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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Metodologia para análise de sistemas de iluminação visando o conforto visual e a eficiência energética em ambientes

Ivanize Claudia dos Santos e Silva

UFPA / ITEC / PPGEE

Campus Universitário do Guamá

Belém – Pará – Brasil

2008

2

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CENTRO TECNOLÓGICO

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Metodologia para análise de sistemas de iluminação visando o conforto visual e a eficiência energética em ambientes

Dissertação submetida à avaliação da

banca examinadora aprovada pelo programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica na Área de Sistemas de Energia Elétrica.

IVANIZE CLAUDIA DOS SANTOS E SILVA

UFPA / ITEC / PPGEE Campus Universitário do Guamá

Belém – Pará – Brasil 2008

DM – 08/2008

3

METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO VISANDO O CONFORTO VISUAL E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM

AMBIENTES

IVANIZE CLAUDIA DOS SANTOS E SILVA

Esta dissertação foi julgada adequada para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Elétrica, na área de Sistemas de Energia Elétrica, e aprovada na sua

forma final, pela banca examinadora designada pelo programa de Pós-Graduação

em Engenharia Elétrica do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará

em março de 2008.

_____________________________________________ Profª. Drª. Maria Emília de Lima Tostes (UFPA)

ORIENTADORA

_____________________________________________ Prof. Dr. Ubiratan Holanda Bezerra (UFPA)

MEMBRO DA BANCA EXAMINADORA

_____________________________________________ Prof. Dr. Roberto Célio Limão de Oliveira MEMBRO DA BANCA EXAMINADORA

_____________________________________________ Prof. Dr. Irving Montanar Franco (UFPA) MEMBRO DA BANCA EXAMINADORA

VISTO:

______________________________________________ Prof. Dr. Evaldo Gonçalves Pelaes

COORDENADOR DO PPGEE/UFPA

UFPA / ITEC / PPGEE 2008

Metodologia para a análise de sistemas de iluminação visando a eficiência energética e o conforme visual em ambientes

Dedicatória

4

Á minha filha Paloma, para que ela

sempre tenha como meta a busca do conhecimento.


Agradecimentos

5

AGRADECIMENTOS

A professora Dr.ª Maria Emília Tostes pela simpatia com a qual me recebeu no

programa de pós graduação em Engenharia Elétrica, e por ter aceitado o desafio de me

orientar.

Ao doutorando Rogério Silva pelas inúmeras contribuições, por sempre ter dispensado

atenção e colaboração para o êxito desta pesquisa.

Ao Dr. Rogério Almeida pela atenção e por ter colaborado para o êxito desta pesquisa.

Ao Dr. Marcos Galhardo pela ajuda com os parâmetros da rede neural.

Aos amigos feitos na pós graduação, principalmente Franciane Veloso e Heliana

Ceballos, que muito contribuíram com artigos técnicos.

Ao Prof. Frederico Lobato, médico do Hospital Universitário Bettina Ferro de Souza,

HUBFS / UFPA, por dispensar sua atenção e pelas informações técnicas.

Aos alunos de iniciação cientifica: Christianne Ferreira, Heverton Cota e Paulo Teixeira

do LADEC (Laboratório de Análise do Ambiente Construído) da Faculdade de Arquitetura

e Urbanismo do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará, pela ajuda com

os programas de conforto.

Ao professor Dr. Irving Franco pela oportunidade de trabalhar com pesquisa e pelas

informações técnicas.

Ao curso de pós graduação em Engenharia Elétrica.

A todas as pessoas que contribuiram para a realização deste trabalho.


Resumo

6

RESUMO

A iluminação surge como um dos sistemas mais relevantes na conservação da

energia, pois é responsável por cerca de 20% de toda energia elétrica consumida no

país; trabalhar bem com ela é a melhor maneira de otimizar seu consumo. Este trabalho

apresenta uma contribuição à eficientização de ambientes, propondo uma utilização

maior da iluminação natural proveniente do sol considerando aspectos de conforto visual

na gestão de construções inteligentes. Para tal é apresentado aspectos de eficiência

energética e o conceito de construções inteligentes e os vários aspectos que as compõe.

Uma metodologia utilizando sensores de luminosidade, variáveis construtivas do

ambiente, redes neurais artificiais e equipamentos de iluminação adequado é proposta.

Palavras Chave: Iluminação, Eficiência Energética, Construções inteligentes.


Abstract

7

ABSTRACT

The illumination appears as one of the most relevant systems in the conservation of

energy, because it is responsible for about 20% of every electric power consumed at the

country, work well it is the best way to optimize the consumption. This work presents a

contribution to energy conservation environment, proposing a larger use of the natural

illumination originating from the sun considering aspects of visual comfort in the

management of intelligent constructions. For such, it is presented aspects of energy

efficiency and the intelligent construction concepts and the several aspects that composes

them. A methodology using light sensor, constructive variables, neural networks and

adapted illumination’s equipments is proposed.

Words Key: Illumination, Energy Efficiency, intelligent Constructions.


Índice

8

ÍNDICE

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 13

1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES ................................................................................................... 13

1.2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................... 14

1.3 OBJETIVOS ................................................................................................................................... 18

1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ....................................................................................................... 19

CAPÍTULO 2 - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .................................................................................... 20

2.1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E EDIFICAÇÕES........................................................................................ 22

2.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E ILUMINAÇÃO ......................................................................................... 24

2.3 IMPACTOS DA ILUMINAÇÃO NO SER HUMANO .................................................................................. 29

CAPÍTULO 3 - CONSTRUÇÕES INTELIGENTES .......................................................................... 37

3.1 A HISTÓRIA DOS EDIFÍCIOS ............................................................................................................ 38

3.2 DEFINIÇÃO .................................................................................................................................... 40

3.3 A INTEGRAÇÃO ............................................................................................................................. 41

3.4 A DOMÓTICA ................................................................................................................................. 43

3.5 A GESTÃO DE EDIFÍCIOS ................................................................................................................ 44

3.6 SISTEMAS DE CONTROLE DOMÓTICOS ........................................................................................... 46

3.6.1. PROTOCOLO EIB ............................................................................................................. 46 3.6.2. PROTOCOLO LONWORKS ................................................................................................ 47 3.6.3. PROTOCOLO X10 ............................................................................................................. 48

3.7 DOMÓTICA – EXEMPLOS DE APLICAÇÕES PRÁTICAS ....................................................................... 49

3.7.1. SISTEMA DOMÓTICO - PHILIPS ........................................................................................... 49 3.7.2. SISTEMA DOMÓTICO - SIEMENS ...................................................................................... 50 3.7.3. SISTEMA DOMÓTICO – DOMÍNIO VIRTUAL ........................................................................... 51

3.8 SOBRE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS (RNA) ................................................................................... 53

CAPÍTULO 4 - METODOLOGIA PARA ANÁLISE DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO .................. 56

4.1 METODOLOGIA .............................................................................................................................. 57


Índice

9

4.1.1. SENSOR: CAPTAÇÃO DA ILUMINÂNCIA; .............................................................................. 57 4.1.2. MÓDULO NEURAL; ............................................................................................................ 58 4.1.3. BANCO DE DADOS COLETADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA; .............................................. 59 4.1.4. ELABORAÇÃO DE UMA REDE NEURAL; ............................................................................... 60 4.1.5. PROGRAMA COMPUTACIONAL; ........................................................................................... 63 4.1.6. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO COM REDE NEURAL; ............................................................. 64 4.1.7. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO; ................................................................................................. 64 4.1.8. ATUALIZAÇÃO DE DADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA EXTERNA; ........................................ 65

4.2 ESTUDO DE CASO ......................................................................................................................... 65

4.2.1. DETERMINAÇÃO DAS VARIÁVEIS CONSTRUTIVAS E VARIÁVEL HUMANA; ................................. 66 4.2.2. BANCO DE DADOS COLETADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA; .............................................. 66 4.2.3. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO COM REDE NEURAL; ............................................................. 70

4.3 ANÁLISE ECONÔMICA .................................................................................................................... 78

4.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................................ 78

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES ........................................................................................................ 80

5.1 PERSPECTIVAS DE TRABALHOS FUTUROS ...................................................................................... 81

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 83


Índice de Tabelas

10

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 - Consumo de energia por país.Fonte: IEA, 2005 ........................................................................... 20

Tabela 2.2 - Tipo de luz/onda eletromagnética/idade. ...................................................................................... 35

Tabela 3.1 – Comparação entre os protocolos: standard europeu (EIB), o standard Norte-Americano (LONWorks) e o protocolo mais utilizado (X10)....................................................................................... 49

Tabela 4.1 – Marca, modelo e valores para sensor de iluminância. ................................................................. 58

Tabela 4.2 – Arquitetura usada na simulação. .................................................................................................. 62

Tabela 4.3 – Marca, modelo e valores para sensor de iluminância. ................................................................. 64

Tabela 4.4 – Entrada, saída desejada e saída da rede para a arquitetura de melhor desempenho. ................ 71

Tabela 4.5– Valores para custos de energia com iluminação natural e sem iluminação natural. ..................... 78


Índice de Figuras

11

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Percentual de uso final na carga residencial no Brasil (2005) ....................................................... 21

Figura 2.2– Níveis de Iluminância para o mês de junho. ................................................................................... 27

Figura 2.3 – Níveis de Iluminância para o mês de dezembro. .......................................................................... 28

Figura 2.4 – Olho Humano. ............................................................................................................................... 29

Figura 2.5 – Curva de contraste e Luminância. ................................................................................................. 31

Figura 2.6 – Curva de contraste, sensibilidade e Luminância. .......................................................................... 31

Figura 3.1 - Áreas da domótica ......................................................................................................................... 42

Figura 3.2 - Rede baseada no protocolo EIB .................................................................................................... 46

Figura 3.3 - GateWay - LiteConnector LonWorks NEURON ............................................................................. 47

Figura 3.4 - Interface entre um dispositivo e uma rede LONWorks ................................................................... 47

Figura 3.5 – Funcionamento do sistema X10 .................................................................................................... 48

Figura 3.6 – Casa Domótica Siemens com sistema EIB ................................................................................... 51

Figura 3.7 – Casa Domótica Domínio Virtual sistemas DMK e DMI .................................................................. 52

Figura 4.1 – Esquema do Processo .................................................................................................................. 57

Figura 4.2 – Disposição dos pontos de medição – NBR 5382. ......................................................................... 59

Figura 4.3 – Esquema do problema / Elaboração da RNA. ............................................................................... 60

Figura 4.4 - Fatores determinantes da Iluminância adequada (NBR 5413 – Iluminância de Interiores)............ 61

Figura 4.5 – Interface principal do programa. .................................................................................................... 63

Figura 4.6 – Menu dos Parâmetros da rede neural do programa de simulação ................................................ 63

Figura 4.7 – LayOut LABQUALI. ....................................................................................................................... 65

Figura 4.8 – Orientação LABQUALI. ................................................................................................................. 66

Figura 4.9 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 09:00h. ............................................................. 67

Figura 4.10 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 10:00h. ........................................................... 67

Figura 4.11 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 12:00. ............................................................. 68



Figura 4.14 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 18:00h ............................................................ 69

Figura 4.15 - Iluminância em Lux por tipo de Atividade (NBR 5413 – Iluminância de Interiores) ...................... 70


Índice de Figuras

12

Figura 4.16 – Procedimento utilizado para as simulações. ............................................................................... 71

Figura 4.17 – Treinamento da rede. .................................................................................................................. 75

Figura 4.18 – Resultados do Treinamento. ....................................................................................................... 75

Figura 4.19 – Resultados da Validação da RNA. .............................................................................................. 76

Figura 4.20 – Fluxograma do sistema. .............................................................................................................. 77


Capítulo 1 - Introdução

13

Capítulo 1 INTRODUÇÃO

1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES

Hoje a questão energética recebe grande atenção devido à crise mundial na qual o

planeta vem vivendo. As preocupações de caráter ambiental, a redução do volume de

emissão de gases de efeito estufa, têm assumido cada vez mais importância, sendo

indubitável a existência de um esforço internacional para que tais emissões sejam

reduzidas. Este fato está intrinsecamente ligado ao setor elétrico, considerando que na

maioria dos países industrializados a produção de eletricidade ainda resulta do processo

de queima de combustíveis fósseis (em geral carvão e derivados do petróleo como o óleo

Diesel).

Dentre as alternativas que podem ser exploradas, para contribuir positivamente na

atenuação dos problemas ambientais, constam a adoção de fontes alternativas de

energia primária como, por exemplo, a energia eólica e solar, bem como a definição de

procedimentos que visam à redução do desperdiço da energia elétrica produzida. Neste

último caso, a iluminação artificial surge como um dos paradigmas que pode ser

explorado de modo a contribuir para a conservação da energia pois é um dos sistemas

mais importantes para a economia do consumo, uma vez que a quantidade de luz natural

pode ser explorada no interior de uma edificação de modo que a abundância de luz

artificial seja diminuída, contribuindo assim, para atenuar o desperdício de eletricidade.

Diante de tal quadro de estudos voltado para a conservação da energia, surge a

necessidade de estabelecer procedimentos que visam a redução do desperdício, sendo

necessário projetar o edifício, para ser sustentável durante toda sua vida útil.

Estima-se que cerca de 48% de toda energia elétrica consumida no Brasil tenha

origem nas necessidades de atendimento de conforto interno das edificações, seja na

forma de iluminação artificial, ventilação forçada ou condicionamento de ar. Construções

inteligentes permitem o aproveitamento adequado da luz natural, resultando em

economia de até 20% nos gastos com eletricidade (PROCEL, 1993). Um dos pontos mais



14

relevantes sobre iluminação é a otimização de sistemas de utilização. Estudos

direcionados para a viabilização de conservação de energia elétrica, em ambientes

construídos, são realizados em todo o mundo (HADDAD, 2001). As condicionantes de

desempenho luminoso de edificações vêm atender a uma urgência referente ao conceito

de eficiência energética e sustentabilidade (HOPKINSON, 1966).

O aproveitamento da luz natural nos ambientes interiores não somente é possível,

como também necessário. Ela oferece melhor condição de visibilidade ao olho humano,

quando em níveis adequados. Um espaço bem iluminado, naturalmente, é mais saudável

e dinâmico. No entanto, a fim de usufruir de sua disponibilidade, de forma eficiente, deve-

se utilizar a luz natural de maneira criteriosa, para que não ocorra falta de iluminância ou

excesso de carga térmica no ambiente.

Com base nestes pressupostos, esta dissertação tem como meta a gestão da

iluminância no interior do ambiente, considerando a influência da luz natural, o tipo de

atividade do ambiente, o conforto visual do usuário e características construtivas

objetivando um ambiente energeticamente eficiente. Para tal, a metodologia adotada

baseia-se no conceito de edifício gerenciados de forma inteligente com uso de redes

neurais artificiais como ferramenta para alcance do objetivo.

1.2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Nesta seção apresenta-se uma revisão dos principais trabalhos consultados para

o desenvolvimento da presente dissertação de mestrado, enfatizando aspectos do

conforto visual e eficiência energética.

GHISI, Enedir et alli, avaliaram em 1997 o potencial de conservação de energia

elétrica através de estudo de retrofit no sistema de iluminação da Universidade Federal

de Santa Catarina, os resultados obtidos na avaliação do potencial de conservação de

energia elétrica realizado através de um estudo de retrofit no sistema de iluminação da

Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Apresenta-se o uso final de energia

elétrica estimado para o campus, bem como a análise do atual sistema de iluminação e

os benefícios proporcionados por um novo sistema energeticamente eficiente.

PAPST, Ana L. et alli, apresentaram em 1998 uma metodolgia para análise de

iluminação natural usando simulação numérica computacional cujo objeto de estudo foi

um laboratório que faz parte de dois novos blocos de laboratórios e salas de aula do novo



15

prédio de engenharia civil, da Universidade Federal de Santa Catarina. Os resultados das

simulações foram classificados em categorias a partir da Norma Brasileira NBR 5413 (NB

– 57) – Iluminância de Interiores, segundo quatro patamares de iluminâncias: excessiva,

suficiente, insuficiente e inexistente. Com o uso de apresentação gráfica, buscou-se

facilitar a compreensão do projetista luminotécnico frente a distribuição espacial, temporal

e quantitativa da iluminação natural. A simulação apresentada foi a computacional, mais

precisamente o software Lúmen Micro 7, da Lighting Technologies INC. O uso da

simulação computacional apresenta uma maior rapidez se comparando ao método do

gráfico.

