona 3 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
153
Conforme a imagem acima, a iluminância está muito abaixo do recomentado pela
norma chegando no pronto mais escuro à 141 lux.
imagem 109 - gráfico de dimerização por zona
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Conforme análise, percebemos que existe uma grande incidência de luz natural
na zona 1, o que possibilita o desligamento das luminárias nessa zona especifica,
sendo assim optamos pelo desligamento do conjunto de luminárias nessa zona, sou
seja a dimerização da zona 1 será igual a 0% conforme imagem 109.
imagem 110 - gráfico iluminância média (luz artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
O gráfico acima demonstra a iluminância média da sala e a iluminância por
zonas, levando em consideração apenas a iluminação artificial, percebemos que a
iluminância média da sala, inclusive cada zona está abaixo da recomendação da
norma NBR ISO/CIE 8995-1.
154
4.3.7 Simulação dinâmica
A simulação dinâmica realizada tem como referência a metodologia de
Simulação Dinâmica de Reinhart (Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustaina-
ble Design, C.F. Reinhart), que se caracteriza pela utilização de arquivos climáticos
como base de dados. Foram consideradas as refletâncias, tendo como referência o
ambiente real por meio de fotos. O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares
de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a
simulação da iluminação artificial, foram considerados 18 luminárias de sobrepor para
duas lâmpadas fluorescentes T8 de 32W, o arquivo IES utilizado nas simulações
pertence a empresa Lumicenter.
Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do
ano, para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A
primeira simulação foi realizada no período de 01 a 31 de janeiro de 2018, os
resultados foram divididos em 3 gráficos: simulação luz natural, simulação luz natural
e artificial e iluminância média geral – imagem 111.
155
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de janeiro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 111 - Resultados de iluminância média (janeiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 95% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
156
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de fevereiro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 112 - Resultados de iluminância média (fevereiro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 95% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
157
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de março de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 113 - Resultados de iluminância média (março)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
158
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de abril de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 114 - Resultados de iluminância média (abril)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
159
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de maio de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 115 - Resultados de iluminância média (maio)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
160
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de junho de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 116 - Resultados de iluminância média (junho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
161
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de julho de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 117 - Resultados de iluminância média (julho)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
162
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de agosto de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 118 - Resultados de iluminância média (agosto)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
163
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de setembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 119 - Resultados de iluminância média (setembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
164
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de outubro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 120 - Resultados de iluminância média (outubro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 84% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
165
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de novembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 121 - Resultados de iluminância média (novembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
166
Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de dezembro de 2018]
Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)
Dimensão da sala: 9 x 11 metros
imagem 122 - Resultados de iluminância média (dezembro)
a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma
NBR ISO/CIE 8995-1.
167
Resultado da Simulação: [Período: janeiro à dezembro de 2018]
imagem 123 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial)
fonte: Acervo pessoal do autor, 2018
4.3.8 Conclusão
Analisando a sala de projeto da Fau-Mackenzie, percebemos que na maior parte do
tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que recomenda 500
lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria
uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa
forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário suplementar a
luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário. No projeto integrado,
percebemos que na maior parte do tempo a iluminância média da sala atende a
recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os
piores meses onde a iluminância fica abaixo da recomendação na maior parte do
tempo são: março, abril, maio, junho, julho, agosto e setembro chegando a 83%. O
mês de janeiro, novembro e dezembro são os melhores meses, chegando a 100% do
tempo. Podemos afirmar que esse percentual relacionado ao tempo onde a
iluminância atende a norma, representa uma verdadeira oportunidade de redução de
economia de energia, uma vez que toda iluminância que ultrapassa os 500 lux, poderia
ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução do consumo de energia.
Segundo análise, em alguns pontos onde a iluminância é maior que 500 lux, o
sistema de controle da automação poderá dimerizar as fontes de luz para que haja
um nível constante de iluminância, seguindo as variações do comportamento da luz
natural, garantindo uma redução do consumo de energia, diminuição da carga térmica
no ambiente e um maior conforto visual por meio do controle do ofuscamento.
168
4.4 Considerações sobre os resultados
A questão da redução do consumo de energia nos edifícios de ensino está
diretamente relacionada ao uso consciente da luz, entre outros aspectos. O projeto de
iluminação tem ação direta sobre o impacto do uso da energia elétrica e
consequentemente a eficiência energética do edifício. O sistema de iluminação
artificial integrado à automação tem o objetivo de suplementar as oscilações no nível
de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo constante o nível de
iluminância prescrito para cada ambiente.
