Tese 28,3 MB

1

Agradecimentos

Em primeiro lugar gostaria de agradecer ao meu orientador Prof. Doutor Manuel Correia

Guedes, por ter aceite a orientação desta dissertação e por todo o apoio e motivação

constantes que me proporcionou no seu decorrer.

Agradeço ao Arquitecto Luís Calixto pela sua simpatia, disponibildade e preciosa ajuda no

software Ecotect.

Finalmente, agradeço aos meus pais, ao meu irmão, aos meus amigos mais próximos e ao

meu namorado pelo apoio incondicional e encorajamento em todos os momentos.

2

Resumo

A recente consciencialização de que a energia de origem em combustíveis fósseis usada nos

edifícios por sistemas de Iluminação Artificial contribui significativamente para a poluição

ambiental global, potenciou o interesse pela iluminação natural.

Com efeito, a questão ambiental juntamente com a importância da Iluminação Natural no bem

estar físico e psicológico humano, resultaram numa inclusão da última no projecto de qualquer

espaço arquitectónico de valor. Essa inclusão deve ser feita logo na fase inicial do projecto de

arquitectura, onde a influência do arquitecto no impacte ambiental do edifício é maior.

O principal objectivo da presente dissertação consiste em estudar diferentes estratégias de

Iluminação Natural e suas ferramentas de optimização, aplicando-as a três casos de estudo.

Assim, com o intuito de alcançar recomendações de projecto que optimizem a iluminação

natural em salas de projecto e que consigam responder às suas necessidades visuais

específicas, sem contudo comprometer o equilíbrio térmico do edifício, procede-se ao estudo

comparativo dos sistemas de iluminação presentes nos três casos de estudo.

O estudo comparativo das condições lumínicas e térmicas existentes em cada sala de projecto

e do projecto de optimização, é feito através de medições físicas, inquéritos aos alunos e

professores, registos fotográficos e simulações por software (Ecotect e LT).

Após dois capítulos de investigação teórica e um de estudo prático de casos, foi possível reunir

uma série de estratégias optimizadoras da iluminação natural numa sala de projecto de

arquitectura, que se revelaram essenciais no alcance do conforto visual e térmico dos seus

ocupantes e na performance ambiental do edifício.

Palavras-Chave: Arquitectura Bioclamática, Estratégias de Iluminação Natural, Impacte

Ambiental, Conforto visual, Conforto térmico

3

Abstract

The recent awareness that the energy originated from fossil fuels used for artificial lighting

contributes to the pollution of the environment, together with the importance of Natural Lighting

in the human physical and psychological well-being, result in the need for the inclusion of the

latter in the design of any architectural space. This inclusion should be made in the early states

of the architectural project.

Designing a Faculty of Architecture requires Natural Lighting as an essencial premise. In fact,

drawing and modeling, two common activities performed inside these schools, are tasks with

great visual acuity needs.

The main purpose of this thesis consists in studying different design strategis for Natural

Lighting and optimization tools, applying them to three case-studies. Thus, the goal is reaching

project recommendations which optimize natural lighting in project classrooms managing to

respond to visual needs without forgetting the thermal performance of the building.

The comparative study of the existing lighting and thermal conditions of each project classroom

and the optimization project consists of physical measurements, student and teachers surveys,

photographs and computer simulations (Ecotect e LT).

After two chapters of theoretical investigation and one of case study analisys, it was possible to

gather design strategies which optimize the natural lighting in a classroom, which revealed to be

essential in the visual and thermal comfort of its users and in the environmental performance of

the building.

Keywords: Bioclimatic Architecture, Strategies for Natural Lighting, Environmental Impact,

Visual Comfort, Thermal Comfort

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Índice

Agradecimentos ............................................................................................................................ 1

Resumo .......................................................................................................................................... 2

Abstract ......................................................................................................................................... 3

Índice ............................................................................................................................................. 4

Índice de Figuras ........................................................................................................................... 6

Índice de Tabelas ......................................................................................................................... 15

Introdução ................................................................................................................................... 16

1. Iluminação Natural e a Arquitectura ....................................................................................... 18

1.1 História da Iluminação Natural na Arquitectura ............................................................... 18

1.2. História e evolução da Iluminação Natural na Arquitectura Escolar ............................... 22

2. Sistemas de Iluminação Natural .............................................................................................. 25

2.1. A ciência da luz ................................................................................................................. 25

2.1.1. A Luz Solar ................................................................................................................. 25

2.1.2. Percepção da Luz ....................................................................................................... 26

2.1.3. Medição da Luz.......................................................................................................... 28

2.1.3.1. Medição da Luz Natural ..................................................................................... 30

2.1.3.2. Medição da Luz Artificial .................................................................................... 33

2.2. Dispositivos de Iluminação Natural .................................................................................. 35

2.2.1. Sistemas de Iluminação lateral.................................................................................. 40

2.2.1.1. Dispositivos de controlo solar ............................................................................ 44

2.2.2. Sistemas de Iluminação zenital ................................................................................. 47

2.2.2.1. Dispositivos de controlo solar zenital ................................................................ 51

2.3. Dispositivos de Iluminação Natural Avançados ............................................................... 56

2.3.1. Dispositivos de Optimização da iluminação lateral................................................... 56

2.3.2. Dispositivos de Optimização da iluminação zenital .................................................. 63

2.4. Articulação com desempenho térmico ............................................................................ 68

3. Casos de estudo ...................................................................................................................... 70

3.1. Objectivos ......................................................................................................................... 70

3.2. Metodologia ..................................................................................................................... 71

3.3. Descrição dos casos de estudo ......................................................................................... 77

3.4. Análise de resultados ....................................................................................................... 84

5

3.4.1. Medições ................................................................................................................... 84

3.4.2. Inquéritos .................................................................................................................. 89

3.4.3. Simulações ................................................................................................................. 94

3.4.4. Sumário dos resultados ........................................................................................... 117

4. Recomendações de projecto ................................................................................................. 119

Bibliografia ................................................................................................................................ 124

Anexos ........................................................................................................................................... A

Anexo A – Tabelas Directrizes ................................................................................................... B

Anexo B – Resultados das Medições ......................................................................................... D

Anexo C – Simulações Ecotect................................................................................................... E

Anexo D – Questinário .............................................................................................................. H

6

Índice de Figuras

Fig. 1.1: Vista interior de uma Basílica Romana: Santa Maria degli Angeli e dei Martiri, Roma............................................................................................................................................3

Fig. 1.2: Vista interior da Catedral Notre Dame, Paris, Arquitectura Gótica, século XI…………..3

Fig. 1.3: Vista interior da Biblioteca Nationale de Henri Labrouste, Paris 1859-68…………..…...4

Fig. 1.4: Vista interior da Biblioteca Ste-Geneviève de Henri Labrouste, Paris 1843-50…….…..4

Fig. 1.5: Woodland Chapel, Arq.º Gunnar Asplund, Stockholm, Suécia, 1915…………………....5

Fig. 1.6 e 1.7: Law Courts Annex, Arq.º Gunnar Asplund, Stockholm, Suécia, 1937, Fontes:

Seier, Flyrk………………………………………………………………………………………………...5

Fig.1.8, 1.9 e 1.10: Biblioteca Rovaniemi (clerestórios, clarabóias cónicas e vista interior), Arq.º

Alvar AAlto, Stockholm, Suécia, 1915, Fontes: site MIMOA…………………………………..…….5

Fig.1.13: Primrose Hill Infants School, Londres, Arqº E. R. Robson, 1885, Fonte: The victorian

web…………………………………………………………………………………………………………7

Fig.1.14 e 1.15: À esquerda: Vista interior do foyer com duplo pé direito com admissão de luz

muito generosa e planta do 2º piso com salas de aula com ventilação cruzada e luz

ambundante, Escola primária Tehtaanmaki, Finlândia, Alvar Aalto, 1938, fonte: ‘Architecture of

Schools’, Mark Dudek……………………………………………………………………………………8

Fig.1.16 e 1.17: Imagens interiores de escolas do movimento ‘open-air school’, fonte: American

Lung Association of Central Indiana Collection housed in the Manuscript Section, Indiana

Division, Indiana State Library………………………………………………………………………..…8

Fig.1.18: Imagem exterior da Escola Elmstead Market, Essex, UK, Fonte: Baker & Steemers,

1993………………………………………………………………………………………………………..8

Fig.2.1: Mapa da radiação solar horizontal diária em Portugal…………………………….………16

Fig. 2.2: Espectro Electromagnético…………………………………………………………………..19

Fig.2.3: Estrutura do olho humano…………………………………………………………..………..21

Fig.2.4: Biblioteca Universitária de Aveiro, Siza Vieira, 1988-1995, Fonte: El croquis, 2000…..24

Fig. 2.5: vista interior de um escritório iluminado artificialmente……………..……………………24

Fig.2.6: Temperatura de cor

7

Fig.2.8: Percurso do sol ao longo do ano em Portugal, fonte: Gonçalves e Graça, 2004

Fig. 2.9 e 2.10: Fachada Sul e Esquema volumétrico da Casa Jacobs II, fonte:Helder

Gonçalves e João Mariz Graça………………………………………………………………………..24

Fig. 2.11, 2.12 e 2.13: (x) Vista exterior da fachada Norte, (r) Vista interior de salas de aula

iluminadas com luz uniforme da orientação Norte (lateral e zenital), ideal para aulas de Arte e