POLLIS, Hamilton et alli, abordaram em 1999 a experiência brasileira em projetos de

iluminação eficiente à criação do INMETRO. O Procel acumulou experiência na

implementação de programas-piloto de substituição de lâmpadas incandescentes e em

função desta experiência o processo que levou a criação do Selo Procel Inmetro de

Desempenho na Área de Iluminação. Em seguida descreve-se o processo de

implementação do Selo e os resultados obtidos até o presente momento. Descreve-se

também a experiência obtida com a condução de pesquisas que objetivaram um melhor

conhecimento do consumidor e do mercado de produtos eficientes no país.

FIQUEREDO, K. et alli, verificaram em 2000 que novas técnicas de inteligência

computacional entraram no setor elétrico ultrapassando métodos tradicionais, são elas:

Redes Neurais Artificiais, Algoritmos Genéticos, Lógica Fuzzy e Sistemas Especialistas.

Foi avaliado cada um destes sistemas, quanto ao desempenho, revisão de principais

aplicações e como construir sistemas inteligentes de conservação de energia elétrica.

LEE, Alexandre Simon et alli, verificaram em 2001 a eficiência energética de um

edifício de escritórios através de simulações computacionais; o estudo de caso foi feito no

departamento de engenharia civil da UFSC. O software VisualDOE foi utilizado como

ferramenta para avaliação das alternativas depois de implantadas. O modelo dos prédios

foi calibrado no VisualDOE através de medições in-loco. Alternativas de projetos, menos

eficientes, adotadas nas obras típicas da UFSC foram simuladas e comparadas com o

modelo calibrado a fim de se determinar a economia de energia alcançada.

MATOS, Michele et alli, estudaram em 2003 melhorias no sistema de iluminação na

UFSC, verificando as condições reais do sistema de iluminação atualmente instalado, a

fim de que se possa propor um retrofit para o sistema; recomendações para a

contratação de novos projetos de iluminação e especificações para a compra de novos



16

produtos. Resultados obtidos através de levantamento das características do sistema de

iluminação artificial atualmente instalado na UFSC. Para tal foram realizadas visitas in

loco nas quais parâmetros relacionados ao ambiente físico e à iluminação foram

observados. Os dados levantados restringiram-se às salas de aula, administrativas e de

professores por possuírem níveis de iluminação semelhantes e padrão de uso regular.

Juntos esses locais representam 19% da área total construída no campus universitário.

Estima-se que a substituição do sistema atual por um sistema mais eficiente

proporcionaria uma redução de 10,2% no consumo e 14,8% na conta de energia elétrica

da cidade universitária.

TETRI, E. estudou no ano de 2004 a implementação pelo comitê executivo de

conservação da energia em edifícios, do novo projeto de pesquisa internacional (IEA

ANNEX 45) cujos objetivos são verificar a integração entre o uso eficiente de energia com

sistemas eficientes dos edifícios. O IEA ANNEX 45 está dividido em três tipos de

objetivos: o objetivo A é descrever o efeito do uso da energia na relação do bem estar

humano; o objetivo B é reduzir o uso de energia investigando o potencial econômico

comparando tecnologias e aplicando soluções de iluminação; e o objetivo C evidencia

controles direcionado para a necessidade do usuário de acordo com as normas.

PIZZARO, Paula e SOUZA, Lea estudaram em 2006 o nível de iluminância de sala de

aula definindo a importância e as relações entre as variáveis do conforto luminoso. O

método de pesquisa consiste em uma análise através da observação

comportamental e medições dos níveis de iluminância no ambiente. Faz-se uso de

duas ferramentas metodológicas: a extensão 3DSkyView, da ArcView GIS, como forma

de obter a variável Fator de Visão do Céu (fator de forma) e as Redes Neurais

Artificiais, como ferramenta de modelagem das relações entre as variáveis

levantadas. Os resultados mostraram que os estudantes estão habituados a realizar

tarefas em valores de iluminância baixos ou altos demais.

DEHOFF, Peter verificou em 2006, medição do consumo de energia em salas de um

edifício cujo projeto de iluminação apresenta níveis ergonômicos diferentes. A relação

obtida entre eficiência energética e nível ergonômico permite avaliar a qualidade da

energia na instalação de iluminação, tendo como referência o atendimento das

necessidades do usuário. Em um dos exemplos utilizados foi estimada a economia de

energia na iluminação artificial mediante o uso de luz natural, utilizando um software

denominado Luxmate Energ . Foi feito o cálculo do fator de luz natural para o céu



17

nublado, levando em conta as horas de trabalho, a profundidade e a localização

geográfica de uma sala e o tipo e tamanho de janela. O resultado apresentado mostra o

potencial de economia de energia para iluminação artificial, comparado com a situação

de manter a luz ligada o tempo todo.

CASTRO, Melissa; JOTA, Fábio; e ASSIS, Eleonora propuseram em 2006 uma

discussão sobre o uso de sistemas de automação como ferramenta para uso racional da

energia no ambiente construído. O padrão de consumo energético nas edificações

brasileiras mostra que há, neste setor, um grande desperdício de energia elétrica. Parte

significativa desta energia é gasta para se corrigir fatores de desconforto aos ocupantes.

A automação de sistemas, como, por exemplo, os de ar condicionado e iluminação, pode

levar a um uso mais racional e conseqüente economia de energia. Discutiu-se também o

significado da eficiência energética nos edifícios relacionando-a com o conforto dos

usuários.

MICHELATO, Rubia; e MEDEIROS, João Furtado avaliaram em 2006 superfícies

transparentes no que se refere a conforto térmico de edificações, pois são elementos

vulneráveis a um alto ganho de calor, principalmente em locais de grande insolação,

como é o caso do Brasil. Considerando seu desempenho como fachadas, devem

atender, também, às necessidades de iluminação, as quais conjugadas com os requisitos

para conforto térmico, garantem a eficiência energética da construção. Os resultados

foram apresentados em gráficos comparativos dos vidros analisados, permitindo inferir o

desempenho dos mesmos. Dessa forma é possível fazer uma avaliação do conforto

ambiental, analisando esses vidros e estudando as soluções arquitetônicas empregadas

em edifícios.

HADDAD, Jamil e YAMACHITA, Roberto Akira avaliaram em 2006 inovações

tecnológicas utilizadas em sistemas de iluminação para a obtenção de equipamentos

eficientes, que irão contribuir para uma redução de energia e demanda do sistema

elétrico. As lâmpadas fluorescentes compactas são um exemplo a ser citada e mais

recentemente, os LEDs (diodo emissor de luz) estão se tornando a tecnologia a ser

adotada para os sistemas de iluminação. Com a utilização de um software de diagnóstico

energético, este artigo apresentou os resultados que podem ser obtidos com a utilização

de sistemas de iluminação eficientes. Um exemplo desta tecnologia é a utilização dos

LEDs (diodo emissor de luz) que são componentes semicondutores e convertem energia

elétrica diretamente em luz visível, apresentando variedade de cores, com baixo



18

consumo de energia e longa durabilidade. Foi realizada uma simulação que levou em

consideração aspectos técnicos e econômicos, abordando a redução no consumo de

energia e uma análise econômica para a sua substituição que será influenciada pelo

custo da tecnologia adotada, quantidade de energia economizada, custo da energia, taxa

de juros, etc.

IWASHITA, Juliana e SAIDEL, Marco Antônio avaliaram em 2006 a eficiência

energética de sistemas de iluminação interior com o estado da arte dos equipamentos de

iluminação para aplicação comercial, focando no desempenho fotométrico e elétrico das

famílias de luminárias, lâmpadas e reatores mais comercializados nacionalmente. O

trabalho analisou os equipamentos em conjunto, através do Indicador de Eficiência da

Luminária. Este indicador avalia o conjunto luminária-lâmpada-reator, através da análise

do rendimento da luminária, da eficiência luminosa da lâmpada e do fator de eficácia do

reator, possibilitando uma efetiva comparação entre equipamentos existentes no mercado

e possibilitando a criação de indicadores de eficiência energética mínimos para políticas

de conservação de energia em sistemas de iluminação.

YEZIORO, A. et alli, apresentaram em 2007 uma simulação usando redes neurais

artificiais para avaliar o desempenho de energia de um edifício. Os resultados mostram

uma aptidão boa com o modelo matemático. Além disso, foi feita uma comparação

utilizando Redes Neurais Artificiais, entre quatro ferramentas de simulação de

desempenho energético de um edifício, são elas: Energy_10, Green Building Studio web

tool, eQuest e EnergyPlus. Os resultados mostraram que as ferramentas de simulação

mais detalhadas têm o melhor desempenho de simulação.

JUSLÉN, H. et alli, estudaram em 2007 parâmetros relacionados à iluminação na

indústria, como desempenho visual e estado de alerta, juntamente com motivação e a

influência na produtividade do ser humano. Seis estudos de caso foram desenvolvidos

entre 2003 e 2004 em quatro países. Alguns deles foram finalizados, fornecendo

conclusões: a iluminação influencia a produtividade se esta está relacionada ao

desempenho humano, ela aumenta à medida que os níveis de iluminância aumentam.

1.3 OBJETIVO

Este trabalho tem por objetivo a elaboração de uma metodologia direcionada para

sistema de gerenciamento de iluminação artificial, utilizando técnicas de inteligência



19

computacional na avaliação de diversos tipos de ambientes, objetivando o conforto visual

dos usuários e a eficiência energética na edificação.

1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Este documento encontra-se dividido em 5 capítulos, que são sucintamente descritos

a seguir:

Capítulo 1 - Esta Introdução.

Capítulo 2 – Conceitos sobre eficiéncia energética, importância, uso e impactos da

iluminação na qualidade de vida dos usuários. Aborda-se também a variável ergonômica:

contraste.

Capítulo 3 – Conceitos e Aplicabilidade de Domótica.

Capítulo 4 – Desenvolvimento da metodologia e de um sistema computacional para

gestão de sistemas de iluminação visando o conforto e eficiência energética em

ambientes.

Capítulo 5 – Conclusões e referências consultadas.


Capítulo 2 – Eficiência Energética

20

Capítulo 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

A energia tem sido através da historia a base do desenvolvimento das civilizações.

Nos dias atuais são cada vez maiores as necessidades energéticas para a produção de

alimentos, bens de consumo, bens de serviço e de produção, lazer, e finalmente para

promover o desenvolvimento econômico, social e cultural. É assim, evidente a

importância da energia não só no contexto das grandes nações industrializadas, mas

principalmente naquelas em via de desenvolvimento, cujas necessidades energéticas são

ainda mais dramáticas.

Atualmente os Estados Unidos da América (EUA), que consomem, por ano, um quarto

de toda a energia produzida no mundo, e o Canadá, que detém o consumo per capita

mais elevado, juntam-se agora as potências econômicas emergentes, como a China, o

Brasil e a Índia, cujo o consumo de energia está aumentando. O consumo de energia no

mundo pode ser verificados na tabela 2.1.

Tabela 2.1 - Consumo de energia por país.Fonte: IEA, 2005

Consumo de Energia

(tep1 per capita)

1990 2004

Canadá 8,9 9,6

EUA 7,7 7,8

França 3,8 4,3

Alemanha 4,4 4,0

Espanha 2,3 3,4

Portugal 1,6 2,3

1 A tonelada equivalente de petróleo (tep) é a unidade comum na qual se convertem as unidades de medida das diferentes

formas de energia utilizadas no BEM (Balanço Energético Nacional). Os fatores de conversão são calculados com base no

poder calorífico superior de cada energético em relação ao do petróleo, de 10800 kcal/kg.



21

China 0,6 1,1

Brasil 0,8 1,0 Índia 0,2 0,3

Bangladesh 0,1 0,1

É preciso mudar esses padrões atuais de consumo de energia, estimulando a

eficiência energética e programas de conservação da energia. Em 1985 foi instituído no

Brasil, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – Procel, que apresenta,

entre as suas principais conquistas, a aprovação da Lei de Eficiência Energética (Lei

10.295/2001), que se encontra em processo de implantação. Gradativamente, novos

equipamentos terão seus índices de eficiência mínimos ou níveis máximos de consumo

de energia definidos o que certamente se refletirá nos valores do consumo futuro de

energia elétrica.

Dados da pesquisa de campo, objeto do relatório ano base 2005, do Procel, apontam

forte presença da iluminação no uso final da carga residencial conforme apresenta a

Figura 2.1.

Figura 2.1 - Percentual de uso final na carga residencial no Brasil (2005)

Fonte: Ministério de Minas e Energia - BEN/2006

O uso de lâmpadas apresentam 14% da energia elétrica no uso final na carga

residencial. Vale ressaltar, segundo o PROCEL (2005), que é possível obter-se

importantes informações relativas: ao crescimento das cargas instaladas por unidade

consumidora residencial; às mudanças na natureza dessas cargas; à velocidade de

penetração de novos equipamentos eletroeletrônicos; às mudanças de hábitos de uso

pelos clientes; às influências dos aumentos tarifários e do racionamento no

Ar Condicionado.

20%



22

comportamento do consumidor entre outras informações importantes, visando ao uso

racional e eficiente da energia elétrica, voltadas para essa classe de consumo.

2.1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E EDIFICAÇÕES

O atual processo de globalização facilitou o nosso acesso cotidiano à propostas

arquitetônicas estrangeiras, sem a crítica necessária de soluções que utilizam materiais e

sistemas construtivos desenvolvidos para outras regiões/países, com condições

climáticas diferentes das nossas (LAMBERT et alli, 1997). Essa situação nos levou a

conceber edifícios dependentes de equipamentos complementares de condicionamento

artificial de ar, que demandam altos custos de manutenção. A maneira que utilizamos a

energia de que dispomos é uma questão chave e por isso o aumento da eficiência

energética é imprescindível para se atingir os novos objetivos do novo modelo de

desenvolvimento.

O conceito de desenvolvimento sustentável surgiu no final do século XX, pela

constatação de que o desenvolvimento econômico também tem de levar em conta o

equilíbrio ecológico e a preservação da qualidade de vida das populações humanas a

nível global (LAMBERT et alli, 1997). A idéia de desenvolvimento sustentável tem por

base o princípio de que o homem deve gastar os recursos naturais de acordo com a

capacidade de renovação dos mesmos de modo a evitar o seu esgotamento. A crise

energética fez com que se voltasse a valorizar as edificações sustentáveis.

A racionalização do uso da energia é uma temática bastante discutida nos dias de

hoje. A eficiência energética está diretamente ligada a adequação da edificação ao clima

do local onde esta se encontra, através da eliminação ou da redução dos sistemas de

condicionamento artificial de ar (LAMBERT et alli, 1997). Por isso, a importância de se

conhecer o clima e o comportamento térmico dos materiais, para que se possa intervir de

maneira consciente e correta. Além de reduzir gastos com energia, tirar partido das

condições climáticas favorece o equilíbrio com a natureza e diminui o impacto ambiental.

Segundo o PROCEL, 2005 existe uma participação significativa da classe residencial,

assim como a comercial em relação às demais classes. Tal fato é uma tendência mundial

e, no que tange à classe residencial, pode ser explicado por um conjunto de fatores, tais

como: a velocidade da transformação da antiga sociedade industrial para a de

informação, e desta, para a sociedade de comunicação, possibilitando que muitos



23

trabalhos, de cunho intelectual, possam ser executados, por meios computacionais, em

domicílios; o aumento do nível de desemprego e, por conseqüência, da economia

informal, transformando as residências em microempresas; a busca pelo conforto e lazer

proporcionada pela grande disponibilidade e facilidade de aquisição de eletrodomésticos

e equipamentos eletroeletrônicos, aumentando a carga instalada e, por isso, incentivando

uma maior utilização da energia elétrica; o aumento do tempo de permanência das

pessoas em seus domicílios, em função da falta de segurança, notadamente em centros

urbanos de médio e grande porte; a demanda reprimida, em face das desigualdades

sociais, que se espera sejam reduzidas ao longo do tempo; a incorporação de novos

consumidores, em função da universalização dos serviços de energia elétrica, entre

outros.