Na imagem abaixo (imagem 124) abaixo, apresentamos o resultado geral
(percentual de iluminância média) dos estudos de casos, levando em consideração a
luz natural e artificial, tendo base os 500 lux, recomendado pela norma NBR ISO/CIE
8995-1.
imagem 124 - Quadro geral de resultados - a) Faap, b)Fau Usp e c) Fau Mackenzie
fonte: Acervo pessoal do autor, 2019
169
4.4.1 Análise - FAAP
De acordo com a pesquisa apresentada, percebemos que na maior parte do
tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que recomenda 500
lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria
uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa
forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário suplementar a
luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.
Na integração da luz natural e artificial, percebemos que na maior parte do
tempo 77% (do horário comercial) a iluminância média da sala atende a
recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os
piores meses onde a iluminância fica abaixo da recomendação na maior parte do
tempo são: maio, junho, julho e agosto chegando a 61%. O mês de outubro é o melhor
mês, chegando a 83% do tempo. Podemos afirmar que esse percentual relacionado
ao tempo onde a iluminância atende a norma, representa uma verdadeira
oportunidade de redução de economia de energia, uma vez que toda iluminância que
ultrapassa os 500 lux, poderia ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução
do consumo de energia.
Segundo análise, em alguns pontos onde a iluminância é maior que 500 lux, o
sistema de controle da automação poderá dimerizar as fontes de luz para que haja
um nível constante de iluminância, seguindo as variações do comportamento da luz
natural, garantindo uma redução do consumo de energia, diminuição da carga térmica
no ambiente e um maior conforto visual por meio do controle do ofuscamento.
4.4.2 Análise - USP
Segundo a análise feita no atelier de projeto da FAU USP, verificamos que o
sistema de iluminação natural utilizado é responsável por criar um efeito de luz geral
difusa e uniforme, proveniente do sistema zenital de iluminação, que permite que na
maior parte do tempo (horário comercial) o nível de iluminância média atenda a norma
NBR ISO/CIE 8995-1, os melhores meses onde a luz atende em 100% do tempo (das
08h as 18h) é Janeiro, Fevereiro, Novembro e dezembro.
170
Analisando os gráficos percebemos que não existe a necessidade de deixar a
iluminação artificial ligada entre às 10h00 e 16h00 da tarde, onde o nível
de iluminância é superior a 500 lx, o que possibilita o desligamento do sistema de luz
artificial, ou seja, dependendo do mês do ano, a iluminação artificial pode ser acionada
somente das 08h às 10h e depois das 16h às 18h para suplementar a luz natural e
assim garantir o nível recomendado pela norma.
Porém a iluminância que provem da luz natural é muito excessiva, chegando a
1300 lx, ocasionando ofuscamento direto, fadiga visual, aquecimento do ambiente. O
contato direto com a luz solar, por causa das radiações emitidas, radiações ultra
violeta (UV) e infravermelho (IV) pode ocasionar problemas de pele.
4.4.3 Análise - MACKENZIE
Analisando a sala de projeto da Fau-Mackenzie, percebemos que na maior
parte do tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que
recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma
individual, cria uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas,
criando dessa forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário
suplementar a luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.
No projeto integrado, percebemos que na maior parte do tempo a iluminância
média da sala atende a recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um
ambiente de ensino, os piores meses onde a iluminância fica abaixo da
recomendação na maior parte do tempo são: março, abril, maio, junho, julho, agosto
e setembro chegando a 83%. O mês de janeiro, novembro e dezembro são os
melhores meses, chegando a 100% do tempo. Podemos afirmar que esse percentual
relacionado ao tempo onde a iluminância atende a norma, representa uma verdadeira
oportunidade de redução de economia de energia, uma vez que toda iluminância que
ultrapassa os 500 lux, poderia ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução
do consumo de energia.
171
Segundo análise, em alguns pontos onde a iluminância é maior que 500 lux, o
sistema de controle da automação poderá dimerizar as fontes de luz para que haja
um nível constante de iluminância, seguindo as variações do comportamento da luz
natural, garantindo uma redução do consumo de energia, diminuição da carga térmica
no ambiente e um maior conforto visual por meio do controle do ofuscamento.