(j) Planta piso térreo, Escola Primária para 210 alunos, White Design Associates Ltd, Bristol,

UK, fonte: Velux, 2007…………………………………………………………………………………24

Fig. 2.14: Janelas horizontais acima do nível do plano de trabalho, Escola Secundária em

Klaus, Austria, Architects: Dietrich and Untertrifaller, Bregenz,Fonte: Campagno, 2003……….28

Fig.2.15: Janelas horizontais superiores, Harmony Library, Colorado, U.S.A., Daylight

Dividends_Case of study, 2004 Rensellaer Polytechnic Institute…………………………………28

Fig.2.16: Janelas horizontais elevadas, Pavilhão Desportivo, Wangi, Suíça, Architects: Fent

Solar Architecture, Wil, Fonte: Campagno, 2003……………………………………………………29

Fig.2.17: Profundidade de penetração da luz num espaço com uma prateleira de luz orientada

a sul , fonte: Heating, cooling, lighting : design methods for architects, Norbert Lechner, New

York : Wiley, cop. 2001, pág. 379……………………………………………………………………..29

Fig.2.18: A distribuição de luz é melhorada com a sua admissão em mais do que um ponto,

fonte: Lechner, 2001……………………………………………………………………………………30

Fig.2.19: Pala sombreadora horizontal, fonte: Norbert Lechner, 2001………………………….31

Fig.2.20: Fachada orientada a Sul, pala sombreadora horizontal como sistema de

sombreamento predominante, Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto, Fonte: site

Galinsky…………………………………………………………………………………………………..31

Fig. 2.21: brises-soleil fixos, de madeira, sombreadores de uma fachada envidraçada, Libraria

Pública, Laudau (1998), Lamott Architects, Fonte:Campagno, 2003……………………………..32

Fig.2.22: Brises-soleil (horizontais e verticais), fonte: Lechner, 2001 …………………………..32

Fig. 2.23: Pala vertical, fonte: Norbert Lechner, 2001……………………………………………..32

Fig.2.24: Estores exteriores de lamelas orientáveis, Escola de Ensino Especial em Schwechat,

Áustria, fonte: VELUX, 2007…………………………………………………………………………...33

Fig. 2.25: Escritórios de Advocacia, Rothis, Austria, Arqº Reinhard Drexel, Fonte: Campagno,

2003………………………………………………………………………………………………………34

8

Fig.2.26: Nível de iluminação natural proporcionado por uma janela vulgar e por aberturas na

cobertura, fonte: Lechner, 2001……………………………………………………………………….35

Fig.2.27: Tipologias de aberturas zenitais, fonte: Lechner, 2001……………………………….....35

Fig.2.28: Átrio do atelier do Arquitecto Tadao Ando em Osaka, fonte: Jodidio, 2010…………35

Fig.2.29: Esquema e imagem dos clerestórios usados na Escola Primária Smith (orientação sul)

, fonte: Daylight Dividends Case Study, 2001……………………………………………………….36

Fig.2.30: Agassiz School, HMFH Architects, Inc…………………………………………………...37

Fig.2.31 e 2.32: Clarabóia elevada (fora do campo de visão), e, clarabóia junto a uma parede

norte (difusora da luz captada), fonte: Lechner, 2001………………………………………………37

Fig.2.33: Cobertura de cor muito reflectora para maximizar a quantidade de luz difusa que entra

no edifício, fonte: Lechner, 2001, pág. 390……………………………………………………..……37

Fig.2.35: Clarabóia com dispositivo de sombramento exterior móvel, Edifício de Conferências,

Osnabruck, Alemanhã, Arquitectos: Prof. Thomas Herzog & Hanns Jorg Schrade, Fonte:

Schittich, 2003…………………………………………………………………………………………..39

Fig.2.36: Kimbell Art Museum, Aq.º Louis I. Kahn, Dispositivos que difundem a radiação solar

directa, evitando o brilho excessivo e a deterioração das obras de arte pelos raios ultravioletas,

Fonte: Flirk……………………………………………………………………………………………….40

Figura 2.37 e 2.38: Museu Menil Collection, Houston, fonte: Plummer, 2009………………….40

Fig. 2.39: Clarabóias admitem luz suficiente e de forma difusa (através dos deflectores

existentes por baixo das mesmas), mesmo num dia enublado, para e execução de qualquer

tarefa sem o recurso à iluminação artficial durante todo o dia, fonte: Kenneth Powell, 1992….41

Fig.2.40: Deflectores interiores evitam a entrada da radiação directa e previnem o brilho

excessivo no campo normal de visão, fonte: Lechner, 2001………………………………………41

Fig.2.41 e 2.42: Deflectores interiores em clerestórios orientados a Sul, de forma a evitar

radiação solar directa, fonte de encandeamento, na Escola Primária Smith, fonte: Daylight

Dividends Case Study, 2001…………………………………………………………………………..42

Fig. 2.43: Uma quilha de vidro opaco no eixo da biblioteca, espalha a luz de forma difusa e

uniforme (captada a norte pelo clerestório inclinado), Biblioteca da Faculdade de Arquitectura

da Universidade do Porto, Fonte: Frampton, 2000………………………………………………….42

9

Fig.2.44: Clarabóia sombreada da radiação solar no verão, e através de um reflector exterior

aumenta a entrada de radiação no inverno, fonte: Lechner, 2001………………………………..43

Fig.2.45 e 2.46: Deflector na orientação Norte pode aumentar a quantidade de luz captada num

dia de sol, e, Deflectores postos na orientação Este e Oeste melhoram a sua performance,

fonte: Lechner, 2001……………………………………………………………………………………43

Figura 2.47: Fachada sul de uma escola primária, Prateleira de luz horizontal com acabamento

matte, fonte: An Evaluation of Daylighting in Four Schools, December,

2005………………………………………………………………………………………………………43

Fig. 2.48: Prateleiras de luz anidólicas redireccionam a radiação directa solar, Edifício

administrativo, Wiesbaden, Arq.ºHerzog & Partners, fonte:Campagno, 2003…………………...45

Fig. 2.49: sistema móvel de sombreamento solar prismático…………………………………….45

Fig.2.50: visão através de um laser-cut panel……………………………………………………...46

Fig.2.51: painel laser-cut instalado na janela bascular superior de uma sala de aula, Escola

Kenmore South State, Brisbane, Austrália…………………………………………………………...47

Fig.2.52: painel laser-cut numa clarabóia, fonte: Baker & Steemers, 2002…………………...….47

Fig.2.53: Perfis redondos e triângulares, respectivamente, de acrílico transparente entre dois

panos de vidro, fonte: Campagno, 2003……………………………………………………………...48

Fig. 2.54: lamelas curvas de acrílico transparente, integradas entre panos de vidro, deflectem a

luz na direcção ascendente, fonte: Campagno, 2003…………………………………...………….48

Fig. 2.55: Clarabóia com aerogel, Sala de reuniões, Centro de Educação, Califórnia, U.S.A.,

fonte: Daylighting solution……………………………………………………………………………...49

Fig. 2.56: Esquema de funcionamento do sistema de lamelas reflectantes (Okasolar),

bloqueiam a radiação de ângulo elevado e deixam entrar a radiação de ângulo baixo, fonte:

Compagno, 2003………………………………………………………………………………………..50

Fig.2.57: sistema okasolar aplicado na fachada de uma aerogare, Luxemburgo, 2008, fonte:

Okalux…………………………………………………………………………………………………….50

Fig.2.58 e 2.59: Clarabóia de átrio com sistema Okasolar, University Library A3, Mannheim,

Alemanhã, 2006, fonte: site Okalux…………………………………………………………………...50

Fig.2.60: Cobertura envidraçada com a aplicação do sistema Okasolar, Reabilitação da

Universidade de artes visuais, Dresden, Alemanhã, 2007/8, fonte: site Okalux…………………51

Fig.2.61: Esquema de funcionamento de um Poço de Luz e imagem de um espaço iluminado

pelo mesmo, fonte: www.especiosolar.com.............................................................................52

10

Fig.2.62: Esquema de vários tipos de ductos de luz, fonte: Catálogo Espacio Solar, Tecnologia

Bioclimática………………………………………………………………………………………………52

Fig.2.63: Sala de aula iluminada naturalmente por onze ductos de luz, Escola técnica de

Arquitectura de Barcelona, Universidade Politécnica da Catalunha, fonte:

www.espaciosolar.com.........................................................................................................53

Fig.2.64: Esquema de funcionamento do painel de fibra óptica, fonte: Catálogo Espacio Solar,

Tecnologia Bioclimática……………………………………………………………………………......53

Fig.2.65: Esquema de funcionamento do pátio de luz e exemplo de aplicação, fonte: Catálogo

Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática………………………………………………………………54

Fig.2.66: Sistema reflector heliostato, fonte:Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática………….54

Fig. 3.1 e 3.2: Imagem do luxímetro e de uma medição efectuada in situ…………………..……60

Fig. 3.3: Definição de Zona Passiva (para pé-direito igual a 3 metros)………………………..….63