A construção é um dos setores econômicos mais importantes no mundo, U$ 3 trilhões

são gastos anualmente no mundo, representando 1/10 da economia global. Constitui

30% dos negócios na Europa, 22%nos EUA, 21% no Japão, 23% nos países em

desenvolvimento. Os edifícios consomem cerca de 40% da energia no mundo. (UNCHS

1993), são responsáveis por 50% das emissões de C02, e por 30-40% da demanda total

de energia nos países (LAMBERT, 2006).

Como exemplo de edificação eficiente pode-se citar na Inglaterra o BedZed

(Beddington Zero Energy Development). No Brasil as principais estratégias para redução

do uso final de energia elétrica são o Projeto Bioclimático com aproveitamento da

Iluminação natural e da Ventilação natural (Zoneamento bioclimático brasileiro – NBR

15220-3), o uso de aparelhos e equipamentos energeticamente eficientes (etiqueta

Inmetro-Procel) e a incorporação de energias renováveis como o aquecimento solar de

água. Um bom exemplo de edifício apropriado ao clima empregando estes potenciais é o

Projeto Casa Eficiente (Eletrosul, Eletrobras, UFSC).

É sabido que o projeto arquitetônico é o ponto de início para todo o resto, a

adequação ao locar-se cada espaço e dando primazia ao conforto do usuário é

determinante para um projeto cujos sistemas adotados irão primar pela eficiência.

Conciliar o conforto ambiental e a eficiência energética das edificações é um dos

principais desafios para a arquitetura.

Um bom projeto arquitetônico tem que tirar proveito das condições climáticas, da

orientação solar, dos ventos dominantes e, se forem utilizadas técnicas de construção e

materiais adequados, é possível diminuir os gastos energéticos com a iluminação ou com



24

os sistemas de climatização. É fundamental investirgastar um pouco mais de tempo e

certificar-se de que o tipo do material escolhido é o ideal. Equívocos na escolha podem

causar problemas, e corrigir é tão caro que se torna simplesmente inviável.

No Verão o ideal é um sombreamento correto das janelas ou paredes de vidro. Brises,

fachadas ventiladas ou ventilação cruzada são alguns dos recursos usados para

minimizar a carga térmica no interior dos edifícios e conseqüentemente consumos de

energia desnecessários. Retirar o máximo proveito da vegetação existente no local ajuda

na redução do consumo e possibilita uma maior sensação de conforto, além de gerar

sombra, interage com os fluxos de ar, direcionando ventos, sendo que o fluxo dos ventos

pode variar conforme a densidade do vegetal e o distanciamento que cumpre em relação

aos edifícios. Assim, a correta escolha e implantação de vegetação, em relação aos

edifícios e seus sítios, exerce influência, sobre o consumo energético, em função do

modo como esta interage com a luz e com os ventos.

As cores também influenciam o conforto térmico. Embora já existam tintas

absorventes e refletora de todas as cores, sabemos que as cores claras não absorvem

tanto o calor como as cores escuras. Sendo assim, enquanto uma fachada branca pode

absorver só 25% da energia do sol, a mesma fachada, pintada com cor preta, pode

absorver a energia do sol em 90%.

Na elaboração do projeto, além da escolha dos materiais, é relevante prever o custo

ambiental que cada material da construção terá na sua produção. Aspectos diferenciais

que o “edifício inteligente” tem em relação a uma construção comum, tratam-se do

grande consumo na utilização de energia e água, exatamente na contramão do que

deveria estar sendo buscado.

Pode-se desta forma minimizar os impactos sobre o meio ambiente, aumentar o

conforto e qualidade de vida do usuário .

2.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E ILUMINAÇÃO

À medida que o homem evolui no desenvolvimento cultural, no nível de civilização e

no grau tecnológico, cada vez mais exige e depende de meios artificiais para a satisfação

de necessidades que, originalmente, eram supridas pela Natureza. A iluminação é uma

das necessidades em que se observa este fenômeno.



25

As múltiplas atividades da vida humana implicam na necessidade de iluminação,

porém, conforme as condições peculiares a cada utilidade, variam as características a

que deve satisfazer a iluminação. A primeira característica da iluminação a ser apreciada

é o nível de iluminamento, isto é, a quantidade de luz que incide sobre a unidade de área

iluminada. Instrumentos próprios para medir o iluminamento são os luxímetros e a

unidade em que é expresso é o lux. O iluminamento adequado a cada atividade humana

deve ser respeitado para que o homem possa realizar a atividade corretamente, no

tempo conveniente e confortavelmente. Outra variável importante, é o contraste, descrito

no tópico seguinte. Um outro ponto relevante a ser mencionado é a importância das

cores, pois causam efeitos psicológicos e emocionais nas pessoas (HELMS, 1991).

Dentro deste contexto, a iluminação surge como um dos itens mais relevantes, já que

é responsável por cerca de 14% de toda energia elétrica consumida pelo setor residencial

e por mais de 40% da energia elétrica consumida pelo setor de comércio e serviços

(PROCEL, 2005); trabalhar bem com ela é a melhor maneira de reduzir seu consumo e

traz benefícios como o conforto.

O sol oferece uma iluminação tão forte que em dias de verão, nas regiões tropicais,

registram-se níveis elevados de 100.000 lux sob incidência direta e 10.000 lux à sombra.

(BRAGANÇA FILHO, 1978). Utilizar a energia do Sol como uma das fontes naturais para

abastecer os ambientes e suprir as necessidades dos seres humanos, tem sido um

objetivo permanente dos pesquisadores na área de energia e conforto ambiental. A

grande maioria das ferramentas de trabalho e lazer de nosso dia a dia são sustentadas

pela energia proveniente principalmente das hidroelétricas que, apesar de não serem

fontes poluentes, causam grande desequilíbrio dos ecossistemas existentes, nos locais

onde são implantadas. Torna-se necessária a existência de outras fontes de energia, em

setores que comportem uma substituição, para evitar o risco de blecautes em que

atividades importantes e totalmente dependentes de energia elétrica sejam as mais

prejudicadas, como por exemplo: hospitais, iluminação pública, agências bancárias entre

outros.

Explorar a luz natural além de conservar a energia, pode deixar o trabalho mais

agradável. Para otimizar o trabalho, as variações de contribuição de luz natural devem

ser completamente automáticas de acordo com as mudanças que ocorrem durante um

período do dia (HELMS, 1991). A combinação da iluminação natural com a artificial pode

reduzir significativamente o consumo de energia. A luz natural é gratuita e é um dos



26

fatores que mais contribuem para se obter um sistema energeticamente eficiente. A fim

de usufruir de sua disponibilidade de forma eficiente, deve-se utilizá-la de forma criteriosa

para que não ocorra falta de iluminância ou excesso de carga térmica no ambiente.

O aproveitamento da luz natural nos ambientes interiores não somente é possível,

como também necessário (HOPKINSON et al, 1966). Bastaria ressaltar que para a

obtenção da luz artificial faz-se necessária a utilização de alguma forma de energia, hoje

em dia basicamente a forma elétrica, que em última análise representa uma despesa

para o usuário. Um espaço bem iluminado naturalmente é mais saudável e dinâmico.

Mas é sobretudo a qualidade da luz, dificilmente quantificada pelos ocupantes, que os

incentiva a preferir espaços iluminados naturalmente.

A iluminação artificial em ambientes construídos é um dos setores de consumo de

energia elétrica que pode ser, em grande parte, substituído pela luz natural proveniente

do Sol. Além da economia proporcionada, a iluminação natural atende as necessidades

físicas e psicológicas dos seres humanos. “Em postos de trabalho por exemplo, a luz

natural apresenta definições de cores muito mais reais que a luz artificial, e a visualização

do meio externo, proporciona o conhecimento aproximado das horas do dia e das

mudanças climáticas e atmosféricas. O contato com os elementos da natureza, que

compõem a paisagem exterior, influencia psicologicamente no bem estar do ser humano,

pois o homem mesmo estando em um ambiente interno, deseja estar em contato com os

elementos do universo do qual faz parte” (CORRÊA, 1997). O papel fundamental da

iluminação natural consiste em proporcionar um ambiente visual adequado. Considera-se

que esse ambiente luminoso é adequado quando permite assegurar as necessidades de

conforto visual e quando permite a execução das diferentes tarefas visuais que tenham

lugar no interior dos compartimentos (COMISSION INTERNATIONALE DE

L’ÉCLAIRAGE - CIE, 1970).

A boa iluminação de um edifício, sobretudo com luz natural, é essencial ao seu bom

funcionamento energético e ao conforto dos seus ocupantes. Segundo dados da

Associação Brasileira de Automação Residencial (Aureside), reduzindo em 25% o nível

das luzes, podemos esperar uma economia de até 20%. Dimerizando o consumo pela

metade, a economia cresce para 40%. Dimerizar não apenas reduz o consumo de

energia, mas aumenta a vida útil das lâmpadas. Abaixando a intensidade da luz em 50%

economiza-se tanto energia como as lâmpadas têm menos desgaste, aumentando sua

vida útil em 20 vezes (Portal Lumière, 2007).



27

Já o uso de sistemas mais completos, com controles automatizados, que tem como

base esta dissertação, potencializa a economia de energia e a funcionalidade dos

ambientes. É possível, por exemplo, aproveitar ao máximo a iluminação natural inibindo

(ou até mesmo impedindo) automaticamente o acendimento de luzes quando isto é

desnecessário.

Para avaliar o potencial de iluminância para a cidade de Belém, foram feitas

simulações com o software RELUX, fabricado pela RELUX INFORMATIK AG. Para

tanto, fez-se simulações a partir do modelo de um cubo de dimensões: 3m x 3m x 3m,

cujo material é o vidro de transparência 91%. As simulações foram feitas para o dia 22,

nos meses de junho e dezembro para céu ensolarado. Os valores são descritos nas

figuras 2.2 e 2.3.

Níveis de Iluminância / junho

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

8:00h 12:00h 18:00 8:00h 12:00h 18:00

Céu Claro Céu Encoberto

Ilum

inân

cia

Em (lx)

Emin (lx)

Emax (lx)

Figura 2.2– Níveis de Iluminância para o mês de junho.



28

Níveis de Iluminância / dezembro

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

8:00h 12:00h 18:00 8:00h 12:00h 18:00

Céu Claro Céu Encoberto

Ilum

inân

cia

Em (lx)Emin (lx)Emax (lx)

Figura 2.3 – Níveis de Iluminância para o mês de dezembro.

Para as simulações realizadas em junho e dezembro`no horário de 12:00h com céu

claro obteve-se valores de iluminância máxima próximos a 70000 lux, e valores em torno

de 20000 lux às 12:00h para céu encoberto. Observa-se que o potencial de iluminância

proveniente do sol para a cidade de Belém é elevado, desta forma tem-se a possibilidade

de um adequado aproveitamento deste recurso.

Nos estudos realizados com o software RELUX, constatou-se a simetria entre as

trajetórias aparente do sol, isso deve-se a sazonalidade, ou seja, as fachadas norte e sul

recebem insolação semelhante, com uma diferença de seis meses. A insolação da

fachada norte em junho é semelhante à insolação da fachada sul em dezembro e a

principal conseqüência disso é que durante o semestre, entre março e setembro, a

fachada norte recebe insolação enquanto a fachada sul permanece sombreada. A

situação se inverte no semestre entre setembro e março. A fachada norte em junho e a

fachada sul em dezembro recebem uma intensidade máxima da radiação solar enquanto

que as fachadas leste pela manhã e oeste durante à tarde recebem intensidade máxima

durante o ano todo.

Talvez se pense que a redução do consumo implica na conseqüente redução de

iluminação artificial, a ponto de comprometer o nível de conforto visual do usuário. Mas

não é isso que acontece, quando existe uma redução do consumo, utiliza-se uma



29

iluminação adequada para o ambiente analisado, planejando suas necessidades,

obtendo-se, desse modo, a iluminação desejada (IWASHITA et al, 2005). É importante

salientar que um bom projeto de iluminação deve propiciar o conforto visual, despertar a

atenção e estimular a eficiência. A iluminação natural pode ser um veículo poderoso pois

pode proporcionar para edifícios uma enorme qualidade de vida (ROBBINS, 2001).

A utilização de luminárias e lâmpadas adequadas influenciam sobremaneira no

rendimento da aprendizagem, da tarefa desenvolvida e também no potencial de

conservação de energia. Para se conseguir isso, conta-se com o auxílio do uso de

luminárias com refletores (direcionam o fluxo luminoso) e lâmpadas eficientes. Além

disso, a instalação de reatores eletrônicos no lugar dos reatores eletromagnéticos

também ajuda, pois, apesar de serem mais caros, eles consomem menos energia, são

mais eficientes e mantém um bom desempenho elétrico por um período maior de tempo.

Encontra-se na NBR5413 - Iluminância de interiores, os valores de iluminância médias

e mínimas para iluminação artificial em interiores, para cada tipo de ambiente e tarefa

desempenhada.

2.3 IMPACTOS DA ILUMINAÇÃO NO SER HUMANO

O olho humano é o órgão sensorial baseado na sensibilidade à luz, é fotossensível.

Os órgãos fotorreceptores de todos os seres vivos se caracterizam por possuírem um ou

mais pigmentos fotossensíveis, daí o cuidado quanto ao nível de iluminação nos

ambientes para executar as tarefas. A Figura 2.4 apresenta algumas componentes do

sistema visual humano.

Figura 2.4 – Olho Humano.

Fonte: Joaquim Macedo, 2001.



30

O músculo ciliar é responsável por contrair e relaxar as fibras zonulares, diminui e

aumenta a tensão na cápsula do cristalino, que permite a este se tornar mais ou menos

convexo para a visão de perto. Esse músculo faz esforço constante para adaptação da

visão para diferentes níveis de iluminância. A córnea é a parte protetora dos olhos e dois

terços da refração ocorre nela. A íris controla o tamanho da abertura (pupila) onde entra a

luz. A pupila regula a quantidade de luz que vai para a retina, somente com esta

passagem uma imagem é percebida. O cristalino é a lente do olho, disponibiliza um terço

da refração do mesmo. A retina é o detector fotosensitivo do olho.

Acuidade visual é a habilidade que o olho humano possui de distinguir detalhes e é

afetada por quatro fatores: tamanho, contraste, luminância e o tempo. O aspecto

importante do tamanho está relacionada com o ângulo visual. Quando um objeto é levado

para perto nossos olhos, sente-se o ângulo visual, fazendo com que o objeto fique

visivelmente claro. A habilidade de enxergar detalhes depende do contraste e da

luminância do meio.

Para algumas aplicações é inconveniente exagerar entre o nível de iluminamento do

objeto principal e o do ambiente, por conta do contraste (BOMAN et alli, 1998). O

contraste é o mecanismo básico da visão, criado pela diferença em luminância de duas

superfícies adjacentes, ou seja, na quantidade de luz refletida destas superfícies.

Quando a superfície mais escura é preta e não reflete nenhuma luz, a relação é 1. O

contraste normalmente é expresso em porcentagem, sendo a relação multiplicada por

100, sendo que o contraste máximo representa 100% de contraste. Quando o contraste

percebido é de 5%, a sensibilidade de contraste é 100/5 = 20. Se o contraste baixo

percebido por uma pessoa é 2,5%, a sensibilidade de contraste é 100/2,5 = 40. Na Figura

2.5 pode-se observar a relação entre sensibilidade ao contraste e Luminância, quanto

maior a luminância maior a sensibilidade ao contraste.



31

Figura 2.5 – Curva de contraste e Luminância.

Fonte: (HELMS, 1991)

A sensibilidade ao contraste é o nível de sensibilidade do sistema visual a diferenças

de luminância de superfícies adjacentes. De acordo com a Figura 2.6, a sensibilidade ao

contraste aumenta com o aumento da luminância, desta forma, a quantidade total de

luminância que alcança a retina aumenta e a sensibilidade ao contraste aumentará. Na

Figura 2.5 pode-se observar a relação entre contraste e sensibilidade ao contraste.

Figura 2.6 – Curva de contraste, sensibilidade e Luminância.

Fonte: (HELMS, 1991)

Com o aumento da sensibilidade ao contraste, o sistema visual precisa de menos

contraste para um certo nível de visibilidade.



32

Quando a luminância de fundo é muito alta, o olho se torna menos tolerante, devido a

um aumento na sensibilidade do mesmo, desta forma a sensibilidade ao contraste pode

cair (HELMS, 1991).