172
5 Considerações Finais
De acordo com a pesquisa apresentada, concluímos que a eficiência
energética e a conservação de energia no ambiente de ensino, depende de várias
variáveis e não somente a integração dos sistemas, como: posição do edifício em
relação ao norte, dimensão do ambiente como largura, comprimento e altura, tipo de
abertura, tipo de sistema de luz natural (lateral ou zenital), transmitância do vidro e as
refletâncias em relação a cor do piso, paredes e teto. O mobiliário e as texturas,
também influenciam no resultado em relação à iluminância média do ambiente. O
sistema de iluminação artificial integrado à automação tem o objetivo de suplementar
as oscilações no nível de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo
constante o nível de iluminância prescrito para cada ambiente, que permite a
redução do consumo de energia, cada vez que o sistema de controle entra em ação,
de acordo com suas variações no decorrer do ano.
Para que ocorra esta integração é necessário que o sistema da luz natural,
dimerize e controle a luz artificial de forma que ela seja ajustada para suplementar os
níveis disponíveis pela luz natural, sendo a melhor estratégia a utilização de zonas de
iluminação e acordo com a atividade que será exercida, levando em consideração o
desenho arquitetônico do ambiente e a função do espaço, de forma a alcançar a
iluminância desejada no ambiente projetado de forma eficiente, resultando na redução
do consumo de energia elétrica do sistema de iluminação artificial.
Conforme o estudo apresentado, de três edifícios de ensino, o objetivo principal
não é o controle da luz artificial e sim o controle da luz natural, como o exemplo
apresentado do estudo de caso da FAU-USP, onde a iluminação artificial continua
acionado durante todo o período em uso contínuo, mesmo que os níveis de iluminação
natural possam suprir parcialmente ou totalmente a quantidade necessária para a
realização das tarefas, além do desligamento da luz artificial, se faz necessário o uso
de zonas de iluminação e o controle da iluminação natural, seja por meio de brise ou
sistemas automáticos de controle da luz natural. Para que ocorra economia de
energia, a iluminação artificial deve ser desligada ou dimerizada, de acordo com a luz
natural disponível.
173
A conservação de energia está intimamente relacionada com a disponibilidade
de luz natural, as características do edifício, a tipologia da abertura e do entorno. Além
destes aspectos deve-se considerar um sistema de iluminação artificial projetado para
complementar a luz natural, com circuitos independentes e sistema de controle
elétrico apropriado para cada caso, assim como o uso de zonas e o controle individual
das zonas por meio da automação ou a intervenção direta do usuário. O sistema de
comando da iluminação artificial, corresponde às formas de acionamento ou
dimerização das lâmpadas existentes no projeto, por meio de equipamentos que ligam
e desligam, chamados de sistemas de controle elétrico. Podendo ser usado, timers,
acionamento programado ou sensores de ocupação.
Existem vários tipos de comando, os comandos da iluminação artificial, também
conhecidos como sistemas de controle elétrico ou automação, podem ter duas formas
de acionamento: manual e automático. O acionamento manual é realizado pelo
usuário, que tem a responsabilidade de ligar ou desligar o sistema. Porém mesmo
sendo manual e possível dimerizar a fonte de luz, por meio de um relê de
acionamento, esse tipo de acionamento é considerado um pré-automação. O
acionamento automático é acionado por meio de uma programação do sistema de
controle, podendo ser ligado ou desligado de acordo com o nível de iluminação
proveniente da luz natural e/ou devido a presença ou ausência de usuários no
ambiente, por meio de uso de sensores de presença e movimento.
O controle automático por meio de acionamento corresponde à sensores que
detectam ou identificam a incidência de lua natural em determinados pontos do
ambiente e ajustam o fluxo luminoso das lâmpadas ou o seu desligamento para atingir
um nível pré-determinado nível de iluminância no ambiente. Para que isto ocorra além
da lâmpada ser dimerizável é necessário que o equipamento auxiliar também seja
dimerizável, sendo ele um transformador, reator ou fonte/driver. Lembrando que no
caso dos Leds, mesmo a fonte de luz sendo dimerizavel é necessário verificar e testar
que o sistema de controle é compatível com a fonte de luz especificada.
174
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