Fig.3.4, 3.5 e 3.6: vista exterior do pavilhão; vista exterior da sala ; vista interior da sala de

projecto por volta das 11h……………………………………………………………………………...64

Fig.3.7, 3.8 e 3.9: vista do atrio; vista da entrada da sala; vista interior da sala de projecto por

volta das 11h30………………………………………………………………………………………….67

Fig.3.10, 3.11 e 3.12: vista da sala de Projecto; vista do corredor comum; pormenor da

clarabóia e dos estores exteriores móveis…………………………………………………………...70

Fig. 3.13: Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com

malha de medições……………………………………………………………………………………..73

Fig.3.14: Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com

grelha de medições……………………………………………………………………………………..74

Fig.3.15: Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com

grelha de medições……………………………………………………………………………………..74

Fig.3.16: Gráfico do Factor Luz Dia (%) médio, ao nível do plano de trabalho, das três salas de

projecto…………………………………………………………………………………………………...75

Fig 3.17: Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto da FAUP,

em condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)…………………………………..75

Fig. 3.18: Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto do IST, em

condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)…………………………………...…..76

11

Fig. 3.19: Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto da FAL,

em condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)…………………………………..76

Fig. 3.20: aproximação das áreas das salas de projecto para o estudo LT………………..…….85

Fig. 3.21: Definição de Percentagem de envidraçado, Fonte: Energy in Architecture – The

European Passive Solar Handbook, Goulding, Lewis and Steemers, 19………………………...85

Fig.3.22: Gráfico de Curvas LT da sala de projecto do Pavilhão Carlos Ramos FAUP………..86

Fig.3.23: Gráfico de Curvas LT da sala de projecto do Pavilhão de Civil, IST………………….86

Fig.3.24: Gráfico de Curvas LT da sala de projecto da FAL para o envidraçado principal e para

a clarabóia……………………………………………………………………………………………….86

Fig. 3.25: Gráficos de barras LT, comparação de opções de projecto da sala de projecto na

FAUP……………………………………………………………………………………………………..88

Fig. 3.26: Gráficos de barras LT, comparação de opções de projecto da sala de projecto no

IST………………………………………………………………………………………………………...89

Fig. 3.27: Gráficos de barras LT, comparação de opções de projecto da sala de projecto na

FAL………………………………………………………………………………………………………..90

Fig. 3.28: Gráficos de barras LT, comparação de projectos, segundo três situações

distintas…………………………………………………………………………………………………..92

Fig.3.30: Simulação dos valores da percentagem de Factor Luz Dia referentes a duas

situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)……………………………………….94

Fig.3.31: Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a

duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)……………………………...…94

Fig.3.32: Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a

existente (à esquerda) e a optimizada (direita)………………………………………………………95

Fig.3.33: Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas

situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita)…………………………………………95

Fig.3.34: Simulação da Percentagem de Insatisfação, em maio, referente a duas situações: a

existente (esquerda) e a optimizada (direita)………………………………………………………...95

Fig.3.35: vista exterior do modelo Ecotect da IST……………………………………………..……96



12


duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)……………………………...…97


existente (à esquerda) e a optimizada (direita)………………………………………………………97


situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita)…………………………………………97


existente (esquerda) e a optimizada (direita)………………………………………………………...98

Fig.3.41: vista exterior do modelo Ecotect da FAL……………………………………………..…...98




duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)………………………………99


existente (à esquerda) e a optimizada (direita)…………………………………………………….100


situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita)………………………………………..100


existente (esquerda) e a optimizada (direita)……………………………………………………….100


duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a

Sul……………………………………………………………………………………………………….101


duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul e

com dispositivos de sombreamento exteriores com lâminas orientáveis……………………….101


existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul……………………….102



Sul……………………………………………………………………………………………………….103

13







situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul…………..103

Fig.3.54: Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a

existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul…………………………104



Sul……………………………………………………………………………………………………….104






Fig.A.1: Tabela de valores de transmissão de luz por efeito dos sombreamentos activos a

100%,

RCCTE…………………………………………………………………………………………….Anexo B

Fig.A.2: Nível de Iluminação médio recomendado para diferentes tipos de actividades. Valores

precisos não são apropriados devido á larga tolerância da visão humana e à variação da

qualidade da iluminação. Estes valores podem ser reduzidos em 25% se a qualidade da luz for

elevada e deverão ser aumentados em 35% se a percentagem de idades dos ocupantes for

superior a 40. Fonte: Lechner,

2001…………………………………………………………………………………………..Anexo B e C

Fig. C.1: Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente

optimizada em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro

(direita)…………….........................................................................................................Anexo E

Fig.C.2: Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente optimizada

em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro

(direita)…………………………........................................................................................Anexo E

14

Fig. C.3: Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente

optimizada em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro

(direita)……………........................................................................................................Anexo E

Fig. C.4: Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas

situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a

Sul………………………………………………………………………………………………….Anexo F

Fig. C.5: Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a

existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a

Sul………………………………………………………………………………………………….Anexo F

Fig. C.6: Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas

situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a

Sul………………………………………………………………………………………………….Anexo F

Fig.C.7: Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a

existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a

Sul…………………………………………………………………………………………………Anexo G

15

Índice de Tabelas

Tabela 2.1: Valores mínimos típicos do Factor Luz Dia, fonte: Lechner, 2001……..……………16

Tabela 2.2: Média da iluminação sob céu enublado, fonte: Lechner, 2001…………..………….16

Tabela 2.3: valores típicos dos coeficientes de trasnmissão térmica para diferentes esquadrias

de janelas, Fonte: Baker & Steemers, 2002………………………………………………………….28

Tabela B.1: Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala do

IST...................................................................................................................................Anexo D

Tabela B.2: Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala da

FAL………………………………………………………………………………………………...Anexo D

Tabela B.3: Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala do

Pavilhão Carlos Ramos…………………………………………………………………………Anexo D

Gráfico 2.1: Percentagem de insatisfação (PPD) em função da percentagem média de

sensação (PMV), fonte: Goulding, Lewis and Steemers, 1993…………………………………….55

Gráfico 2.2: Carta Bioclimática de Baruch Givoni, A zona N corresponde à zona (Neutra) de

conforto para o ser humano onde as condições de clima exterior estão próximas das condições

de conforto. A arquitectura deverá acautelar a existência de ganhos solares excessivos e

requer que não sejam cometidos outros erros graves em matéria de trocas térmicas por

ventilação e condução, Fonte: Gonçalves e Graça 2004…………………………………………..56

Gráfico 2.3: Gráfico de Curvas LT, para um escritório na zona climática do sul da Europa, numa

fachada orientada a sul…………………………………………………………………………………87

16

Introdução

“A visão tem sido o sentido mais desenvolvido e a luz o pré-requisito, durante o desenvolvimento cultural, para sentirmos o nosso mundo e o dos outros – através da pintura, escultura e

literatura.” Daylighting in Architecture, N. Baker, A. Fanchiotti e K. Steemers

Desde o final do século XIX com a expansão da Revolução Industrial pelo mundo e até à

primeira metade do século XX, a crescente disponibilidade de iluminação eléctrica de baixo

custo originou em muitas situações a desvalorização da Iluminação Natural, negligenciando-a

ou excluindo-a do projecto de iluminação.

É na segunda metade do século XX, na década de 70 com a crise do petróleo e o aumento do

custo da energia eléctrica, que se assiste ao despertar do interesse pela Iluminação Natural.

A recente consciencialização de que a energia de origem em combustíveis fósseis usada nos

edifícios por sistemas de Iluminação Artificial contribui significativamente para a poluição

ambiental global, potenciou o interesse pela iluminação natural.

A questão ambiental juntamente com a importância da Iluminação Natural no bem estar físico e

psicológico humano, resultaram na necessidade da sua inclusão no projecto de qualquer

espaço arquitectónico de valor. Essa inclusão deve ser feita logo na fase inicial do projecto de

arquitectura, onde a influência do arquitecto no impacte ambiental do edifício é maior.

É impossível projectar uma Faculdade de Arquitectura sem ter como premissa essencial a

Iluminação Natural. Nela se desenvolvem tarefas específicas como o desenho e a

maquetagem, cujas práticas exigem uma grande acuidade visual.

Essa iluminação apropriada à prática da arquitectura é alcançada através da iluminação

natural. Com o seu largo espectro de tipos de radiação é a que melhor corresponde aos

requerimentos da visão humana e a que menos cansaço causa quando se trabalha.

Com efeito, o design da Iluminação natural no interior do edifício deve respeitar as

necessidades de percepção visual dos seus utilizadores, de forma a criar condições de uma

boa e confortável visão.

O conforto visual no edifício é então determinado pela existência de uma adequada iluminação

natural para as diferentes tarefas que se pretendem desenvolver no seu interior mas também

pela existência de um eficaz sistema de controlo da luz.

17

Não é suficiente provir simplesmente o espaço de um apropriado nível de iluminação. O brilho

proveniente da luz directa e reflectida deverá ser controlado e os padrões de contraste

apropriados.

É no contexto das diferentes estratégias de Iluminação Natural e suas ferramentas de

optimização utilizadas em três edifícios de faculdades de Arquitectura que se desenvolve a

presente tese, na atenção da sua localização em relação ao movimento solar, na adequação e

preocupação que presta às actividades desenvolvidas no seu interior e no seu resultado

ambiental e desempenho energético.

A presente dissertação encontra-se organizada em cinco capítulos. No primeiro capítulo,

aborda-se a importância e a evolução do papel da luz na arquitectura ao longo de vários

períodos da história e numa segunda parte é prestada especial atenção à evolução da

iluminação natural na história da arquitectura escolar.