Quando uma pessoa pode ver detalhes em muito baixo contraste, sua sensibilidade de

contraste é alta e vice-versa. Dependendo da estrutura do estímulo usado na medida -

qualquer forma ou tamanho diferente – a sensibilidade de contraste de uma pessoa

adquire diferentes valores. Uma mudança na sensibilidade ao contraste pode ser um

dado muito importante no diagnóstico de algumas doenças. Por causa da grande

variação nos valores normais, necessita-se de uma medida anterior para se comparar e

observar alguma mudança. Idealmente, a acuidade visual e a sensibilidade ao contraste

devem ser medidas no final da infância ou na adolescência. Estes valores devem ser

registrados e servem como parte da informação básica relacionada à saúde de cada

pessoa. Normalmente a perda de função visual é semelhante em alto e em baixo níveis

de contraste (LOBATO, 2007).

Dados empíricos para vários níveis de luminância e diferentes idades do usuário foram

submetidos em um modelo matemático a fim de visualizar os níveis de contraste, e foram

obtidos sete níveis de contraste, ou sejam, 5%, 10%, 15%, 25%, 40%, 60% e 80% para

cada usuário diferente (LIOU e BRENNAN A, 1998).

O olho humano é capaz a adaptar-se a uma diferença de 30% na iluminação sem que

fique em desconforto, para tanto existe um esforço do músculo ciliar para esta adaptação

da visão, embora o olho humano seja capaz de adaptar-se a diferentes tipos de

iluminação (LOBATO, 2007). A velocidade de adaptação é lenta comparada com outros

movimentos humanos. ”Como esta resposta é lenta são necessários alguns minutos para

a adaptação completa. Geralmente, a adaptação do claro para o escuro é mais lenta

(aproximadamente 30 minutos) que a do escuro para o claro (2 a 3 minutos)” (Pereira, F.

e Souza, M., 2000). Para possibilitar uma velocidade de adaptação da nossa visão de

modo que não haja fadiga, a metodologia proposta neste trabalho harmoniza as variáveis

e nos dá resultados satisfatórios envolvendo esta diferença de 30%. Pode-se achar em

ambientes já existentes uma menor porcentagem desta diferença de iluminância no

decorrer das horas, o que poderá estar sendo ocasionado por um mal aproveitamento da

iluminação natural ou um mal projeto de iluminação artificial, o que facilmente levaria

desconforto para o usuário, fadiga ocular, insônia e dores de cabeça (ALMEIDA, J. 2006).



33

É importante ressaltar que alguns fatores interferem na qualidade do conforto visual

dos ambiente: contraste, nível de iluminação e glare (ofuscamento). A luminância

interfere diretamente no contraste dos objetos. Existe uma variação da freqüência quando

muda a visão, desta forma o contraste é o fator que mais interfere na vida cotidiana da

visão. A Idade do usuário é um fator de extrema relevância, pois quanto maior a idade

maior a dificuldade de adaptação com contrastes menores. No que se refere à luz tarefa,

luz incidente sobre a tarefa, nunca deve estar na frente do usuário, sempre deve estar de

trás para frente, e, se possível o ideal é ter 10 minutos de descanso a cada hora de

exercício visual (LOBATO, 2007). Segundo estudos médicos, a luminância ideal no

ambiente para que não haja fadiga ocular é em torno de 100 a 150 cd/m² (LOBATO,

2007).

Alguns sofredores de enxaqueca, segundo pesquisas, informam que certos padrões

visuais, como: contraste alto ou alguns tipos de iluminação, podem agravá-la. Foi

verificado algumas diferenças entre pessoas com e sem enxaqueca em tarefas que

envolvem estes padrões, verificando prejuízo em várias tarefas visuais (SHEPHERD A.J.,

2000).

Pesquisas recentes sobre efeitos psicológicos no cérebro, e o aumento da demanda

por maior produtividade trouxeram a questão da iluminação e produtividade em alguns

ambientes industriais à pauta. Segundo (JUSLÉN et al, 2005) em grande parte dos

ambientes, as condições de iluminação são definidas de acordo com requisitos mínimos,

porém, as pesquisas tem negligenciado o estudo das preferências de iluminação dos

trabalhadores da indústria e em escritórios. É importante que se adquira conhecimento

relativo às preferências desses indivíduos em relação ao nível de iluminação e a cor da

luz. Essas informações podem ajudar a criar as condições de iluminação preferidas pelas

pessoas, assim aumentando o bem estar e indiretamente influenciando a produtividade.

JUSLÉN, 2005 fez estudos com nível de iluminância pré ajustada com limitações entre

os usuários no controle da luz (liga/desliga). Nesse estudo o nível de iluminação foi

duplicado na linha de montagem, levando a uma maior produtividade. Ao mesmo tempo,

foi obtida uma redução de quase 40% no consumo de energia do sistema de iluminação.

Isso foi feito por meio de redução da iluminação geral, adição de iluminação localizada e

melhoria do sistema de controle temporal da iluminação da instalação, de forma que a

iluminação artificial fosse ligada somente quando necessária. Este estudo indica que o

uso de luz natural na indústria e em escritórios pode reduzir o consumo de energia.



34

Outras pesquisas recentes apontam estudos intensivos nos EUA sobre a influência de

iluminação artificial e natural (Lighting and Human Life, 2007). Foi constatado que

quantidade de luz e produtividade estão fortemente relacionadas. Estudou-se a influência

de luz natural em escritórios, lojas e escolas, no que se refere a ofuscamento e estado

psicológico. Lojas de vendas a varejo têm vendas mais altas, as crianças aprendem

matemática e lendo significativamente mais rápido, e os trabalhadores têm produtividade

mais alta quando exposto a luz natural.

Com relação a iluminação, a NR17 – Ergonomia, dispõe sobre a necessidade de

uniformidade, ausência de efeitos indesejáveis de ofuscamento ou contraste, e a

conformidade com os níveis mínimos de iluminância nos planos de trabalho estipulados

pela NBR 5413. Dispõe ainda sobre algumas características a serem observadas na

medição das grandezas fotométricas, que se encontram bem descritas na norma NBR

5382 para iluminação.

Tem-se que a boa iluminação apresenta vantagens a diversos níveis: vantagens

fisiológicas uma vez que facilita a visão, poupa os órgãos visuais, suaviza o trabalho e

diminui a fadiga além de tornar mais proveitosa a recreação. Vantagens técnicas por

possibilitar a execução de tarefas de precisão, melhorar a qualidade e aumentar a

quantidade da produção, diminuir riscos, e prevenir acidentes. Vantagens estéticas uma

vez que embeleza a aparência dos objetos, realça seu valor artístico e favorece o exame

das várias partes de um todo. E finalmente, fornece vantagens psicológicas por

determinar uma impressão de bem-estar e inspirar segurança (PRADO, 1961).

Segundo (LAM, 1986) pode-se dizer que a maioria dos profissionais da área de

iluminação possuem pouco entendimento sobre as relações entre quantidade de luz,

visibilidade e a percepção de brilho. Geralmente desconhecem a diferença entre

iluminância (medida em lux) e luminância (medida em candelas), as unidades básicas da

iluminação. “Uma boa iluminação resulta do acertado agenciamento da luz, feito de

maneira a proporcionar uma aparência correta do objeto exposto ao nosso olhar,

permitindo-nos reconhecê-lo ou identificá-lo” (PRADO, 1961).

A Associação Britânica para Enxaqueca divulgou neste mês um documento que

sugere uma relação entre enxaquecas e convulsões, entre outros problemas, ao uso de

lâmpadas fluorescentes compactas (também conhecidas como lâmpadas eletrônicas). O

alerta vem no momento em que o governo quer extinguir as lâmpadas comuns até o ano

de 2010 (Portal Lumiere, 2008).



35

Há observações de neurologistas que relatam casos de pacientes que apresentam

fortes dores de cabeça e até de crises convulsivas causadas pela exposição à lâmpada.

Esse tipo de iluminação é um sucesso por economizar energia elétrica, sendo mais

durável e eficiente do que lâmpadas incandescentes. Segundo os especialistas, as

lâmpadas eletrônicas piscam em uma velocidade que normalmente não é percebida pelo

olho humano, mas essa freqüência pode afetar algumas pessoas mais sensíveis à luz,

causando enxaqueca (Portal Lumiere, 2008).

Lista-se na Tabela 2.2 recomendação médica para dois tipos de luzes e a média de

idade ideal para uso de cada uma (LOBATO, 2007).

Tabela 2.2 - Tipo de luz/onda eletromagnética/idade.

Tipo de Luz Onda eletromagnética idade

Luz Branca Contém todos os tipos de onda – cansa mais 20 - 40

Luz amarela Não contém todos os tipos de onda - Cansa menos 40 - 60

Pode-se observar que para usuários com mais idade é recomendada a escolha por

luzes da cor amarela.

Para concluir, um ambiente com uma boa iluminação será então aquele que atende de

forma adequada às necessidades do homem com relação a informação visual, sejam

elas relacionadas à execução de atividades ou necessidades biológicas por informação

visual, relacionadas aos conceitos de sobrevivência e segurança, que englobam as

necessidades por orientação espacial, ajuste do relógio biológico, contato com elementos

da natureza e delimitação do território pessoal (ALVARES, 1995).

Ambientes adequados do ponto de vista do conforto ambiental irão propiciar melhores

condições de trabalho ao indivíduo, favorecendo o desempenho ótimo do organismo

humano e assim predispondo o trabalhador a melhorar sua eficiência e produtividade.

Inversamente, condições pobres de iluminação podem não só prejudicar o bom

andamento do trabalho, como também gerar stress e fadiga, aumentando os riscos de

segurança, podendo mesmo chegar a impossibilitar a execução do trabalho.

Daí a importância de um sistema de gestão da iluminação integrando as variáveis

mencionadas neste capítulo com sistemas inteligentes. Deste modo será possível um



36

ambiente confortável, saudável e eficiente, trazendo mais conforto para o usuário além de

reduzir o consumo de energia. Pode-se aliar edificações com sistemas inteligentes

utilizados nesta metodologia à gerenciamento de níveis de iluminância, contribuindo

assim para sustentabilidade e o meio ambiente. No capítulo seguinte tem-se o conceito e

funcionalidade de edificações com sistemas inteligentes.


Capítulo 3 – Edificações Inteligentes

37

Capítulo 3 EDIFICAÇÕES INTELIGENTES

Segundo relatório recente da ONU, o atual e futuro desafio da sustentabilidade está

nas cidades e áreas urbanas, onde se concentra 70% da população do planeta

(MAGALHÃES, 2007). Estatisticamente, a população urbana passa 90% do tempo em

áreas internas e isso demanda novas construções, gerando trabalho e riquezas, mas

também impacto negativo no meio-ambiente e na infra-estrutura municipal.

Hoje, as edificações são responsáveis por uma alta porcentagem da emissão dos

gases do efeito estufa, do consumo de energia elétrica, da geração de resíduos e do

consumo de água. Surge diante disso a necessidade de edificações inteligentes, esta é o

produto final que soluciona essa necessidade para o setor de construção. Edificações

inteligentes reduzem consideravelmente o consumo de energia, as emissões de carbono,

o uso da água e a geração de resíduos. São edificações de alto desempenho energético,

projetadas para serem sustentáveis durante todo ciclo de vida. Para atingir tal objetivo,

atendem a princípios como: eficiência no uso da água, eficiência no uso da energia,

eficiência no uso dos materiais e controle da qualidade do ambiente interno. Para tanto

surge a necessidade de integração e gerenciamento desses princípios que podem ser

implementados através de sistemas de automação, de computação e de comunicação

que possibilitem, de um modo integrado e coerente, gerir de forma eficaz os recursos

disponíveis no edifício, potencializando aumento de produtividade, permitindo poupar

energia e oferecendo elevados graus de conforto e de segurança aos indivíduos que nele

trabalham.

Neste capítulo é descrito, de forma sucinta, a evolução e a importância que os

edifícios possuem na sociedade atual. São analisados os fatores que deram origem ao

conceito de edifício inteligente e domótica.



38

3.1 A HISTÓRIA DOS EDIFÍCIOS

Os edifícios são locais essenciais para o desenvolvimento das atividades de negócios

e moradia e constituem hoje a base da vida urbana.

Durante os últimos anos observou-se uma crescente evolução nos edifícios, nos quais

a tecnologia fica cada vez mais forte. Nessa evolução pode-se distinguir três períodos

distintos. Por volta de meados do século XX, os edifícios eram caracterizados pelo uso de

materiais como a pedra e o tijolo.

Após esta época, predominou a estrutura em cimento armado. Os equipamentos

elétricos foram aperfeiçoados. Entre o final do século XX, até os dias atuais,

aconteceram grandes mudanças nos edifícios do setor comercial. Pode-se observar o

aparecimento de estruturas como divisórias removíveis. Uma evolução significativa com

os equipamentos tecnológicos, que hoje possuem formas de controle cada vez mais

evoluídas e observou-se à implantação de sistemas de telecomunicações e de

processamento de informação cada vez mais poderosos.

No início dos anos 70, a divulgação dos microprocessadores alargou o domínio de

aplicação dos sistemas de controle, os quais passaram a permitir a automação e a

supervisão de equipamentos mais sofisticados e em maior número. A crise petrolífera do

meio da década de 70 contribuiu decisivamente para a implantação destes sistemas,

colocando em primeiro plano todos os aspectos relacionados com uma gestão energética

mais racional. Já nos anos 80, surgem novos requisitos de conforto, de segurança, de

flexibilidade dos locais de trabalho, e novas e maiores necessidades de serviços de

telecomunicações e de processamento de informação. Isso deu origem ao aparecimento,

nos edifícios, de três sistemas fundamentais (NUNES, 1995):

• o sistema de automação e gestão de edifícios, responsável pelo controle das

instalações, pela detecção de incêndios, pela gestão energética, pelo controle da

iluminação, pela climatização, etc.;

• o sistema de telecomunicações, envolvendo comunicações de voz, comunicação de

dados, comunicação com o exterior dos edifícios, etc.;

• o sistema computacional, que inclui sistemas de informação, automação de

procedimentos administrativos, etc.



39

Neste ambiente, caracterizado por uma constante evolução, existem aspectos

econômicos de grande relevância. O custo dos edifícios é muito grande. Para comprovar,

(GEISSLER, 1990) indica que o custo das construções novas nos EUA ronda os 10 a

13% do produto nacional bruto, sendo ainda maior o custo associado à renovação de

edifícios já existentes.

Refletindo estes elevados custos, (BAKEWELL, 1993) indica que os edifícios

correspondem a cerca de 5 a 30% do patrimônio das empresas. Adicionalmente, os

custos de exploração de um edifício são, em média, a segunda maior despesa de uma

empresa, logo a seguir aos salários dos seus trabalhadores (BAKEWELL, 1993).

Em termos de gastos energéticos, (MILLER, 1992) relata que os edifícios são um setor

em elevado crescimento, sendo responsáveis por 28% do total da energia gasta. Esse

estudo, multidisciplinar, envolve diversas áreas:

• Arquitetura de exteriores e interiores;

• Engenharia civil, técnicas de construção e materiais de construção;

• Automação, controle e gestão do edifício;

• Tecnologia dos equipamentos do edifício (de que se salientam os equipamentos de

ventilação e de climatização);

• Telecomunicações e infra-estruturas;

• Informática;

• Organização e gestão de empresas;

• Sociologia e psicologia;

• Ergonomia;

• Interação homem-máquina;

• Fatores humanos;

• Ecologia.

As áreas citadas são importantes e é de suas inter-relações que surgirão locais de

trabalho mais confortáveis, economicamente viáveis, seguros, ergonômicos, flexíveis,

estimulantes, que propiciem formas de interação e de colaboração mais ricas entre as



40

pessoas e que ofereçam uma ampla gama de serviços de apoio às tarefas do

trabalhador, permitindo que ele se torne mais eficaz e produtivo.

3.2 DEFINIÇÃO

O termo "inteligente" originou-se também do aparecimento de associações com a área

da inteligência artificial, tendo havido quem defendesse que um edifício só poderia ter

essa designação se usasse ferramentas e técnicas originadas na referida área científica

(FREITAS, 2004).

Em 1986 foi criada nos EUA a organização Intelligent Buildings Institute (IBI), com o

objetivo de promover e apoiar todos os aspectos relacionados com os edifícios

inteligentes. Uma das suas primeiras missões foi tentar estabelecer uma definição para o

conceito. "Um edifício inteligente é aquele que oferece um ambiente produtivo e que é

economicamente racional, através da otimização dos seus quatro elementos básicos -

estrutura, sistemas, serviços e gestão - e das inter-relações entre eles. Os edifícios

inteligentes ajudam os seus proprietários, gestores e ocupantes a atingir os seus

objetivos sob as perspectivas do custo, conforto, adequação, segurança, flexibilidade no

longo prazo e valor comercial" (Intelligent Buildings Institute, 1987).

Em seguida aborda-se diversos aspectos que esclarecem e complementam a

definição apresentada.

A fase do projeto é de suma importância, pois aborda questões como: orientação, a

sua estética, os materiais usados, a organização dos espaços, a previsão de dutos

adequados para passagem de cabos, iluminação, ventilação, são requisitos fundamentais

para se poder dispor de estruturas eficazes em termos energéticos, funcionais e

agradáveis do ponto de vista do conforto e da estética.

As edificações inteligentes devem possuir todos os sistemas que proporcionem um

ambiente de trabalho confortável, porém é necessário que o usuário intervenha neste

ambiente, permitindo que ele possa adequá-lo às suas necessidades e preferências.

Pesquisas revelam que cada pessoa possui condições de conforto diferentes, sendo

comum, para duas pessoas submetidas às mesmas condições de climatização, uma

indicar sentir frio e a outra indicar sentir calor. Com uma gestão e supervisão adequadas



41

é possível oferecer a cada pessoa a capacidade de modificar o seu ambiente de trabalho

sem que isso se reflita em significativos gastos adicionais de energia.

Um edifício inteligente é aquele que promove a conexão dos dados de um sistema

para outro, ou ainda um edifício no qual se aplicam a tecnologia, de para satisfazer as

necessidades dos usuários. Uma edificação inteligente deve promover conforto,

segurança e economia, em custos diretos como iluminação, quanto economia em custos

indiretos tais como manutenção e operação.

Em um edifício inteligente a preocupação não se dá apenas com controles e

automação, é necessário que o edifício dê também um suporte adequado às

comunicações, aos sistemas informáticos e às aplicações de suporte de trabalho em

grupo, correio eletrônico, acesso a bases de dados, etc. O local de trabalho deve ser um

local aonde as pessoas estão motivadas e fortemente apoiadas nas suas tarefas criativas

ou administrativas.

É necessário que todos os sistemas do edifício devem estar integrados, desta forma

podem interagir entre si possibilitando novos graus de gestão e supervisão, novas

funções, uma maior coordenação e um melhor aproveitamento dos recursos disponíveis

no edifício. Para concluir, um Edifício Inteligente é aquele que foi concebido e construído

por forma a oferecer uma grande flexibilidade de utilização, dispondo da capacidade de

evoluir, de se adaptar às necessidades das organizações e de oferecer, em cada

momento, o suporte mais adequado à sua atividade. Por outro lado, deve possuir

sistemas de automação, de computação e de comunicações que possibilitem, de um

modo integrado e coerente, gerir de forma eficaz os recursos disponíveis no edifício,

potenciando aumentos de produtividade, permitindo poupanças energéticas e oferecendo

elevados graus de conforto e de segurança aos indivíduos que nele trabalham (NUNES,

1995).

3.3 A INTEGRAÇÃO

É importante obter ganhos de eficiência e redução de custos de operação pois

constituem grandes prioridades. Por essa razão, os edifícios evoluíram, e podem

desempenhar um papel vital para a saúde do ser humano.

Com o aumento da tecnologia, torna-se cada vez mais difícil gerenciar um edifício.

Neste contexto, é fundamental a noção de integração. Ela está associada à capacidade



42

de vários sistemas poderem comunicar entre si, trocarem informação e colaborarem para

atingir objetivos comuns. Considerando os principais domínios tecnológicos do edifício -

automação, computação e comunicações - a noção de integração necessita ser aplicada

no interior de cada domínio e entre domínios distintos. Dito de outro modo, a integração

deve ser o mais abrangente possível (NUNES, 1995). A Figura 3.1, corresponde a

solução ideal para uma integração total dos vários domínios.

DOMÓTICA

INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS

Figura 3.1 - Áreas da domótica

Fonte: www.domoticaviva.com

A integração possibilita uma importância nos edifícios inteligentes, através das

seguintes vantagens:

• relação custo/benefício - funcionalidade/custo;

• na execução de funções como detectar um incêndio permite reações mais

coordenadas e rápidas;

• Tarefas mais complexas são executadas pelo sistema e não por usuários;

• aproveitamento dos sistemas existentes e uma melhor eficácia dos mesmos;

http://www.domoticaviva.com/



43

• acessibilidade a todos os sistemas através de um único ponto;

• manutenção mais eficaz;

• capacidade de correlacionar informação.

No mundo atual em que se vive, é importante ressaltar que, as edificações são

alicerce do processamento de informação e a necessidade de integração é cada vez

maior.

3.4 A DOMÓTICA

Logo depois da década de 80 quando apareceu o conceito de edifício inteligente para

escritórios, cedo se constatou que havia lugar para a aplicação dessas mesmas idéias

para habitação. Isso ocorreu com particular relevância em países como os EUA, o Japão

e a França. Esse conceito passou a ser designado por Domótica sob influência do termo

francês Domotique. Em termos da língua inglesa, designações comuns são Smart House

e Intelligent House, sendo esta última a mais usada nos nossos dias. Como é óbvio, os

conceitos não se aplicam apenas às habitações individuais, estendendo-se naturalmente

aos condomínios residenciais e condomínios mistos (FREITAS, 2004).

O principal benefício é a economia da energia e conforto para seus usuários. Vale

ressaltar que existem grandes semelhanças entre domótica e edifícios inteligentes. Isso

ocorre principalmente nos objetivos globais e de um grande número de funções e

facilidades oferecidas. No entanto, existem também diferenças importantes (SÊRRO,

2007):

• Na habitação a ênfase está no utilizador individual e no seu conforto (entre outros

aspectos, isso introduz algumas imposições e especificidades ao nível da interação com

o(s) sistema(s) e respectivas formas de operação, sendo conveniente recordar que na

habitação o gestor do sistema é o próprio utilizador);

• Menor custo da solução domótica, de modo a minimizar o investimento inicial (se

num edifício do setor comercial pode ser aceitável um acréscimo de custo da ordem dos

10% para o tornar "inteligente", na habitação o limiar de aceitação ronda os 4%);

• Na habitação as funcionalidades são mais simples e com um âmbito mais restrito

e/ou específico (por exemplo, em termos de iluminação poderá fazer sentido prever



44

diversos cenários de utilização - repouso, leitura, ver televisão - a que corresponderão

determinados valores pré-fixados, enquanto questões tais como programações horárias

sofisticadas associadas a horários de trabalho, etc., em termos de gestão energética

poderão incluir-se funções de gerenciamento e programação horária simples do ato de

ligar/desligar cargas, ao invés de aspectos sofisticados de controle de ponta.);

• Na habitação existe a necessidade/conveniência de algumas funções que não fazem

grande sentido num edifício do setor comercial e vice-versa (na habitação, um aspecto

muito importante corresponde a ocupação de tempos livres e entretenimento, não

existindo essas necessidades, em geral, num edifício comercial; pelo contrário, num

edifício de escritórios deve existir um sistema que controle o acesso aos espaços

interiores, o que não tem sentido prático numa habitação).

Resumindo lista-se as principais funcionalidades de uma habitação:

• segurança;

• proteção (detecção de incêndio, vazamento de água, etc.);

• monitoria de consumos e gestão da energia;

• controle e leitura de contadores;

• distrações;

• automatização doméstica;

• organização do tempo;

• comunicações;

• acesso a bases de dados públicas;

• compras.

3.5 A GESTÃO DE EDIFÍCIOS

Tendo em vista a necessidade de um profissional capacitado para gerenciar os

edifícios inteligentes, surgiu uma nova categoria: os Gestores de Edifícios (Facility

Managers). Com o passar dos tempos o gerenciamento dos edifícios se tornou mais

complexo, aumentando significativamente o número de tarefas que necessitam ser

gerenciadas.



45

Desta forma algumas associações foram criadas. Essas associações possuem

particular relevância nos EUA, no Japão e na Europa (de que se destacam a Inglaterra, a

Alemanha, a Holanda e a França). Nos EUA a International Facility Management

Association (IFMA) foi criada em Outubro de 1980 e congrega hoje mais de 14 000

pessoas. Convém notar que em muitos países, essa categoria profissional não está

identificada nem possui associações que a representem. Por outro lado, não existem

formas oficiais (nem outras) de adquirir conhecimentos e qualificações nesta área. Em

contraste, na Inglaterra é hoje possível obter graus de licenciado, mestrado e até

doutorado em Gestão de Edifícios, e é muito diversificada a oferta de cursos de curta

duração sobre diversos temas específicos (FREITAS, 2004).

Este profissional gerencia um conjunto de atividades que usam da melhor forma os

recursos disponíveis. Várias áreas de conhecimento estão envolvidas, podendo-se citar:

• controle de aplicações de normas legislativas do edifício;

• previsão financeira e orçamento associado as instalações;

• planejamento da manutenção de longo e curto prazo;

• gestão e distribuição de espaço;

• planejamento das instalações e locais de trabalho e visão de novas necessidades;

• planejamento e evolução do posto de trabalho;

• seleção de equipamento de escritório e mobiliário;

• planejamento e gestão de mudanças;

• gestão de contratos (aluguéis, seguros, manutenção de equipamento, contratação,

etc.);

• gestão de reclamações;

• gestão do parque imóvel da organização (incluindo os processos de venda, aquisição

ou construção de novos imóveis);

• gestão de projetos de construção;

• planejamento e gestão de operações de renovação;

• supervisão de serviços associados as instalações, a segurança, as

telecomunicações, a comunicação de dados, etc;



46

• supervisão de serviços administrativos gerais;

• registro de toda a informação relevante para permitir a análise da gestão dos

edifícios da organização ao longo da sua evolução;

• coordenação de aspectos de educação e formação contínuas.

3.6 SISTEMAS DE CONTROLE DOMÓTICOS

As novas e recentes condições de mercado, permitiram o aparecimento de novo

hardware eletrônico mais barato, o que levou ao desenvolvimento de redes locais de

controle distribuído.

Com uma arquitetura distribuída e apoiando-se em novas tecnologias ou standards

como o X10 e o LONWorks. Tais protocolos serão descritos no item seguinte.

3.6.1. PROTOCOLO EIB

Este protocolo, desenvolvido pela European Instalation Bus Association, é

atualmente mais utilizado na Europa. Destina-se praticamente a qualquer estrutura,

desde pequenos edifícios a projetos de grande dimensão. É um protocolo que necessita

de rede própria, podendo ser elétrica, baseando-se no protocolo de transmissão de

dados com detecção de erros CSMA/CA. Pode ser implementado em várias topologias

(estrela, árvore, anel, etc.), necessitando apenas de uma linha de comunicação para

executar diferentes funções (detecção, controle, etc.). A Figura 3.2 ilustra o esquema

deste Protocolo.

Figura 3.2 - Rede baseada no protocolo EIB

Fonte: http://domus.areadeservico.com/



47

3.6.2. PROTOCOLO LONWORKS

É um protocolo bastante confiável e robusto com sucesso a nível profissional, no

entanto devido ao elevado custo não tem grande aceitação.

Qualquer dispositivo LONWorks usa um microcontrolador especial Neuron Chip.

Este chip atribui um Neuron ID (48 bits) a cada dispositivo de uma forma unívoca dentro

de uma rede de controle LONWorks. A comunicação é feita independentemente do meio

físico, visto que a rede pode se implementada em diferentes meio (cabos de par

entrançado, fibra óptica, onda portadora, cabo coaxial, entre outros). O controle dos

dados é feito através do protocolo LonTalk que faz o endereçamento e o transporte da

informação ponto-a-ponto.

A Figura 3.3 representa a ligação entre uma rede LONWorks e um dispositivo através

de um gateway que converte o sinal emitido pelo dispositivo e difundi-o na rede

LONWorks ou vice versa.

Figura 3.3 - GateWay - LiteConnector LonWorks NEURON

Fonte: www.intellicom.se/gw_lonworks_lite.shtml?5

Figura 3.4 - Interface entre um dispositivo e uma rede LONWorks

Fonte: www.intellicom.se/gw_lonworks_lite.shtml?5

http://www.intellicom.se/gw_lonworks_lite.shtml?5

http://www.intellicom.se/gw_lonworks_lite.shtml?5



48

3.6.3. PROTOCOLO X10

Sendo o protocolo que existe há mais tempo, bastante difundido nos EUA e pelo fato

de ter o preço mais competitivo no mercado, e não necessitar de uma rede própria, torna-

o o mais utilizado em todo o mundo.

É um protocolo de comunicação que permite um controle remoto das aplicações

elétricas. Usado em pequenos edifícios (habitações), sobre a própria rede elétrica. Falha

a nível de robustez visto que pode influenciar ou ser influenciado por sistemas vizinhos.

“Os módulos ligam-se as tomadas já existentes e enviam sinais pela rede elétrica, com

um protocolo de comunicações próprio (X10), permitindo ligar ou desligar luzes,

aparelhos ou motores espalhados pela mesma rede elétrica.

A transmissão dos dados através da rede elétrica é feita a cada passagem por zero de

uma fase da mesma.

Pode-se verificar na Figura 3.5 que o X10 permite simular a existência de pessoas que

estão ausentes, através de ações rotineiras dentro de uma casa, como por exemplo

acender e apagar luzes, descer e subir persiana.

Figura 3.5 – Funcionamento do sistema X10

Fonte: http://domus.areadeservico.com/

Para concluir, a tabela 3.1 compara o standard europeu (EIB), o standard Norte-

Americano (LONWorks) e o protocolo mais utilizado (X10):

http://domus.areadeservico.com/



49

Tabela 3.1 – Comparação entre os protocolos: standard europeu (EIB), o standard Norte-Americano

(LONWorks) e o protocolo mais utilizado (X10).

Protocolo Tipo de Rede

Aplicação Entidade que desenvolveu

Ano de desenvolvimento

EIB Própria

Edifícios de

grandes/

pequenas

dimensões

EIBA 1990

LONWorks Própria

Edifícios de

grandes

dimensões

Echelon 1990

X10 Elétrica

convencional

Pequenas

habitações

Pico

Electronics Ltd 1976

3.7 DOMÓTICA – EXEMPLOS DE APLICAÇÕES PRÁTICAS

3.7.1. SISTEMA DOMÓTICO - PHILIPS

A revista Connect publicou o artigo “O Futuro começa Hoje”, artigo este que fala do

projeto “Living Tomorrow”. Este projeto localizado em Amsterdã (desde 20 de Junho de

2003) é um projeto idealizado por diversas empresas, cerca de 30, das mais diferentes

áreas, entre elas a Philips.

Neste espaço, os visitantes poderão ter contato com as soluções e equipamentos que

farão parte da casa do futuro. Vale salientar que 80% dos equipamentos em exposição já

se encontram disponíveis para entrar no mercado e apenas 20% são propostas futuras.

Nesta verdadeira casa do futuro podemos visitar todo o tipo de divisão que uma

habitação atual possui mas com as respectivas melhorias. Não interessa expor aqui o

artigo na totalidade, por isso apenas alguns exemplos serão abordados (SARA, 2004):

Cozinha – um moderno frigorífico à disposição, monitor com acesso à Internet onde se

podem consultar noticias, o e-mail, saber como esta o trânsito, antes de sair de casa para

ir trabalhar. Dispõe-se ainda de um moderno sistema de identificação – RFID que

funciona através de ondas de rádio instalado na máquina de lavar roupa que ajudará

naquelas alturas em que não se sabe a que temperatura deve-se lavar uma determinada

peça de roupa, já que este dispositivo tem a capacidade de nos informar

automaticamente qual o melhor programa de lavagem no momento.



50

Sala de Estar – Ativar o sistema de luzes em Surround. Ou seja, o sistema de som

surround atual conjuga-se com o novo sistema de luzes simulando o ambiente

transmitido pela música. Para completar o ambiente, caso esteja-se vendo um filme, a

tecnologia Ambilight da Philips emite um certo tipo de luz por detrás do monitor de

plasma, consoante a tonalidade predominante no filme. Será possível também a pesquisa

de informação na Internet sobre o tema que esta passando na televisão.