No segundo capítulo, Sistemas de Iluminação Natural, são primeiramente abordados os

conceitos físicos da luz solar, a forma como é percepcionada a luz pelo olho humano, a sua

importância no alcance do conforto visual e por fim é feita a descrição dos conceitos e das

grandezas fotométricas. Na segunda parte, procede-se à caracterização das estratégias

básicas de iluminação natural laterais e zenitais, dos dispositivos de sombreamento e dos

dispositivos avançados de iluminação natural, acompanhado-os de exemplos de sua aplicação

em edifícios (escolares e outros) e dos seus princípios de funcionamento. Por último,

evidencia-se a relação interdependente entre o desempenho luminoso de um edifício e o seu

desempenho térmico.

No terceiro capítulo apresentam-se os Casos de Estudo, procede-se à descrição dos objectivos

deste estudo e à metodologia utilizada para a avaliação e comparaçao das estratégias de

iluminação natural presentes nos três casos de estudo. É feita uma breve descrição de cada

caso de estudo, são apresentadas e avaliadas as medições in situ, os registos fotográficos, os

resultados dos inquéritos e as simulações com o recurso ao software LT Portugal e Ecotect.

Por fim, será apresentado um sumário dos resultados.

No quarto capítulo, apresentam-se as Recomendações de Projecto essenciais no projecto de

iluminação natural de uma sala de projecto e conclui-se com a importância do presente estudo

e do seu contributo para possíveis estudos futuros.

18

1. Iluminação Natural e a Arquitectura

Este capítulo aborda a importância e a evolução do papel da luz na arquitectura ao longo de

vários períodos da história, prestando especial atenção no segundo sub-capítulo, à evolução

da iluminação natural na história da arquitectura escolar.

1.1 História da Iluminação Natural na Arquitectura

“É através da apreciação crítica de seus precedentes, e da

compreensão da ciência da luz, que a arte da Iluminação Natural

na Arquitectura pode ser melhor instilada no seu processo de

design.” (Baker & Steemers, 1993)

Foi a necessidade de executar certas tarefas no interior das construções, tais como pintar e

escrever, que impulsionou o avanço do design de iluminação natural. Estas tarefas visualmente

minuciosas desde sempre exigiram uma boa iluminação, sendo a luz natural a fonte de luz

mais apropriada aos seus requisitos de conforto visual.

É nos edifícios religiosos que a luz passa a desempenhar o papel principal. A luz usada nestes

edifícios de grande massa carrega um grande simbolismo que se tornava irresistível para os

arquitectos das grandes igrejas e catedrais (Baker & Steemers, 1993).

As primeiras construções destes edifícios tiveram lugar na época romana, meados do século

VIII a.c. a finais do século V d.c., aquando da invenção do arco. A sua evolução e derivação

para outros sistemas constructivos, como a obóbada, a cúpula e a arcada, permitiu a criação

de espaços interiores mais amplos e com a admissão de mais luz natural (Fig.1.1). No entanto,

estas construções possuíam paredes baixas, espessas e com um número muito limitado de

aberturas, pelo facto de suportarem o grande peso das abóbadas da cobertura (Baker &

Steemers, 2002).

Foi só com a invenção do arco em ogiva, em meados do século XII, que as paredes deixaram

de ter a função estrutural de suporte da cobertura e passaram a ser leves elementos de divisão

do espaço. Com efeito, a Arquitectura gótica baseava-se em abóbadas de cruzaria ogivais

cada vez maiores e mais elevadas, apoiadas sobre pilastras ou feixes de colunas. As espessas

paredes foram assim excluídas destes edifícios e substituídas por envidraçados que

iluminavam de forma mais generosa o interior dos edifícios, como os vitrais e as rosáceas.

19

Fig.1.1 e 1.2 – (à esquerda) Vista interior de uma Basílica Romana: Santa Maria degli Angeli e dei Martiri, Roma; (à direita) Vista interior da Catedral Notre Dame,

Paris, Arquitectura Gótica, século XII

Em meados do século XVIII, com a revolução industrial, houve o desenvolvimento de novos

materiais e tecnologias de construcção que permitiram o surgimento de uma nova ‘arquitectura

do ferro e do vidro’, caracterizada por edifícios altos, amplos, totalmente envidraçados e muito

resistentes. Em vez das paredes e cobertura massiças deu-se lugar a grandes envidraçados

que possibilitavam a total penetração da radiação solar no edifício, sendo o ‘Crystal Palace’ o

mais famoso exemplo desta construcção de vidro associada com as novas formas de usar o

ferro como estrutura.

Fig.1.3 – Vista interior da Biblioteca Nationale de Henri Labrouste, Paris 1859-68

Fig.1.4 – Vista interior da Biblioteca Ste-Geneviève de Henri Labrouste, Paris 1843-50

A Biblioteca Ste-Geneviève (1843-50) e a Biblioteca Nationale (1859-68), ambas situadas em

Paris e da autoria do Arquitecto Henri Labrouste, são também um vivo exemplo da aplicação

do ferro em edifícios públicos e monumentais. A luz natural entra na Biblioteca Ste-Geneviève

através de janelas altas que iluminam em profundidade a zona de leitura (Fig.1.4), enquanto

20

que na Biblioteca Nationale a luz natural entra através de óculos posicionados nas abóbadas

da cobertura e de janelas na fachada orientada a Norte, fornecendo um nível superior de luz

em todo o plano interior (Fig.1.3). Assim, o uso do ferro e do vidro eliminou qualquer

constrangimento relativamente à forma dos edifícios e das suas aberturas.

”… desde a abóbada romana ao Palácio de Cristal do século XIX, as importantes mudanças

estruturais dos edifícios reflectem o objectivo de aumentar a quantidade de luz admitida no seu

interior.” Norbert Lechner

No entanto, a combinação da tecnologia do ferro e do vidro com a invenção do ar

condicionado, por Willis Carrier em 1928, e a invenção do tubo fluorescente em 1938, alterou

por completo a relação da arquitectura do edifício com o clima exterior. Os edifícios passaram a

ser altos, com planos profundos, frequentemente iluminados e climatizados artificialmente

independentemente do contexto climático.

Por outro lado, a contrariar esta tendência existiram diversos arquitectos, inseridos na corrente

do estilo arquitectónico Moderno Internacional, que construíram segundo uma arquitectura

tradicional vernacular, com respeito pelo contexto cultural e climático, conscientes do poder e

importância da luz natural na arquitectura.

Com efeito, a capela Woodland de Asplund (1915) é um exemplo dessa busca pela

simplicidade moderna enraizada na tradição clássica, apresentando-se como uma combinação

entre um templo e uma cabana de floresta (Fig.1.5). O Law Courts Annex (Fig.1.6 e 1.7),

também de Asplund, é o resultado de uma arquitectura formalmente simples mas animada e

modulada pela manipulação da luz natural no seu interior. É habilmente iluminada através de

aberturas laterais orientadas a Sul que comunicam com o átrio e a partir de uma clarabóia

inclinada que garante a captação e reflexão dos raios solares até mesmo de ângulos baixos

para o seu interior (Baker & Steemers, 2002).

Fig.1.5 – Woodland Chapel, Arq.º Gunnar Asplund, Stockholm, Suécia, 1915 ; Fig.1.6 e 1.7 – Law Courts Annex, Arq.º Gunnar Asplund, Stockholm, Suécia, 1937, (Fontes: Seier, Flyrk)

O Arquitecto Finlandês Alvar Aalto é também um exemplo de referência de retorno à dialectica

luz-sombra na busca de efeitos de iluminação capazes de devolver a dimensão da arquitectura

que esteve esquecida aquando da banalização da luz eléctrica. Em quase todos os seus

21

projectos incluiu a luz natural como consideração primária, recorrendo frequentemente a

clerestórios e clarabóias cónicas.

Fig.1.8, 1.9 e 1.10 – Biblioteca Rovaniemi (clerestórios, clarabóias cónicas e vista interior), Arq.º Alvar AAlto,

Stockholm, Suécia, 1915, (Fontes: site MIMOA)

A capela de peregrinação em Ronchamp (1950-55) do Arquitecto Le Corbusier, possui formas

voluptuosas e fluídas de betão e uma série de aberturas profundamente ‘escavadas’, que

colhem a luz natural e a dirigem para os principais pontos a iluminar. Este projecto expressa o

profundo conhecimento da manipulação da luz natural pelo Arq.º Corbusier, respeitando os

princípios racionais do movimento moderno (Fig.1.11 e 1.12).

Fig. 1.11 e 1.12 – Capela de peregrinação em Ronchamp, Vista exterior e vista interior da fachada com

aberturas profundas, Arq.º Le Corbusier, França, 1950-55, (Fonte: site Galinsky)

Na rota destes arquitectos mestres na manipulação da luz, deu-se a crise energética dos anos

setenta (despoletada a nível mundial) que recolocou a Iluminação Natural na ordem do dia e

como um dos requisitos primordiais para a conservação de energia nos edifícios. Para além

das suas vantagens energéticas outras razões começaram a sobressair no uso da luz natural

nos edifícios, como a sua superioridade relativamente à iluminação artificial no alcance do

conforto visual, na melhoria da performance intelectual e saúde dos seus utilizadores.

Actualmente os inúmeros avanços tecnológicos aumentaram as potencialidades de aplicação

da luz natural nos edifícios, tanto a nível estético como funcional. Com efeito, os avanços

tecnológicos juntamente com a intensificação do interesse pelas questões ambientais globais

levou à concentração de esforço na redução do consumo de energia nos edifícios através do

uso e aproveitamento máximo da Iluminação Natural.