Banho – Neste espaço destaca-se a solução da Philips, “Mirror Tv”, que com a

passagem dos dedos pelo espelho, é ativado um monitor onde se pode selecionar um

canal de televisão, como por exemplo, ver meteorologia, noticias, trânsito, etc. Esta

tecnologia combinada com uma escova de dentes elétrica (Philips) permitirá enquanto

uma criança lava os dentes ver de um pequeno filme animado que interage com a

criança, tornando esta tarefa muito mais divertida. As animações serão descarregadas

através da Internet.

3.7.2. SISTEMA DOMÓTICO - SIEMENS

A Siemens combina no seu sistema domótico o protocolo EIB com as linhas ADSL,

que se consegue controlar através de uma ligação pela Internet ou por telefone.

Possibilita um elevado número de controles que vão desde ao controle de luzes,

sensores, persianas automatizadas, alarmes, entre outros. Este sistema possui um preço

que varia segundo a superfície a cobrir e do que se queira instalar. O preço base para

cada 100 m2 é de 3000€.

Dentre as múltiplas opções que este sistema dispõe a nível de segurança pode-se

destacar a existência de sensores de movimento para detectar a presença de estranhos

dentro da habitação ou detectores de fumaça que avisam os bombeiros em caso de

incêndio. A Figura 3.6 mostra outros mecanismos que este sistema nos oferece.



51

Figura 3.6 – Casa Domótica Siemens com sistema EIB

Fonte: www.domoticaviva.com/noticias/053-070604/news08.htm

3.7.3. SISTEMA DOMÓTICO – DOMÍNIO VIRTUAL

Imagine morar em um edifício onde as fechaduras são abertas através da leitura da

íris do dono, os equipamentos eletrônicos são acionados pela voz e os ambientes são

preparados para monitorar pessoas de terceira idade. Lâmpada de cabeceira acende-se

ao mesmo tempo que o despertador dispara o alarme, temperatura ideal em todas as

partes da casa, toalhas do quarto de banho quentes! A máquina do café na cozinha liga-

se sempre bem quente. A Figura 3.7 mostra o sistema domótico da empresa Domínio

Virtual.

http://www.domoticaviva.com/noticias/053-070604/news08.htm



52

Conforto

Segurança

Meio

Figura 3.7 – Casa Domótica Domínio Virtual sistemas DMK e DMI

Fonte: www.dominiovirtual.pt

Quando alguém sair de casa, começam os alarmes, ou melhor, inicia-se a

programação que foi escolhida pelo dono, o aquecimento passa para uma modalidade

econômica, são ativados as medidas de segurança tais como detectores de gás, de

fumaça, de água ou até mesmo detectores que avisam da existência de um

eletrodoméstico por desligar. Alerta no celular caso aconteça algum descuido da parte de

alguém.

Por meio da Internet ou por celular, conecta-se em um sistema para pesquisar por

exemplo uma receita através do seu refrigerador. Do controle remoto da televisão pode-

se baixar as persianas, ligar o condicionador de ar, vigiar o exterior da casa. Quando

houver necessidade, todos os dispositivos elétricos (máquina de lavar roupa, máquina de

secar roupa, máquina de lavar louça, etc.) vão dar inicio as suas tarefas. Minimização da

iluminação artificial quando a iluminação natural toma conta do ambiente. Quando caí a

noite, as lâmpadas apagar-se-ão gradualmente, pode-se decidir os "cenários" para cada

noite, para que assim seja possível desfrutar a plenitude do conforto de um sistema

domótico.

http://www.dominiovirtual.pt/



53

Num futuro próximo, onde o conceito de casa inteligente começa a tornar-se cada vez

uma realidade, a gestão/controle dos serviços do edifício será mais facilitado, devido a

uma utilização crescente de sistemas domóticos cada vez mais eficientes. O resultado

desta evolução trará uma maior segurança, um maior conforto, melhores condições de

gestão energética e melhores comunicações.

A sociedade atual vive em constante correria, não sobrando tempo para as atividades

domésticas. O aparecimento de sistemas que “tomem conta” da nossa casa revelar-se-á

de um enorme beneficio para as famílias. Hoje em dia a compra de equipamentos

domóticos ainda pesa bastante nos orçamentos das famílias, mas futuramente com a

estabilização do mercado os preços acabarão se ajustando as possibilidades das

famílias. Numa visão empresarial/institucional, os ganhos de produtividade com

implementações de sistemas inteligentes, compensam em alguns casos o investimento

realizado.

Pretende-se neste trabalho desenvolver um módulo de gestão de iluminação baseado

em redes neurais artificiais (RNA), relacionando as múltiplas variáveis estudas,

desenvolvendo uma metodologia para o melhor grau de iluminância dentro de um

ambiente levando em conta a contribuição da iluminação natural, variáveis ergonômicas e

construtivas. O próximo item descreve conceitos básicos de RNA.

3.8 SOBRE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS (RNA)

Redes Neurais Artificiais (RNA) são conceitos da computação que visam trabalhar no

processamento de dados de maneira semelhante ao cérebro humano. O cérebro é tido

como um processador altamente complexo e que realiza processamentos de maneira

paralela (HAYKIN et ali, 2001). Para isso, ele organiza sua estrutura, ou seja, os

neurônios, de forma que eles realizem o processamento necessário. Isso é feito numa

velocidade extremamente alta e não existe qualquer computador no mundo capaz de

realizar o que o cérebro humano faz. Assim, uma rede neural pode ser interpretada como

um esquema de processamento capaz de armazenar conhecimento baseado em

aprendizagem (experiência) e disponibilizar este conhecimento para a aplicação em

questão.

Basicamente, uma rede neural se assemelha ao cérebro em dois pontos: o

conhecimento é obtido através de etapas de aprendizagem e pesos sinápticos são



54

usados para armazenar o conhecimento. Uma sinapse é o nome dado à conexão

existente entre neurônios. Nas conexões são atribuídos valores, que são chamados de

pesos sinápticos. Isso deixa claro que as redes neurais artificiais têm em sua constituição

uma série de neurônios artificiais (ou virtuais) que serão conectados entre si, formando

uma rede de elementos de processamento (HAYKIN et ali, 2001).

Tendo uma rede neural montada, uma série de valores podem ser aplicados sobre um

neurônio, sendo que este está conectado a outros pela rede. Estes valores (ou entradas)

são multiplicados no neurônio pelo valor do peso de sua sinapse. Então, esses valores

são somados. Se esta soma ultrapassar um valor limite estabelecido, um sinal é

propagado pela saída (axônio) deste neurônio. Em seguida, essa mesma etapa se realiza

com os demais neurônios da rede. Isso quer dizer que os neurônios vão enfrentar algum

tipo de ativação, dependendo das entradas e dos pesos sinápticos.

Existem várias formas de se desenvolver uma rede neural. Ela deve ser montada de

acordo com o(s) problema(s) a ser(em) resolvido(s). Em sua arquitetura são

determinados o número de camadas usadas (as camadas são formadas por neurônios),

a quantidade de neurônios em cada camada, o tipo de sinapse utilizado, etc.

Redes Neurais é a ferramenta primordial desta pesquisa pois foi utilizada para

estabelecer relações entre as múltiplas variáveis estudas neste trabalho, desenvolvendo

uma metodologia para o melhor grau de iluminância dentro de um ambiente levando em

conta a contribuição da iluminação natural, variáveis ergonômicas e construtivas. Com

relação à modelagem através de Redes Neurais Artificiais, esta aparece como um

substituto potencial aos modelos estatísticos convencionais, devido à fácil interface do

modelo proposto com o usuário e a não necessidade de conhecimento prévio da relação

entre as variáveis envolvidas (BRONDINO, 1999 apud COSTA, 2003), além de

possibilitar a precisão com dados experimentais e de administrar sistemas de

gerenciamento de iluminância de forma rápida em edificações inteligentes. Redes

Neurais Artificiais vem sendo usada para uma gama de aplicações na área de energia. A

literatura tem mostrado sua capacidade superior sobre métodos convencionais, a

vantagem principal é o alto potencial para modelar processos não lineares, como

consumo de energia em edifícios (YEZIORO, A. et alli, 2007).

Em pesquisas relacionadas à ergonomia e conforto ambiental não é comum o uso de

simulações através das Redes Neurais. Isso acontece por conta da desinformação em



55

relação às potencialidades dessa ferramenta, visto que é um ótimo recurso para

pesquisas com um número grande de variáves interdependentes.

Seus atributos, tais como aprender através de exemplos, generalizações redundantes

e tolerância a falhas, proporcionam fortes incentivos para uma melhor aproximação da

modelagem de sistemas da variação da contribuição da iluminação natural ao longo de

um dia de acordo com o tipo de céu (ensolarado, nublado e chuvoso). Com sua

habilidade de aproximar qualquer função continua não linear em um grau de correção

desejado pode-se chegar em um resultado satisfatório no que diz respeito a eficiência

energética.

Em contribuição ao desenvolvimento da domótica, pretende-se neste trabalho

desenvolver um módulo de gestão de iluminação baseado em redes neurais artificiais

(RNA), harmonizando variáveis de conforto visual para o usuário e objetivando um

ambiente energeticamente eficiente. O próximo capítulo descreve a metodologia utilizada.


Capítulo 4 – Metodologia para Análise de Sistemas de Iluminação

56

Capítulo 4 METODOLOGIA PARA ANÁLISE

DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO

Modelos construtivos com sistemas de inteligência para gerenciar consumo de energia

vem crescendo junto com a necessidade de otimizar o uso e reduzir o custo da mesma.

Tendo este objetivo como meta, apresenta-se neste trabalho um sistema de

gerenciamento da iluminação com uma tecnologia voltada a gestão energética utilizando

técnicas de inteligência computacional, mais precisamente, redes neurais artificiais

(RNA), com propósito de proporcionar um ambiente energeticamente eficiente,

confortável e saudável. Inúmeras pesquisas apontam a ferramenta de RNA como válida e

segura no campo de gastos de energia (SILVA, I et alli, 2007) conforme referenciado no

capítulo 3.

Tendo em vista o Brasil, país com enorme disponibilidade de luz natural que é

fornecida pelo sol, podendo oferecer a iluminação necessária durante uma boa parte do

dia, buscou-se neste trabalho o aproveitamento da mesma, uma vez que é um recurso

muitas vezes não utilizado, pouco utilizado ou utilizado de maneira equivocada, gerando

problemas para as edificações e seus usuários. Pode-se obter maior eficiência através do

uso da iluminação natural. É necessário que haja um sistema de gestão da luz artificial

incorporado, de forma que quando haja iluminação natural suficiente, a intensidade de

iluminação artificial seja reduzida, enfatizando um ambiente que proporcione uma boa

ergonomia, com redução do consumo de energia elétrica.

Neste capítulo apresenta-se a metodologia proposta enfatizando as variáveis

construtivas do ambiente, variáveis humanas, o método, os materiais que poderão ser

adotados, o funcionamento do processo e é apresentado o resultado alcançado durante a

elaboração da rede neural.



57

4.1 METODOLOGIA

O objetivo deste sistema de gerenciamento de luz é fornecer a quantidade adequada

de luz para os ambientes, utilizando a iluminação natural de forma que possibilite redução

no custo da energia e um espaço confortável visualmente. Este sistema oferece uma

simplicidade e capacidade para expansão em sua arquitetura. O diagrama da Figura 4.1

apresenta a arquitetura do processo que será apresentado a seguir.

Figura 4.1 – Esquema do Processo de gerenciamento da iluminação.

O método para gerenciamento da Iluminação proposto neste trabalho consiste em um

sistema que é composto de quatro etapas: Sensor, módulo neural, sistema da iluminação

e atualização de dados dos níveis de iluminância externa. Estas etapas serão detalhadas

a seguir.

4.1.1. SENSOR: CAPTAÇÃO DA ILUMINÂNCIA;

Os sensores são dispositivos que funcionam através de fotocélulas que identificam a

presença da luz natural no interior do ambiente de acordo com os níveis de iluminância o

qual foi programado. A Tabela 4.1 apresenta sugestões de marca e modelo de sensores

de iluminância disponíveis no mercado.

Placa de aquisição de dados

Dimmer + reator



58

Tabela 4.1 – Marca e modelo para sensor de iluminância.

Marca Modelo

Osram Dali

Exatron Fotolux RFE0LX

Philips IRC8134

Spherical Lux Designer

4.1.2. MÓDULO NEURAL;

Este módulo foi projetado para proporcionar um ambiente energeticamente eficiente e

confortável, utilizando variáveis ergonômicas, variáveis construtivas do ambiente, coleta

de dados de iluminância e redes neurais artificiais. Tem-se a seguir o detalhamento deste

processo.

Determinação das variáveis: construtivas, ergonômicas e humanas.

A forma arquitetônica interfere diretamente na quantidade de luz recebida pela

edificação. As variáveis construtivas adotadas para esta metodologia são as dimensões

do ambiente escolhido para análise e aplicação desta metodologia: largura, comprimento

e pé direito.

A ergonomia é uma variável relevante para obtenção do conforto. A ergonomia é uma

área que utiliza conhecimentos que constrói uma sistemática de análise e intervenção de

forma a propiciar uma melhor adaptação do trabalho ao homem. Pensando que o homem

exerce suas atividades no ambiente construído, daí a necessidade de um ambiente

saudável e adequado para suas atividades. Em ergonomia, os propósitos requerem o

balanceamento de objetivos múltiplos e inter-relacionados para a resolução de conflitos.

Estes propósitos podem ser traduzidos no fornecimento de conforto e prazer ao usuário

no ambiente interior; satisfação das necessidades dos usuários, minimização do gasto de

energia na edificação e dos custos de construção. Sob este ponto de vista, pode-se

considerar que um espaço de trabalho bem elaborado irá propiciar uma melhor relação

do ser humano com seu trabalho.

As variáveis humanas são a idade do usuário e a reflectância da tarefa de fundo

segundo a NBR 5413 – Iluminância de Interiores.



59

4.1.3. BANCO DE DADOS COLETADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA;

É necessário realizar medições dos níveis de iluminância; para tanto foi estipulado que

o ambiente estaria sem intervenção do pesquisador. As medições precisam ser

realizadas ao longo do dia e em diferentes dias e padrões de céu variados (nublado,

ensolarado e chuvoso), com a utilização de um luxímetro, posicionado no plano horizontal

a uma distância de 80 cm do piso e obedecendo os pontos de medida de iluminância de

interiores fixados pela NBR 5382 – Verificação de Iluminância de interiores, conforme

ilustrado na figura 4.2.

Figura 4.2 – Disposição dos pontos de medição – NBR 5382.

A iluminância média é obtida pela seguinte equação:

( 1)( 1) ( 1) ( 1)min _ R N M Q N T M Pilu ância médiaNM

− − + − + − +=

Onde:

R, T, P e Q são médias aritméticas dos pontos: r; t; p e q, respectivamente;

N = número de luminárias por fila;

M = número de filas.



60

4.1.4. ELABORAÇÃO DA REDE NEURAL;

RNA foi escolhida por sua capacidade de trabalhar precisamente com dados

experimentais e pela facilidade de relacionar variáveis continuas, no caso desta

metodologia, iluminância. Administra e monitora sistemas de gerenciamento de

iluminância de forma rápida em edificações inteligentes, podendo ser transformado em

um problema de controle mais complexo. Seus atributos, tais como aprender através de

exemplos, generalizações redundantes e tolerância a falhas, proporcionam fortes

incentivos para uma melhor aproximação da modelagem de sistemas da variação da

contribuição da iluminação natural ao longo de um dia de acordo com o tipo de céu

(ensolarado, nublado e chuvoso). Com estas habilidades pode-se chegar em um

resultado satisfatório no que diz respeito a conforto visual e eficiência energética.

O primeiro passo é treinar uma rede neural a qual possibilita a tomada de decisão

para obtenção de um ambiente ergonomicamente adequado e com redução do consumo

de energia elétrica, tendo em conta a contribuição da iluminação natural, variáveis

humanas e variáveis construtivas. O objetivo desta descrição pode ser verificado na

Figura 4.3.

Figura 4.3 – Esquema do problema / Elaboração da RNA.

Feita a identificação de todas as variáveis que equacionam o problema, mediante uso

da metodologia adotada, o passo seguinte será utilizá-las no processo de treinamento da

RNA. Define-se as grandezas de entrada e a saída desejada para o treino da rede neural

artificial.