22

1.2. História e evolução da Iluminação Natural na Arquitectura

Escolar

O ‘Education Act’ em 1870 foi um momento charneira na história da Arquitectura das Escolas

na Grã-Bretanha e em quase todo o mundo, pois tornou obrigatória a escolaridade para todas

as crianças, independentemente da sua proveniência ou estado mental. Até então, a baixa

densidade de massa estudantil não era suficiente para explorar as potencialidades de um

projecto ambiental e os edifícios escolares assemelhavam-se a casas de campo e pequenos

colégios.

Fig.1.13 - Primrose Hill Infants School, Londres, Arqº E. R. Robson, 1885, (Fonte: The victorian web)

A partir desta lei, a necessidade de iluminar, aquecer e

ventilar um grande número de novos edifícios escolares a

um custo reduzido, acabou por ser a força motora da

evolução da arquitectura das escolas, mesmo até aos dias

de hoje.

Com efeito, em 1874 foi publicado o livro ‘School

Architecture’ pelo Arqº E.R.Robson, onde foram ilustrados

os rápidos progressos e as regras a cumprir no design da

Iluminação Natural dos edifícios escolares, como a

existência de pelo menos 20% de envidraçado para a área

de pavimento. Estas medidas tinham já a consciência, para

além das razões económicas, da importância do conforto visual na aprendizagem (Fig.1.13)

(Mark Dudek, 2000).

No final do século XVIII, em Inglaterra, as escolas victorianas eram construídas em zonas

urbanas e muito densas. Esta situação conduziu à construção de edifícios escolares com

formas compactas e planos muito profundos. O hall central era iluminado com luz difusa

proveniente das janelas existentes no topo das paredes das salas adjacentes e a ventilação

era muito pobre, apesar do uso de engenhosos dispositivos de ventilação.

No entanto, a partir do século XX, uma nova forma de plano foi desenvolvida. A construção de

novos edifícios escolares deixou de acontecer em zonas altamente construídas e passou a ser

feita em zonas suburbanas com um generoso espaço livre disponível. Assim, as novas

construções deixaram de ser compactas e consistiam essencialmente numa linha de salas que

conectava com um corredor aberto ou com varandas, com luz abundante e ventilação cruzada.

As figuras 1.14 e 1.15, representam um importante exemplo desse novo design de escolas do

início do estilo modernista, que consequentemente se tornou muito influente.

23

Fig.1.14 e 1.15 – À esquerda: Vista interior do foyer com duplo pé direito com admissão de luz muito generosa, à direita: planta do 2º piso com salas de aula com ventilação cruzada e luz ambundante,

Escola primária Tehtaanmaki, Finlândia, Alvar Aalto, 1938, fonte: ‘Architecture of Schools’, (Fonte: Mark Dudek, 2000)

Na mesma época, com a crescente epidemia de tuberculose, surgiu um novo movimento

designado por ‘open-air school’. Este defendia a importância do ar e da luz na qualidade do

espaço escolar e como estratégia básica no combate à tuberculose infantil. Desta forma, as

escolas possuiam janelas e portas que se encontravam permanentemente abertas, mesmo em

dias de frio, garantindo constante ventilação natural e muita luminosidade (fig.1.16 e 1.17)

(Mark Dudek, 2000).

Fig.1.16 e 1.17 – Imagens interiores de escolas do movimento ‘open-air school’, fonte: American Lung Association of Central Indiana Collection housed in the Manuscript Section, Indiana Division, Indiana State

Library

A influência destes ideais na arquitectura das escolas prevaleceu até o período posterior à

Segunda Guerra Mundial (1939-45).

Nesta época do pós-guerra surgiu, também, um novo regulamento por parte do Departamento

de Educação e Ciência, que exigia em todas as salas de aula um Factor Luz Dia mínimo de

2%. Esta exigência originou edifícios escolares com excesso de áreas envidraçadas, que

conduziam a graves problemas de encandeamento nos alunos e professores, de

sobreaquecimento no Verão e de grandes perdas de calor no Inverno.

24

Foi precisamente para ultrapassar os problemas de desconforto térmico e brilho excessivo nos

edifícios escolares que, apartir de 1954, se adoptou a iluminação artificial como principal fonte

de luz. Assim, começou a surguir uma nova arquitectura de edifícios escolares com formas

mais compactas e janelas pequenas.

Esta tendência foi reforçada a partir da década de 60, com a banalização da energia eléctrica e

o seu baixo custo, nos Estados Unidos da América com o surgimento de novos defensores de

edifícios escolares sem janelas. Numa altura em que se desvalorizava as questões ambientais,

estes propunham um ambiente controlado,

sem distracções, com ventilação mecânica e

iluminação artificial. Esta arquitectura

totalmente dependente da iluminação artificial

e do ar-condicionado permitiu a construcção

de blocos agrupados de salas de aula sem a

preocupação da sua orientação solar e com

um total aproveitamento do terreno (Fig.1.18)

(Baker & Steemers, 1993).

Fig.1.18- Imagem exterior da Escola Elmstead Market, Essex, UK, (Fonte: Baker & Steemers, 1993)

Por outro lado, nem todos os arquitectos projectavam segundo este padrão de ecola. O facto

dos arquitectos possuírem um trabalho independente deu oportunidade ao surgimento de uma

arquitectura escolar mais rica que incluía a iluminação natural e a ventilação cruzada. A escola

primária Yately Newlands foi um dos primeiros exemplos de uma série de escolas construídas

no condado de Hampshire, em Inglaterra, com a conservação de energia como um dos

objectivos centrais. O seu gosto arquitectural afastou-se do modernismo e adoptou um

vocabulário mais tradicional, com um design de fachadas que variava segundo a necessidade,

permitindo uma melhor distribuição da iluminação natural (Baker & Steemers, 1993).

Mesmo assim, na maioria dos casos não existia um projecto de design de iluminação natural

para cada escola. A luz natural era vista como um acréscimo que faria parte da estética do

edifício e não como um requisito indespensável à funcionalidade do mesmo.

A recente consciencialização da Questão ambiental tem reconcentrado atenções tanto no uso

de energia pelos edifícios como na sua qualidade ambiental interior. Esta preocupação tem

sido uma directriz para muitos tipos de edificios, inclusivé as escolas, onde se podem encontrar

exemplos por toda a europa, onde o esforço consciente de design tem sido aplicado para

satisfazer os critérios técnicos e estéticos da iluminação natural.

25

2. Sistemas de Iluminação Natural

Este capítulo aborda primeiramente os conceitos físicos da luz solar, a forma como é

percepcionada a luz pelo olho humano, a sua importância no alcance do conforto visual e

descreve as grandezas fotométricas.

Na segunda parte é feita uma caracterização das estratégias básicas de iluminação natural

laterais e zenitais, dos dispositivos de sombreamento e dos dispositivos avançados de

iluminação natural, acompanhado-os de exemplos da sua aplicação em edifícios (escolares e

outros) e dos seus princípios de funcionamento. Por último, evidencia-se a relação

interdependente entre o desempenho luminoso de um edifício e o seu desempenho térmico.

2.1. A ciência da luz

2.1.1. A Luz Solar

O sol é a estrela do sistema solar que nos ilumina e aquece há cinco biliões de anos, e permite

a existência de vida na terra.

O potêncial do sol, em termos lumínicos e térmicos, é de grande importância. A radiação solar

que incide na terra é 3000 vezes maior do que a demanda energética mundial (Schittich, 2003).

No entanto, os edifícios continuam a responder a essa demanda quase exclusivamente com

energias não renováveis geradas a partir de combustíveis fósseis. Com efeito, o sol é uma

fonte de calor e luz que importa compreender na sua interacção com os edifícios, quer em

termos energéticos (valores da radiação solar), bem como em termos da sua posição ao longo

do ano, para desta forma, projectar da melhor forma o edifício em termos bioclimáticos

(Gonçalves H. & Graça, 2004).

A radiação global emitida pelo sol depende da constante solar, da latitude do local, do período

sazonal, das partículas em suspensão na atmosfera, do albedo da superfície terrestre

(quantidade de luz reflectida de uma maneira difusa por um corpo não luminoso e a quantidade

de luz incidente) e do clima. A quantidade total de energia solar que alcança uma fracção de

superfície terrestre num plano horizontal, designa-se por radiação global e é formada pela

componente da radiação directa e pela componente da radiação celeste (Viqueira,2005).

26

Fig.2.1 - Mapa da radiação solar horizontal diária em Portugal

Portugal é um dos países da Europa com maior

disponibilidade de radiação solar. Os seus valores

variam consideravelmente ao longo do ano, sendo

o mês de julho a apresentar o valor mais elevado

na região a sul do Tejo e Dezembro o mês com o

valor de radiação solar mais baixo na região do

Douro.

Esta variação de valores deve-se à obliquidade

dos raios solares (distância ao sol - latitude) e à

quantidade de nebulosidade que se regista em

Portugal nos meses de inverno. Assim, numa

análise mais geral da distribuição deste fenómeno, observa-se que a radiação global aumenta

de norte para sul e do litoral para o interior.

2.1.2. Percepção da Luz

“O olho humano , por meio da visão, é o meio de comunicação mais importante do homem.”

(Viqueira,2005).

O sol é o meio luminoso que permite o fenómeno da perceção da luz. Através da sua radiação

ilumina os objectos que por sua vez reflectem a luz que estimula o olho humano.

No entanto, como será explicado adiante apenas uma parte dessa radiação solar é capaz de

produzir sensação visual. Dá-se a designação de radiação solar à energia radiante emitida pelo

Sol, em particular aquela que é transmitida sob forma de radiação electromagnética. Esta pode

ser ordenada num espectro de acordo com a energia, frequência ou comprimento de onda:

ondas de rádio, micro-ondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios X e

raios gama.

Fig. 2.2 – Espectro Electromagnético

17 Mj/m2

16 Mj/m2

15 Mj/m2

14 Mj/m2

27

A luz é a energia radiante responsável pela sensação visual de claridade. O espectro visível

corresponde apenas ao intervalo de comprimentos de ondas electromagnéticas, situado entre

380 nm e 780 nm (1 nanometro = 10-9 m) e a cada frequência deste intervalo é associada uma

cor. Esta propriedade que permite o olho humano produzir sensação visual apenas num

determinado intervalo do espectro, denomina-se de selectividade. O olho humano não é

igualmente sensível a todas as cores do espectro visível, os diferentes comprimentos de onda

(as diferentes cores) produzem diversas sensações de luminosidade.

Assim, o olho humano caracteriza-se do ponto de vista fisiológico como um complexo orgão

sensorial responsável pela conversão da energia luminosa, que recebe da sua relação

espaço-temporal dos objectos no seu campo visual, em sinais eléctricos através de um

maravilhoso processo no cérebro.

Este, estrutura-se em dois grupos especializados de

componentes que interactuam entre si: os componentes

ópticos (córnea, lente cristalino, pupila e líquido intraocular) e

os componentes neurais (retina e nervo óptico).

Fig.2.3 – Estrutura do olho humano

Quando os raios de luz reflectidos pelo objecto passam através da córnea, o cristalino e o

corpo vítreo, são refractados e é formada uma imagem invertida na retina, que actua como um

filme fotográfico sensível à luz. Por sua vez, essa imagem invertida chega até ao cérebro,

através de impulsos eléctricos enviados pelo nervo óptico, no qual sofre a re-inversão, sendo

interpretada correctamente.

As diferenças marcantes existentes entre os dois elementos principais da retina, os cones e os

bastonetes, explicam importantes propriedades do olho humano.

Os cones são muito sensíveis às cores e quase insensíveis à luz, actuam quando o olho

recebe muita luz e permitem ver detalhes e cores (visão fotópica). Pelo contrário, os bastonetes

são muito sensíveis à luz actuando quando se recebe pouca luz e são pouco sensíveis às

cores, por esta razão, quando anoitece, o olho começa a perder a capacidade de apreciar as

cores (visão estocópica).

Assim, a sensibilidade dos olhos para as cores pressupõe também uma sensibilidade na

percepção de diferentes luminosidades dessas mesmas cores.

Para além do nível de iluminação existente, a distância à qual se encontra um objecto do olho

humano também influência a visibilidade do mesmo. Quanto maior for a distância do objecto ao

olho, menor será a visibilidade. No entanto, a visibilidade pode ser melhorada com o aumento

28

do nível de iluminação do objecto. Esta capacidade de se ajustar às diferentes distâncias dos

objectos e obter desta forma uma imagem nítida na retina, tem o nome de acomodação.

O olho humano possui também a habilidade de ver detalhes, de reconhecer com nitidez e

precisão os objectos. Denomina-se por acuidade visual e é definida como um valor que

expressa a proporção entre o tamanho do detalhe crítico da tarefa e a distância desta até o

olho. Esta depende não só do contraste entre o objecto e o seu entorno imediato, mas também

do tamanho do objecto, da distância do qual é visto, do tempo de visão, da composição

espectral da luz disponível, do nível de iluminação e de possíveis perturbações no campo de

visão (Vianna e Gonçalves, 2004).

Através da abertura e fechamento da pupila, o olho adapta-se às diferentes luminâncias e

cores dos objectos. O tamanho da pupila é controlada pela íris, quanto maior estiver a pupila

maior será a quantidade de luz admitida no olho. Em situações de grande iluminância, a íris

reduz o tamanho da pupila para reduzir a entrada de luz no olho.

Esta característica, a adaptação, é dominante na visão humana e resulta de um complexo

processo fisiológico e depende não só de condições exteriores ao olho, como a qualidade de

física da luz que ilumina ou da cor, mas também de condições intrínsecas ao olho como é a

sua idade e o seu estado de saúde.

2.1.3. Medição da Luz

Para melhor compreender o fenómeno da luz, é necessário estudar as grandezas fotométricas

que nos permitem quantificar e qualificar a luz. As principais grandezas fotométricas são: fluxo

luminoso, potência, eficiência luminosa, intensidade luminosa, iluminância, luminância,

contraste, índice de restituição de cor e temperatura de cor.

Frequentemente, estudos têm considerado a luz artificial a natural equivalentes, referindo

meramente os níveis de iluminância recomendados. Esta atitude leva a uma interpretação

errada e redutora das vantagens da iluminação natural (Givoni, 1998). Desta forma, é

fundamental o estudo de todas estas grandezas e variáveis na compreensão da qualidade

superior da iluminação natural relativamente à artificial.

E apesar dos avanços tecnológicos conseguidos na iluminação eléctrica, continua a existir uma

forte preferência humana, em estar perto de uma janela, e pelos edifícios naturalmente bem

iluminados.

29

A luz do dia é a fonte que melhor responde aos requerimentos da visão humana por

proporcionar o melhor ambiente visual possível. Esta proporciona uma excelente qualidade

quer quanto à direcção, quer quanto à aparência e à restituição de cor (O.A., 2001).

Recordando o trabalho de Vitrúvio, primeiro arquitecto e engenheiro romano do século I a.C a

estudar os aspectos qualitativos e quantitativos da iluminação natural, este propôs regras

explícitas para avaliar se um interior seria bem iluminado. Com efeito, um local saudável seria

aquele orientado de forma a permitir uma perfeita inclusão da iluminação natural.

Fig.2.4 e 2.5 – Biblioteca Universitária de Aveiro, Siza Vieira, 1988-1995, (Fonte: El croquis, 2000); vista interior de um escritório iluminado artificialmente

Para além disso, as vistas para o exterior que muitas vezes acompanham a iluminação natural

num determinado espaço são muito apreciadas pelos seus utilizadores pela qualidade de vida

que proporcionam. Estes também “tendem a aceitar, em espaços naturalmente iluminados,

uma variação na intensidade da luz superior à que estão dispostos a tolerar em de sistemas de

iluminação artificial” (O.A., 2001).

A luz do dia, resulta da combinação entre a luz directa do sol, a luz do céu e a luz indirecta. A

luz directa é a luz resultante dos raios solares. Ao passar pela atmosfera, os raios solares

sofrem refracção e reflexão e originam a luz da abóbada celeste (luz do céu). Por sua vez, a

luz reflectida pelo exterior dos edifícios, dos pavimentos, da vegetação, da água ou da neve e

das superfícies interiores dos edifícios é denominada por luz indirecta.

Ela depende directamente, mas não só, do factor dinâmico do sol. Com efeito, a luz natural,

especialmente a de céu descoberto, varia em direcção e intensidade ao longo do dia.

Apesar das alterações da luz natural no interior de um edifício serem uma causa das condições

do céu, as medições absolutas dessas iluminâncias não são directamente indicativas da

situação lumínica dos espaços interiores de um edifício.

Assim, a iluminação natural de um espaço interior de um edifício depende de vários factores:

clima, latitude do local, estação do ano, hora do dia, condições de nebulosidade do céu,

distribuição das iluminâncias no hemisfério celeste, orientação do compartimento em questão,

posição e orientação das janelas do compartimento, geometria do compartimento, reflectâncias

30

dos materiais das superfícies interiores e existência de dispositivos solares que protejam ou

maximizem o impacto solar.

2.1.3.1. Medição da Luz Natural

Conceitos e Grandezas fotómetricas:

A iluminância é uma grandeza de luminosidade, expressa em lux (lx), que relaciona o fluxo

luminoso que inside na direcção perpendicular a uma superfície com a área da mesma. Esta,

variando segundo o fluxo luminoso multidireccional, não se distribui uniformemente pelo

espaço e a sua medição não possui os mesmos valores em todos os pontos da mesma

superfície. Assim, a iluminância não será igual em diferentes pontos da mesma superfície.

A iluminância é quantidade de luz recebida por uma superfície. Assim, esta depende

unicamente da intensidade luminosa da fonte que ilumina e das condições de incidência. No

entanto, uma mesma iluminância poderá originar diferentes luminâncias pois as superfícies que

recebem a mesma iluminância podem possuir diferentes capacidades de reflexão.

A luminância caracteriza-se pela sensação de claridade que a superfície produz nos olhos que

por sua vez é transmitida ao cérebro. É uma medida da densidade da intensidade de uma luz

refletida numa dada direção, cuja unidade é a candela por metro quadrado (cd/m2).

A luminância de uma superfície depende não só da iluminância que recebe mas também das

suas propriedades de reflectância (luminância = iluminância x reflectância).

“A reflectância é o poder reflector de uma superfície, expressa em percentagem. Exprime a

proporção de fluxo luminoso incidente numa superfície que é reflectida na direcção do

observador, para dar à superfície a sua luminância” (Hopkinson, 1980).