61

Grandezas de Entrada:

• medE - iluminância média medida no ambiente levando em conta o padrão de

céu existente em diversos horários ao longo do dia;

• Variáveis arquitetônicas: Dimensões do ambiente: largura, comprimento e pé

direito;

• Variáveis Humanas: Idade do usuário e Reflectância da tarefa de fundo

(contraste) para respectiva idade;

• Data e hora nos quais os dados foram coletados no objeto de estudo.

Saída desejada:

• Conforto visual.

Determina-se o tipo de tarefa utilizada no ambiente de estudo segundo a NBR 5413 –

Iluminância de Interiores. Para cada tipo de tarefa apresenta-se três valores de

iluminância: mínimo, média e máxima. Outras variáveis a serem consideradas são a

idade do usuário, reflectância do fundo da tarefa (contraste) e velocidade e precisão.

A Figura 4.4 apresenta os fatores determinantes do conforto visual para escolha da

iluminância ideal para o ambiente.

Figura 4.4 - Fatores determinantes da Iluminância adequada (NBR 5413 – Iluminância de Interiores)

Segundo a NBR 5413 – Iluminância de Interiores, a escolha da iluminância ideal deve

seguir a definição:

• Soma-se os valores de peso encontrados, algebricamente considerando o

sinal, quando o valor final for -2 ou -3, usa-se a iluminância mais baixa do



62

grupo; a iluminância superior é usada quando a soma for +2 ou +3; nos outros

casos, usa-se o valor médio .

A escolha da iluminância ideal é definida pelo tipo de tarefa, idade do usuário,

reflectância do fundo da tarefa e velocidade e precisão.

De acordo com o que foi visto no capítulo 2, o olho humano consegue adaptar-se a

uma diferença de iluminância de 30% durante o período de 08:00h às 12:00h e 14:00h às

18:00h. Desta forma, os valores estipulados para a saída da rede neural foram inseridos

com esta variação de 30%, para tanto, verifica-se de hora em hora, a porcentagem de

iluminância proveniente da iluminação natural (padrão do céu: claro) dentro do ambiente.

A mesma é diretamente proporcional à diferença de iluminância utilizada nesta etapa do

processo.

Após a escolha dos valores de iluminância, realiza-se várias simulações com

diferentes arquiteturas para a Rede Neural, variando a quantidade de camadas

escondidas e número de neurônios, com o objetivo de definir qual apresenta melhor

desempenho. A rede a ser usada é a rede direta, treinada com algoritmo do tipo

backpropagation Levenberg-Marquardt. A seguir demonstra-se na Tabela 4.2 a

arquitetura de RNA usada, a qual obteve um bom desempenho gerando uma saída bem

próxima a saída desejada.

Tabela 4.2 – Arquitetura usada na simulação.

Camadas Função de transferência

Algoritmo de treinamento

1º camada escondida Logsig Trainlm



4º camada escondida Purelin Trainlm

5º camada escondida Purelin Trainlm

Saída Purelin Trainlm

A arquitetura que mostrou melhor desempenho para a modelagem em questão foi: 5

camadas escondidas, sendo 20, 15, 17, 15, e 5 a quantidade de neurônios por camada

respectivamente, e a camada de saída com apenas 1 neurônio.



63

4.1.5. PROGRAMA COMPUTACIONAL;

Para utilização do método proposto elaborou-se um software utilizando a ferramenta

Matlab 6.5, com o objetivo de melhorar o ensaio do sistema, através de uma interface

amigável. A janela principal e as opções de simulação que o software oferece são

apresentadas na Figura 4.4 e na Figura 4.5, respectivamente.

Figura 4.5 – Interface principal do programa.

Onde:

• Em Treinar Rede Neural, pode-se informar os parâmetros de uma arquitetura. Tal

caixa de diálogo pode ser verificada na Figura 4.6;

• Em verificar validade da RNA, tem-se a visualização do gráfico de validação.

• Em sair, pode-se sair do programa.

Figura 4.6 – Menu dos parâmetros da rede neural do programa de simulação



64

Os parâmetros da arquitetura da rede neural apresentados na Figura 4.6 podem ser

alterados de acordo com a necessidade de uma nova arquitetura para treinamento, como

número de camadas, quantidade de neurônios por camada, função de transferência das

camadas neurais, funções de treinamento, número e amostragem de épocas e erro

admissível. Na seqüência é executado o treinamento e a visualização do gráfico.

4.1.6. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO COM REDE NEURAL;

Neste item é apresentado o resultado do módulo neural. Com base desta informação,

tem-se os dados dos níveis de iluminância necessários para o ambiente considerando o

conforto visual e iluminação natural. Serão apresentados com gráficos e tabelas os

resultados alcançados durante as simulações.

4.1.7. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO;

Este sistema tem como objetivo monitorar a luz no interior do ambiente, e pode ser

composto de um sensor de iluminância, um computador com uma placa de aquisição de

dados, reatores, dimmers, lâmpadas, etc. Após captadas pelo sensor de iluminância, as

informações são transmitidas através de uma placa de aquisição de dados para o

computador, o módulo neural processa essa informação, de acordo com a necessidade

da iluminância do ambiente previamente armazenada, e a transmite através da mesma

placa de aquisição de dados para os reatores, dimmers, persianas, etc., de forma que

estes executem funções para a iluminação necessária e confortável ser atingida. A

Tabela 4.3 apresenta sugestões de reatores e dimmers disponíveis no mercado.

Tabela 4.3 – Marca e modelo para sensor de iluminância.

Marca

Modelo Reator

Modelo Dimmer

Osram Reator eletrônico Dali

Dali Dimmer

Exatron BRF0ST RFR1FS DMR0CZ

Philips

Eletrônico HF (TDL/PL-L)

Eletrônico HF (TLS)

Eletrônico HF (PL-T/PL – C)

Spherical Lux Designer Lux Designer



65

4.1.8. ATUALIZAÇÃO DE DADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA EXTERNA;

O processo é atualizado constantemente de acordo com a necessidade da iluminação

e novamente o sensor capta a iluminância existente para um novo ciclo.

4.2 ESTUDO DE CASO

Para uma melhor apresentação da metodologia e programa desenvolvido, utilizou-se

como ambiente para estudo, uma sala do Laboratório de Qualidade e Eficiência

Energética, LABQUALI, localizado no Laboratório de Engenharia Elétrica da

Universidade Federal do Pará. A planta baixa da área e a planta de orientação são

apresentadas nas Figura 4.7 e Figura 4.8, respectivamente. O valor de iluminância para

este ambiente de trabalho é de 500 lux, definido de acordo com a norma NBR 5413 –

Iluminância de Interiores.

Figura 4.7 – LayOut LABQUALI.

De acordo com a planta baixa do ambiente de estudo, pode-se verificar as dimensões

de 3.80m de largura, 4.85m de comprimento e 3.00m de pé-direito. A janela está

localizada no meio da parede e possui 1.70m de largura, 1.30m de altura e 1.00m de

peitoril.



66

Figura 4.8 – Planta de Orientação - LABQUALI.

A Figura 4.8 mostra que o LABQUALI, espaço hachurado, está localizado na fachada

norte do prédio do laboratório de engenharia elétrica, sob a latitude da cidade de Belém: -

1º.40’ e longitude: -48º.40’.

4.2.1. DETERMINAÇÃO DAS VARIÁVEIS CONSTRUTIVAS E VARIÁVEIS HUMANAS;

Variáveis humanas: idade do usuário e reflectância da tarefa de fundo. Foram

utilizados valores da metodologia proposta como no subitem 4.1.4.

Variáveis construtivas: as dimensão do ambiente neste caso do objeto de estudo em

questão são: 3.80m de largura, 4.85m de comprimento e 3.00m de pé direito. De acordo

com a Figura 4.7.

4.2.2. BANCO DE DADOS COLETADOS DOS NÍVEIS DE ILUMINÂNCIA;

Foram realizadas medições seguindo a metodologia aplicada no subitem 4.1.3. As

Figuras 4.9, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 e 4.14 apresentam amostras de medições obtidos no

período de 22 de abril de 2007 à 9 de janeiro de 2008, nos horários de 09:00h, 10:00h,

12:00h, 14:00h, 16:00h e 18:00h, respectivamente. Pode-se observar em todas as figuras

os valores de iluminância obtidos.



67

Níveis de IluminânciaCéu Claro - 9:00H

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

ab

r

ma

io jun

julh

ago se

t

out

nov jan

Ilum

inân

cia

(lux)

Figura 4.9 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 09:00h.

Para as medições realizadas às 09:00h, os valores dos Níveis de iluminância média

passam de 800 lux em maio de 2007, se aproximam de 800 lux em de junho de 2007,

após o mês de junho os valores para níveis de iluminância ficam abaixo dos 500 lux

(Fig.4.9). Esses valores de iluminância são provenientes da localização do local de

estudo (Fachada Norte) e o fato de que na cidade de Belém o céu apresenta-se quase

sempre encoberto ou semi-encoberto. Isso significa que a luminosidade é alta mesmo nas regiões

de céu próximas ao horizonte e que, portanto, pode-se obter iluminação natural mesmo que as

aberturas estejam protegidas da insolação proveniente das partes altas do céu, sendo que a partir

de setembro a março os níveis de iluminância são reduzidos devido as chuvas intensas da região.




68

A Figura 4.10 apresenta as medições realizadas às 10:00h, os valores dos Níveis de

iluminância média passam de 2500 lux, em alguns meses como maio, junho e julho. No

mês de abril e agosto a média fica pouco acima de 1500 lux. Para os demais meses esta

iluminância média fica em torno de 500 lux.

Níveis de IluminânciaCéu Claro - 12:00H

0

500

1000

1500

2000

2500

3000a

br

ma

io jun

julh

ago se

t

out

nov jan

Ilum

inâ

ncia

(lux

)

Figura 4.11 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 12:00.


passam de 2500 lux de abril a julho de 2007, passa de 2000 lux em agosto de 2007 e não

chega a 1000 lux nos demais meses com exceção do dia 9 de janeiro de 2008, como

pode-se ver na Figura 4.11.

Níveis de IluminânciaCéu Claro e Céu Encoberto - 14:00H

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

abr

mai

o

jun

julh

ago

set

out

nov jan

Ilum

inân

cia

(lux)




69

Para as medições realizadas às 14:00h, os valores dos Níveis de iluminância média se

aproximam de 3000 lux de abril a julho de 2007, fica por volta de 2500 lux no dia em

agosto de 2007 e não chega a 1000 lux nos demais meses (Fig. 4.12).


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

ab

r

ma

io C

éu E

nc.

jun

julh

ago se

t

out

nov

Céu

Enc

.

jan

Ilum

inân

cia

(lux)


Pode-se observar na Fig. 4.13 as medições realizadas às 16:00h. Os valores dos

Níveis de iluminância média se aproximam de 3000 lux nos meses de junho e julho de

2007, fica em torno de 1500 em abril, aproxima-se de 2000 lux em agosto de 2007, fica

em torno de 500 lux nos demais meses, com exceção do dia 9 de janeiro de 2008.


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

ab

r

ma

io C

éu E

nc.

jun

julh

ago se

t

out C

éu E

nc.

nov jan

Ilum

inân

cia

(lux)

Figura 4.14 – Níveis de Iluminância medido, para o horário de 18:00h



70


passam de 1600 lux como mostram os meses de junho e julho de 2007, se aproxima de

1200 lux nos meses de maio e agosto de 2007, passa de 800 lux em abril de 2007 e não

chega a 200 lux em novembro de 2007 e janeiro de 2008, como pode-se observar na Fig.

4.14.

4.2.3. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO COM A REDE NEURAL ARTIFICIAL;

A escolha da iluminância ideal é definida pelo tipo de tarefa, idade do usuário,

reflectância do fundo da tarefa e velocidade e precisão. Os dados os quais foram tratados

na entrada estão apresentados no subitem 4.1.4. A Figura 4.4 apresenta valores de

iluminância para o tipo de tarefa realizada no ambiente de estudo.

Figura 4.15 - Iluminância em Lux por tipo de Atividade (NBR 5413 – Iluminância de Interiores)

Os valores estipulados para a saída da rede neural foram inseridos de acordo com o

valor de iluminância fixado pela NBR – 5413 – Iluminância de Interiores e com a variação

de iluminação de 30% que o olho humano consegue adaptar-se, para tanto, verificou-se

de hora em hora, a porcentagem da diferença de iluminância proveniente da iluminação

natural (padrão do céu: claro) dentro do ambiente de estudo, de acordo com as Figuras

4.9 a 4.14, a mesma é diretamente proporcional à diferença de iluminância entre os



71

horários medidos na fase experimental. As simulações foram desenvolvidas com a

ferramenta Matlab 6.5. A Figura 4.16 ilustra o procedimento utilizado durante as

simulações.

Figura 4.16 – Procedimento utilizado para as simulações, incluindo as fases de treinamento e utilização de RNA.

A rede foi treinada inicialmente com 75% dos dados provenientes das medições de

iluminância no ambiente de estudo, das variáveis arquitetônicas e das variáveis

humanas, já descritas no subitem 4.1.4, os dados referente a reflectância podem ser

retirados ou modificados de acordo com o ambiente estudado, o restante foi reservado

para validação. A rede é apresentada na Tabela 4.3 com os dados de entrada, a saída

desejada e os resultados obtidos com a rede.

Tabela 4.4 – Entrada, saída desejada e saída da rede para a arquitetura de melhor desempenho.

DADOS DE ENTRADA SAÍDA Aspectos Construtivos: Aspectos Humanos:

Comp. = 4,85 m

Larg. = 3,8 m

Pé-direito =

3 m

Idade do

usuário

Reflectância do fundo da

tarefa Iluminância (lux)

Dia do ano Hora (h) E (lux) (%) SAÍDA

DESEJADA SAÍDA RNA

9 / janeiro (9) 10 381 55 50 234.28 234.34 9 / janeiro (9) 12 270 55 50 200.00 200.02 9 / janeiro (9) 14 615 55 50 200.00 200.03



72

9 / janeiro (9) 18 88 55 50 208.04 208.04 22 / abril

(112) 9 543 55 50 217.14 217.11 22 / abril

(112) 12 2780 55 50 200.00 199.90 22 / abril

(112) 16 1680 55 50 234.28 234.30 22 / abril

(112) 18 844 55 50 208.04 208.00 10 / maio

(130) 9 772 55 50 217.14 217.10 10 / maio

(130) 10 1880 55 50 234.28 234.32 10 / maio

(130) 14 2660 55 50 200.00 200.02 10 / maio

(130) 16 2000 55 50 234.28 234.29 18 / maio

(138) 10 2570 55 50 234.28 234.31 18 / maio

(138) 12 2670 55 50 200.00 199.90 18 / maio

(138) 14 2720 55 50 200.00 200.01 18 / maio

(138) 16 534 55 50 234.28 234.25 18 / maio

(138) 18 220 55 50 208.04 208.01 15 / jun (166) 9 807 55 50 217.14 217.11 15 / jun (166) 10 2650 55 50 234.28 234.31 15 / jun (166) 12 2790 55 50 200.00 199.90 15 / jun (166) 14 2860 55 50 200.00 200.01 15 / jun (166) 16 2920 55 50 234.28 234.27 22 / jun (173) 9 749 55 50 217.14 217.10 22 / jun (173) 12 2780 55 50 200.00 199.90 22 / jun (173) 14 2850 55 50 200.00 200.01 22 / jun (173) 16 2940 55 50 234.28 234.27 22 / jun (173) 18 1720 55 50 208.04 208.08 28 / jun (179) 9 701 55 50 217.14 217.10 28 / jun (179) 10 2630 55 50 234.28 234.31 28 / jun (179) 12 2800 55 50 200.00 199.90 28 / jun (179) 14 691 55 50 200.00 200.02 28 / jun (179) 16 532 55 50 234.28 234.24 5 / julh (186) 9 639 55 50 217.14 217.10 5 / julh (186) 10 2590 55 50 234.28 234.31 5 / julh (186) 16 2960 55 50 234.28 234.27 5 / julh (186) 18 1740 55 50 208.04 208.09 19 / julho