A sensação de luminosidade produzida pela reflecção do fluxo luminoso numa superfície é

também designado por brilho.

O valor absoluto do brilho pode ser medido por um fotómetro através da grandeza fotométrica

luminância (cd/m2). No entanto, o olho humano percepciona o brilho ou a luminosidade de um

objectivo de forma subjectiva, isto é, relativamente à luminosidade existente no ambiente

envolvente ao mesmo (Lechner, 2001).

Assim, é possível aumentar a performance visual através da diminuição da luminosidade do

plano de fundo (“background”), que por consequência irá aumentar a luminosidade relativa da

tarefa (aumento da sensibilidade do olho humano à luz).

31

Esta diferença de luminosidade entre um objecto (tarefa) e o plano de fundo imediato designa-

se por contraste e é expressa pela fórmula: C = (L objecto – L fundo)/ L fundo.

Quantificação lumínica:

A quantificação dos níveis de iluminação natural num espaço interior de um edifício pode ser

feito através da medição das iluminâncias nos vários planos de trabalho. No entanto, como a

luz natural varia bastante a avaliação da iluminação natural num espaço interior com base

neste método torna-se ineficaz. Com efeito, a principal característica da luz natural é a sua

variabilidade. Varia em magnitude, conteúdo espectral, e distribuição segundo diferentes

condições metereológicas, ao longo do dia e do ano, em diferentes latitudes.

Assim, para quantificar a iluminação natural dentro de um edifício o parâmetro de uso mais

generalizado é o Factor de Luz do Dia (FLD). Este, expressa-se em percentagem e resulta do

quociente entre a iluminância num dado ponto de um dado plano no interior de um

compartimento devida a um céu de distribuição de luminâncias conhecida (E int), e a

iluminância exterior num plano horizontal proveniente de um hemisfério desobstruído desse

céu (E ext), segundo a seguinte expressão:

DF (%) = (E int /E ext) x 100

Neste quociente, não se inclui a contribuição da radiação directa nas iluminâncias. Sendo que

um Factor Luz do Dia igual a 5% significa que num dia de céu enublado, quando a iluminação

no exterior é de 2,000 CD/m2 (fc) , a iluminação no interior será de 100 CD/m2(fc).

A tabela x representa os valores mínimos do Factor Luz Dia para diferentes espaços de um

edifício. Se o Factor Luz Dia medido for superior ao valor correspondente nesta tabela, significa

que a luz natural nesse espaço interior é mais do que suficiente. Ao multiplicar o valor do

Factor Luz Dia medido pelo valor da média da iluminação sob céu enublado da tabela 2.2,

determina-se o valor mínimo da média da iluminação no interior do edifício.

Tabela 2.1 – Valores mínimos típicos do Factor Luz Dia, fonte: Lechner, 2001

Tabela 2.2 – Média da iluminação sob céu enublado, fonte: Lechner, 2001

32

Esta percentagem do FLD permanece constante para qualquer variação de nebulosidade, pois

a variação de iluminância no exterior reflecte-se no nível de iluminância interior. Desta forma, o

parâmetro FLD consegue expressar o desempenho e eficácia de um espaço interior em termos

de iluminação natural.

O brilho relativo entre o interior de um determinado compartimento e a sua janela é uma

consideração importante no design da Iluminação Natural. O FLD consegue também ser um

bom indicador dessa relação e quanto maior for o seu valor menor será a diferença de brilho

entre ambos.

Deste modo, o FLD demonstra ser eficaz na quantificação da luz natural que atinge um referido

local no interior do edifício, do seu brilho e da performance do sistema de iluminação existente,

no entanto, não permite avaliar o grau de “conforto ou disconforto visual que resultará da visão

dum céu brilhante, visto através de uma janela” (Hopkinson, 1980).

Qualidade da luz natural: Requisitos de conforto visual

O conforto visual e uma boa visão, no espaço interior de um edifício, depende não só da

quantidade de luz natural disponível (Factor de Luz do Dia) mas também da qualidade da

mesma e, por outro lado, da acuidade visual inerente a cada indivíduo.

Tal como já foi referido a iluminação natural é a que melhor corresponde às necessidades

visuais do olho humano. A luz do sol é a radiação mais completa que existe em termos de

comprimentos de onda de radiação visível, como tal a mais saudável para os olhos humanos,

possuindo o melhor índice de restituição de cor, a melhor aparência e direcção. Através da sua

constante mudança no tempo e no espaço, a luz natural, fornece os estímulos que

desencadeiam os processos fisiológicos que evitam o síndrome SAD (Seasonal Affective

Disorder). Assim, permite ajustar os ritmos cronobiológicos do ser humano e muitas vezes vem

a par de vistas para o exterior que contribuem para o bem-estar dos utilizadores do espaço.

Com efeito, um espaço que usufrui de uma iluminação natural de qualidade permite a

execução das tarefas de forma confortável e eficaz (conforto visual).

O estudo e a avaliação qualitativa da iluminação natural deverá incluir: a distribuição espacial

das iluminâncias, contrastes e sombras (rácios de luminância), o índice de restituição de cor e

o brilho.

Uma distribuição mais ou menos uniforme de luz no espaço e sem contrastes excessivos

deverá acompanhar uma suficiente e adequada quantidade da mesma. Caso contrário, a

existência de focos muito intensos de luz no campo de visão ou a existência de níveis de

33

luminância deficientes para a execução da tarefa poderá originar fadiga e cansaço visual,

diminuindo a sensibilidade do olho humano e conduzindo à falta de atenção na realização das

tarefas.

Assim, a performance visual é auxiliada por uma iluminação que proporcione rácios de

luminância apropriados no ambiente interior de um edifício, sendo desejável que a tarefa visual

constitua o objecto mais iluminado do campo de visão. Apesar do olho humano possuir a

capacidade de se adaptar a uma grande variação de luminância (brilho), não consegue

adaptar-se a dois níveis de luminância muito diferentes em simultâneo.

Estudos feitos no campo da performance visual sugerem que a situação ideal seria uma

luminância do plano de fundo semelhante à luminância da tarefa. Como esta condição é muito

raramente garantida, um rácio de luminância entre a tarefa e o plano de fundo imediato de 3 : 1

é aceitável no alcance do conforto visual. No entanto, entre a tarefa e o plano de fundo mais

remoto admite-se um rácio de luminância até 10 : 1 e entre dois pontos do mesmo plano um

rácio de luminância máximo de 40 : 1 (Baker & Steemers, 1993).

O fenómeno visual que originado pela referida presença de grandes contrastes no campo de

visão designa-se por encandeamento. Segundo Hopkinson, estem dois tipos de

encandeamento: o encadeamento incapacitante que acontece quando uma fonte de luz

brilhantes provocam uma dispersão de luz no olhar designado por efeito “de véu”, diminuindo a

capacidade visual do observador; e o encadeamento desconfortável que ocorre quando

existem fontes excessivamente brilhantes no campo de visão provocando desconforto visual

apesar de não inibirem a capacidade visual.

Por ser uma sensação subjectiva, não se consegue quantificar o encandeamento. No entanto,

existe o índice de encandeamento que pode ser calculado através da relação entre os factores

que regem o encadeamento (permitindo o controlo do encandeamento): luminância do céu e

das cercanias, quantidade de céu brilhante visível, direcção da radiação da fonte que ilumina

(radiação directa ou indirecta/reflectida), reflectância dos materiais no interior, etc.

2.1.3.2. Medição da Luz Artificial

Sem luz não hà cor e no caso de um espaço iluminado artificialmente, a percepção dos

objectos depende da capacidade da lâmpada escolhida em reproduzir diferentemente as cores

dos mesmos.

Segundo a Comission Internacionale d’Eclaraige (CIE), esta capacidade designa-se por índice

de restituição de cor (IRC) e classifica-se segundo uma escala qualitativa de 0 a 100: de 50 a

34

80 o IRC é razoável; de 80 a 90 é bom; e de 90 a 100 considera-se um IRC muito bom. Esta

medição é feita através da comparação da luz da fonte com a luz do dia. A luz a ser testada é

colocada sob o efeito de oito cores, é medido o desvio para cada cor e determinado um valor

em percentagem (quanto maior o desvio, menor o índice) (Vianna e Gonçalves, 2001).

Idealmente a luz artificial deveria possuir o mesmo IRC da luz natural. Assim, a luz artificial

tenta aproximar-se do índice de reprodução de cor da luz natural, 100, por esta possuir o

melhor índice de restutuição de cor, proporcionando a mais correcta percepção das cores dos

objectos.

A capacidade da lâmpada reproduzir bem as cores (IRC) é independente da sua temperatura

de cor. A temperatura de cor, expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz,

sendo a sua unidade de medida o Kelvin (K).

Quanto mais alta for a temperatura de cor, mais clara será a tonalidade de cor da luz. A

referência a luz quente ou fria, não tem a ver com o calor físico da lâmpada, mas sim com a

tonalidade de cor que a luz apresenta ao ambiente. Luz com tonalidade de cor mais suave

torna-se mais aconchegante e relaxante, luz mais clara torna-se mais estimulante.

Como se pode observar na figura 2.6, as lâmpadas podem ser

divididas de acordo com a sua aparência de cor (temperatura de

cor correlata): é uma luz quente quando possui um valor inferior a

3300 K (branca-avermelhada); luz intermédia quando tem um valor

entre 3300 e 5000 K (branca) e uma luz fria quando os valores são

superiores a 5000K (branca-azulada). Assim, ao contrário do que

se poderia pensar, uma luz quente não possui uma temperatura

elevada mas sim o oposto.