(200) 9 593 55 50 217.14 217.10 19 / julho

(200) 12 2690 55 50 200.00 199.90 19 / julho

(200) 14 2800 55 50 200.01 200.00 19 / julho

(200) 18 1680 55 50 208.04 208.06 18 / agosto

(230) 12 2240 55 50 200.00 199.90



73

18 / agosto (230) 14 2540 55 50 200.01 200.00

18 / agosto (230) 16 1890 55 50 234.28 234.29

18 / agosto (230) 18 1050 55 50 208.04 208.00

20 / set (263) 9 323 55 50 217.14 217.11 20 / set (263) 10 710 55 50 234.28 234.33 20 / set (263) 12 860 55 50 200.00 200.01 20 / set (263) 14 724 55 50 200.00 200.02 20 / set (263) 18 386 55 50 208.04 208.03 7 / out (280) 9 323 55 50 217.14 217.11 7 / out (280) 10 637 55 50 234.28 234.33 7 / out (280) 12 802 55 50 200.00 200.01 7 / out (280) 14 807 55 50 200.00 200.02 7 / out (280) 18 213 55 50 208.04 208.05

21 / out (294) 10 587 55 50 234.28 234.33 21 / out (294) 12 723 55 50 200.00 200.01 21 / out (294) 14 715 55 50 200.00 200.02 21 / out (294) 16 573 55 50 234.28 234.24

26 / nov (330) 9 403 55 50 217.14 217.11

26 / nov (330) 10 633 55 50 234.28 234.33

26 / nov (330) 14 529 55 50 200.00 200.02

26 / nov (330) 16 376 55 50 234.28 234.14

9 / janeiro (9) 9 110 56 50 325.71 325.69 9 / janeiro (9) 12 270 56 50 300.00 300.04 9 / janeiro (9) 14 615 56 50 300.00 300.04 9 / janeiro (9) 18 88 56 50 312.60 312.61

22 / abril (112) 9 543 56 50 325.71 325.69

22 / abril (112) 12 2780 56 50 300.00 299.98

22 / abril (112) 16 1680 56 50 351.42 351.39

22 / abril (112) 18 844 56 50 312.60 312.55

10 / maio (130) 9 772 56 50 325.71 325.68

10 / maio (130) 10 1880 56 50 351.42 351.43

10 / maio (130) 14 2660 56 50 300.00 300.01

10 / maio (130) 16 2000 56 50 351.42 351.39

18 / maio (138) 9 824 56 50 325.71 325.68

18 / maio (138) 10 2570 56 50 351.42 351.43

18 / maio (138) 12 2670 56 50 300.00 299.98

18 / maio (138) 14 2720 56 50 300.00 300.01



74

18 / maio (138) 16 534 56 50 351.42 351.46

18 / maio (138) 18 220 56 50 312.60 312.55

15 / jun (166) 9 807 56 50 325.71 325.68 15 / jun (166) 10 2650 56 50 351.42 351.43 15 / jun (166) 14 2860 56 50 300.00 300.01 15 / jun (166) 16 2920 56 50 351.42 351.38 22 / jun (173) 9 749 56 50 325.71 325.68 22 / jun (173) 10 2670 56 50 351.42 351.43 22 / jun (173) 12 2780 56 50 300.00 299.98 22 / jun (173) 14 2850 56 50 300.00 300.01 22 / jun (173) 16 2940 56 50 351.42 351.38 22 / jun (173) 18 1720 56 50 312.60 312.68 28 / jun (179) 10 2630 56 50 351.42 351.43 28 / jun (179) 12 2800 56 50 300.00 299.98 28 / jun (179) 14 691 56 50 300.01 300.03 28 / jun (179) 16 532 56 50 351.42 351.46 5 / julh (186) 9 639 56 50 325.71 325.68 5 / julh (186) 10 2590 56 50 351.42 351.43 5 / julh (186) 16 2960 56 50 351.42 351.38 5 / julh (186) 18 1740 56 50 312.60 312.68 19 / julho

(200) 9 593 56 50 325.71 325.69 19 / julho

(200) 12 2690 56 50 300.00 299.98 19 / julho

(200) 14 2800 56 50 300.01 300.00 19 / julho

(200) 16 2910 56 50 351.42 351.38 19 / julho

(200) 18 1680 56 50 312.60 312.65 18 / agosto

(230) 9 488 56 50 325.71 325.69 18 / agosto

(230) 12 2240 56 50 300.00 299.99 18 / agosto

(230) 14 2540 56 50 300.01 300.00 18 / agosto

(230) 16 1890 56 50 351.42 351.39 18 / agosto

(230) 18 1050 56 50 312.60 312.55 20 / set (263) 9 323 56 50 325.71 325.69 20 / set (263) 10 710 56 50 351.42 351.44 20 / set (263) 12 860 56 50 300.00 300.01 20 / set (263) 14 724 56 50 300.01 300.03 7 / out (280) 9 323 56 50 325.71 325.69 7 / out (280) 10 637 56 50 351.42 351.45 7 / out (280) 12 802 56 50 300.00 300.01 7 / out (280) 14 807 56 50 300.00 300.03 7 / out (280) 16 644 56 50 351.42 351.45 7 / out (280) 18 213 56 50 312.60 312.54

21 / out (294) 10 587 56 50 351.42 351.45 21 / out (294) 12 723 56 50 300.00 300.01 21 / out (294) 14 715 56 50 300.00 300.03 21 / out (294) 16 573 56 50 351.42 351.46



75

26 / nov (330) 9 403 56 50 325.71 325.68

26 / nov (330) 10 633 56 50 351.42 351.44

26 / nov (330) 14 529 56 50 300.00 300.03

26 / nov (330) 18 118 56 50 312.60 312.55

Nas figuras 4.17, 4.18 e 4.19 são apresentados o desempenho do treinamento da rede

neural, o resultado do mesmo e a capacidade da mesma em atingir o objetivo,

respectivamente. O erro admissível foi estabelecido de 310− sendo rapidamente atingido

em 200 iterações de treino.

Figura 4.17 – Treinamento da rede.

Figura 4.18 – Resultados do Treinamento.



76

Figura 4.19 – Resultados da Validação da RNA.

A rede neural modela os resultados da saída para agir no ambiente, permitindo que os

valores obtidos ofereçam o mínimo de iluminância recomendados pela norma NBR 5413

– Iluminância de Interiores para que haja uma boa iluminação. Estes valores estão dentro

do intervalo de 30% de variação de iluminância que o olho humano esta preparado para

receber sem que entre em fadiga. Isso será possível através do tratamento destes dados

no módulo neural, como foi descriminado no tópico 4.1.

Economia de energia é uma das vantagens, pois as lâmpadas serão desligadas ou

ligadas e a intensidade da luz será regulada conforme a necessidade. As lâmpadas não

precisam operar em seus brilhos máximos como acontece normalmente no ambiente que

foi estudado. Este sistema pode ser gerenciado de acordo com o usuário que vai utilizar o

ambiente, permitindo que o mesmo o programe visando uma relação de iluminância

ergonomicamente adequada e que ofereça uma boa acuidade visual, levando em

consideração a idade do mesmo (parâmetros descritos no subitem 4.1.4) , além do que

proporciona um ambiente energeticamente eficiente. Existe ainda a possibilidade de

alterar os dados quando for necessário. A Figura 4.20 apresenta um fluxograma do

sistema.



77

Figura 4.20 – Fluxograma do sistema.

O sensor verifica a quantidade de luz existente e as transmite para o módulo neural,

após o tratamento dos dados, a saída da rede neural é comparada com esta iluminação

existente. Se adequada, passa-se para uma nova captação de nível de iluminação no

sensor. Se não for adequada, pode ocorrer duas situações:

• iluminação captada pelo sensor acima do valor estipulado pela saída da rede,

neste caso deve-se atuar no sentido de reduzir a iluminação do ambiente, por

exemplo: apagando luzes, fechando persianas, e outras formas possíveis.

• iluminação captada pelo sensor abaixo do valor estipulado pela saída da rede

neste caso deve-se atuar no sentido de aumentar a iluminação do ambiente, por

exemplo: acendendo luzes, abrindo persianas, e outras formas possíveis.

O sistema de iluminação atua segundo horários programados de acordo com a faixa

de luminosidade recomendada entre mínima e máxima, reflectância do fundo da tarefa e

a idade do usuário. O sistema é atualizado tão logo acabe cada processo e novamente

inicia-se um novo ciclo com novos níveis de iluminância.



78

4.3 ANÁLISE ECONÔMICA

Para ilustrar a importância da eficiência energética em ambientes construídos um

exemplo simplificado de análise econômica é apresentado. A iluminância média definida

pela NBR 5413 – Iluminância de Interiores, para este ambiente de estudo é de 300 lux,

verifica-se na tabela 4.4 e nos gráficos de níveis de iluminância 4.9 a 4.14 descritos no

tópico 4.2 que a iluminação natural em 100% das horas medidas, supre a demanda de

iluminância em 94% das horas, ou seja, na maior parte dos dias e horas medidas, até em

dias com céu nublado e chuvoso, o que acarretará em redução dos custos da energia

com iluminação artificial além do que proporcionará um ambiente saudável e confortável

para o usuário. Importante ressaltar que os usuários deste ambiente acendem as

lâmpadas ao chegar às 09:00h e desligam por volta das 18:00h. A tabela 4.5 apresenta

valores para os gastos da energia com e sem utilização da iluminação natural, levando

em consideração o valor cobrado pela concessionária local, R$ 0,26 KW/h.

Tabela 4.5– Valores para custos de energia com iluminação natural e sem iluminação natural.

Meses do ano Valores sem utilização da

iluminação natural

Valores utilizando iluminação natural Economia (%)

abril/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

maio/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

junho/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

julho/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

agosto/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

setembro/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

outubro/2007 R$ 17,97 R$ 0,00 100%

novembro/2007 R$ 17,97 R$ 1,98 89%

Janeiro/2008 R$ 17,97 R$ 7,92 44%

4.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Foi possível observar através da literatura que a cultura do uso da iluminação artificial

ainda é superior ao uso da iluminação natural. Neste trabalho foi proposta uma

metodologia voltada para uso da iluminação natural, considerando a questão do custo da

energia e do conforto visual. Os resultados apresentam que a metodologia é capaz de

gerenciar os níveis de iluminância satisfatórios para a ergonomia do usuário no ambiente



79

estudado através da iluminação natural, atendendo critérios de conforto visual, como a

variação de 30% da diferença de iluminância que a visão está adaptada a receber, além

do que possibilita redução dos gastos com energia elétrica. Em um sistema

automatizado, estas variáveis contribuem adequadamente atuando automaticamente com

programações previamente feitas pelo usuário de modo rápido e seguro, possibilitando

assim um ambiente saudável.

Este trabalho proporciona grandes potenciais de integração entre economia de

energia e conforto, permitindo a redução com gastos destinados à iluminação artificial. A

utilização da técnica de RNA para sistemas de iluminação teve resultados satisfatórios e

foi apresentada em um estudo de caso onde a economia de energia pode chegar a 94%.


Capítulo 5 – Conclusões

80

Capítulo 5 CONCLUSÕES

Pode-se verificar neste trabalho através da literatura pesquisada que a análise do

atual quadro de consumo energético revela que a iluminação artificial tem assumido uma

proporção crescente no consumo total de energia elétrica dos ambientes construídos. No

capítulo 2 apresentou-se comentários sobre a variável contraste, recomendações

médicas e o conceito de eficiência energética e da importância de se combinar a

iluminação natural e a artificial com a finalidade de reduzir o consumo de energia e

proporcionar um ambiente confortável visualmente.

No mesmo capítulo, utilizando-se o software RELUX, fabricado pela RELUX INFORMATIK AG, pôde-se avaliar o potencial de iluminância para a cidade de Belém.

Nas simulações apresentadas concluiu-se que os níveis de iluminância para a cidade de

Belém são suficientemente altos durante todo o período medido, sendo adequado o

incentivo ao aproveitamento da luz natural nos ambientes na cidade de Belém. Apesar de

ser natural pensar que a redução do consumo implica na conseqüente redução de

iluminação artificial, a ponto de comprometer o nível de conforto visual do usuário não é

isso que acontece, quando se tem um projeto bem elaborado. É importante salientar que

um bom projeto de iluminação deve propiciar o conforto visual, despertar a atenção e

estimular a eficiência. A iluminação natural pode ser um veículo poderoso pois pode

proporcionar para edifícios uma enorme qualidade de vida.

Surge diante disso, no capítulo 3, a introdução ao assunto de Construções inteligentes

por reduzirem consideravelmente o consumo de energia, as emissões de carbono, o uso

da água e a geração de resíduos. São edificações de alto desempenho energético,

projetadas para serem sustentáveis durante todo ciclo de vida. Verificou-se a importância

de monitorar e controlar de forma automática as edificações tornando-as inteligentes com

cinco idéias chave: Segurança, Eficiência Energética, Conforto, Comunicação e

Integração. Aplicações com sistemas de gerenciamento da iluminação, que permitem o

controle da iluminância são prioridades para um ambiente energeticamente eficiente.



81

Diante disso, foi proposto, no capítulo 4, uma metodologia para o uso em sistemas

mais complexos, que podem utilizar controles automatizados, potencializar a economia

de energia e a funcionalidade dos ambientes. É possível, por exemplo, aproveitar ao

máximo a iluminação natural inibindo (ou até mesmo impedindo) automaticamente o

acendimento de luzes quando isto é desnecessário. Foi desenvolvido um módulo

automatizado de rede neural para auxílio na tomada de decisões em sistemas de

iluminação com dados experimentais de iluminância tendo em conta a contribuição da

iluminação natural e objetivando um ambiente energeticamente eficiente e o conforto do

usuário. Os resultados obtidos com a aplicação de RNA para sistemas de iluminação

foram satisfatórios e significativos para melhorar o nível de conforto visual e redução nos

gastos de energia.

A rede neural modela os resultados, permitindo que os valores obtidos ofereçam o

mínimo de iluminância recomendados pela norma NBR 5413 – Iluminância de Interiores

para que haja uma boa iluminação, pois as lâmpadas serão desligadas ou ligadas e a

intensidade da luz será regulada conforme a necessidade deste modelo e as lâmpadas

não precisam operar em seus brilhos máximos como acontece normalmente no ambiente

que foi estudado. A metodologia proporciona o gerenciamento dos níveis de iluminância

satisfatórios para o mínimo de ergonomia do usuário no ambiente estudado, atendendo

aos 30% da diferença de iluminância que a visão esta adaptada a receber, além do que

proporciona uma substancial economia de energia no caso de estudo apresentado, que

chegou a 94%.

Esta metodologia integrada à construções com sistemas inteligentes de

gerenciamento de níveis de iluminância, potencializará a economia de energia e a

funcionalidade dos ambientes e em estudos futuros existe a possibilidade de agregar

maior número de variáveis, como por exemplo o conforto térmico e o conforto acústico. O

mais importante é que pode ser implementada em qualquer tipo de edificação, como

prédios de grande porte, comerciais ou residenciais. Constitui-se de uma fonte de

referência rápida para pesquisadores, profissionais da área e estudantes, através de uma

metodologia de fácil aplicação.

5.1 PERSPECTIVAS DE TRABALHOS FUTUROS

Como trabalhos futuros sugere-se a pesquisa com a aplicação de sistemas de gestão

da iluminação, do conforto térmico e acústico com a utilização de redes neurais



82

artificiais, dentro de diversos tipos de ambientes, como por exemplo: ambientes

hospitalares, escolas e escritórios objetivando:

• Atualização do programa computacional proposto, aumentando o número de

variáveis e interfaces, melhorando o nível de conforto térmico para o indivíduo de

forma que o condicionador de ar seja mais significativo;

• Verificação do tipo e intensidade de iluminação atualmente utilizada objetivando

melhorias para evitar desconforto, dores de cabeça e insônia nos usuários;

• Pesquisas com usuários que trabalham em ambientes com lâmpadas compactas

e tubulares para medir o nível de satisfação e motivação;

• Usar a metodologia para monitorar o ambiente, controlar a iluminância com outras

variáveis contrutivas e humanas;

• Implantação de uma segunda Rede Neural para estimar a iluminância proveniente

do sol na cidade de Belém, de modo a estimar os valores dos anos seguintes e

integrar mais aplicações no sistema proposto;

• Aumento das contribuições com estudos de redes neurais artificiais para

simplificar o tempo das ferramentas de simulação do consumo de energia em

edificações.


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