Fig.2.6 – Temperatura de cor

O fluxo luminoso, de uma fonte luminosa, é a radiação total emitida em todas as direcções

pela mesma, dentro do intervalo do espectro electromagnético que produz estímulos visuais

(380 a 780 nm) e exprime-se em lumens.

No caso da iluminação artificial, este depende do sistema e do tipo de lâmpada escolhidos em

função do nível de iluminância que se pretende obter no projecto em questão. No entanto,

como a fonte luminosa nunca irradia luz de forma uniforme em todas as direcções, é

necessário medir o fluxo luminoso nas direcções desejadas para se aferir quantos lumens são

emitidos pela mesma.

O fluxo luminoso irradiado na direcção de um determinado ponto, designa-se por intensidade

luminosa.

35

Por sua vez, a eficiência luminosa de uma lâmpada é calculada pela divisão entre o fluxo

luminoso emitido em lúmens e a potência consumida pela lâmpada em Watt. A unidade de

medida é o lúmen por Watt (lm/W). Uma lâmpada proporciona uma maior eficiência luminosa

quando a energia consumida para gerar um determinado fluxo luminoso é menor do que da

outra.

2.2. Dispositivos de Iluminação Natural

As estratégias básicas de iluminação natural devem fazer parte da fase inicial da concepção de

um edifício. Estas variam segundo a localização do edifício, das respectivas características

locais (em situação urbana, com a existência de edifícios vizinhos ou isolado), do clima e

padrão solar em questão.

O sol segue um previsível padrão diurno e anual, sendo a intensidade da sua radiação no

edifício a diferentes horas e estações previsível e passível de ser controlada pelas estratégias

de iluminação natural adoptadas. Essas estratégias incluem a forma e as dimensões do

edifício, a sua implantação (em situação urbana ou isolada), localização e orientação das

aberturas, o sombreamento das aberturas e as características das superfícies (cores e

reflectâncias).

Fig.2.8 – Percurso do sol ao longo do ano em Portugal, (fonte: Gonçalves e Graça, 2004)

A diferenciação do padrão de radiação nas diferentes orientações depende da latitude da

localização do edifício.

No caso de Portugal, encontrando-se a norte do equador o seu padrão de radiação solar está

expresso na figura 2.8:

36

- no solstício de Inverno, no dia 21 de Dezembro, o ângulo de altura do sol é o mais baixo de

todo o ano. O sol nasce próximo da orientação sudeste e põe-se próximo da orientação

sudoeste;

- nos Equinócios, a 21 de Março e 21 de Setembro, o sol nasce na orientação Este e põe-se na

orientação Oeste;

- no solstício de Verão, a 21 de Junho, o ângulo de altura do sol é o mais alto de todo o ano. O

sol nasce próximo da orientação Nordeste e põe-se próximo da orientação Noroeste, variando

o ângulo de azimute do nascer e do pôr-do-sol com a latitude do lugar.

Orientação:

O modo como estão orientadas as fachadas e as respectivas janelas têm uma enorme

influência na Iluminação Natural disponível no interior do edifício.

Deste modo, as janelas podem ser classificadas segundo a sua orientação:

- As janelas da fachada Sul : possuem elevado nível de luminosidade e iluminação um pouco

variável.

No Inverno sendo necessário o aquecimento dos edifícios, esta orientação é vantagosa pois

origina elevados ganhos de energia. No entanto, a radiação solar directa deverá ser evitada

através de sistemas de controlo sombreadores de forma a salvaguardar o conforto visual dos

utentes do edifício.

No Verão, apesar dos ganhos não serem tão elevados é necessário minimizá-los de forma a

evitar o sobreaquecimento do edifício. O controlo da radiação directa no edifício no verão é

facilitada pela posição elevada do sol (próxima do zénite) e rapidamente ultrapassada com o

uso de uma pala sombreadora sobre o vidro.

- As janelas da fachada Norte: em termos de radiação solar directa é a menos problemática

mas também a mais fria.

No Inverno, possui baixo nível de luminosidade, por não receber nenhuma radiação directa

mas por outro lado a sua iluminação é constante e difusa a partir da abóboda celeste. Esta

orientação no Inverno pode originar grandes perdas de calor e aumentar a necessidade de

aquecimento do edifício.

No Verão, recebe apenas uma pequena fracção de radiação directa do sol no início da manhã

e no final do tarde, proporcionando também uma iluminação quase sempre constante ao longo

dia. Esta orientação no Verão tem grande vantagem, na medida em que, não origina grandes

ganhos de calor e evita a necessidade de arrefecimento do edifício.

37

- As janelas das fachadas Este: no Inverno esta orientação recebe apenas uma pequena

fracção de radiação durante poucas da manhã, pelo facto do sol nascer próximo da orientação

Sudeste.

No Verão, esta orientação possui elevada radiação solar durante toda a manhã, desde o

nascer do sol na orientação Nordeste até ao meio-dia. Esta orientação origina grandes ganhos

calor numa estação em que é necessário arrefecer os edifícios. A sua radiação solar possui

ângulos de incidência quase perpendiculares às fachadas, sendo por isso muito difíceis de

controlar.

- As janelas das fachadas Oeste: possuem efeitos semelhantes às da orientação Este, com a

excepção de ocorrerem no período contrário do dia.

No verão a radiação solar incide com toda a força nestas fachadas, durante a tarde, no período

mais quente do dia. O seu controlo é complicado pelo facto de possuir ângulos de incidência

praticamente perpendiculares às fachadas desta orientação.

Assim, esta orientação é a mais problemática no Verão por originar grandes ganhos de calor

nos edifícios, numa estação em que é necessário arrefecer os mesmos. Deste modo, é

necessário prestar especial atenção ao dimensionamento dos vãos envidraçados nestas

fachadas e à definição dos seus sombreamentos.

No Inverno, as fachadas desta orientação recebem recebem somente radiação durante poucas

horas da tarde, e como os ângulos de incidência da radiação são elevados o seu efeito é

reduzido.

Existe também a orientação Sudeste, como uma possível e boa orientação. Esta orientação

recebe apenas radiação solar directa no inverno e durante grande parte da manhã. Assim os

ganhos solares acontecem apenas na estação necessária e somente no início do dia quando a

temperatura ambiente é baixa. Durante o Verão uma fachada orientada nesta orientação não

receberá nenhuma radiação solar directa, reduzindo a ocorrência de sobreaquecimento.

Um dos primeiros exemplos de referência de adaptação de um projecto ao clima e à trajectória

do sol, através da sua forma, implantação e orientação, foi a casa “Jacobs II” (Figura 2.9)

desenhada em 1943, pelo Arquitecto Frank Lloyd Wrigh, é também conhecida por Hemiciclo

Solar (Gonçalves e Graça, 2004).

A Sul possui uma fachada com grande área envidraçada e de forma côncava que, durante o

Inverno, permite a entrada de radiação solar durante todo o dia e no Verão produz

sombreamentos a si mesma, que reduzem a incidência de radiação indesejada. A Norte,

possui uma forma convexa e em grande parte enterrada que diminui as perdas de calor no

Inverno. Nesta fachada possui também janelas superiores que permitem a captação da luz

difusa e constante da orientação Norte.

38

Fig. 2.9 e 2.10 – Fachada Sul e Esquema volumétrico da Casa Jacobs II, fonte: INETI, Conceitos bioclimáticos para os edifícios em Portugal, Helder Gonçalves e João Mariz Graça, Página 8.

É impossível deixar de notar a influência que o Projecto do Hemiciclo Solar teve na concepção

arquitectónica no projecto de uma Escola Primária na cidade de Bristol em Inglaterra, pelo

Arquitecto Craig White no ano de 2004 (Fig.2.11 e 2.12).

No entanto, o projecto da Escola Primária, ao contrário da Casa Jacobs II, possui os seus

espaços principais orientados a Norte. Esta situação, juntamente com as clarabóias existentes,

permite a captação de uma luz constante e óptima para a execução de tarefas visuais sem a

existência de encandeamento.

Fig. 2.11, 2.12 e 2.13– (x) Vista exterior da fachada Norte, (r) Vista interior de salas de aula iluminadas com luz uniforme da orientação Norte (lateral e zenital), ideal para aulas de Arte e (j) Planta piso térreo, Escola Primária para 210 alunos, White Design Associates Ltd, Bristol, UK, (fonte: Velux, 2007)

Forma e implantação:

A luz natural penetra no edifício pelas suas aberturas. Através de uma determinada fachada, a

luz natural irá penetrar no edifício até uma certa profundidade. “Deste modo, as dimensões do

edifício, tanto em planta como em corte, irão ditar a quantidade de luz admitida” (Baker &

Steemers, 2002)

39

A forma e as dimensões do local de implantação irão limitar a forma do edifício. E no caso de

se tratar de uma implantação em local densamente urbanizado, os edifícios adjacentes

poderão obstruir a entrada de radiação solar no edifício. Deste modo, desde a fase inicial do

projecto, o design de iluminação natural do edifício deve ser uma das considerações principais

no seu desenvolvimento.

A luz natural num espaço interior diminui com a distância à janela, assim as zonas mais

fastadas da janela são as menos iluminadas. Quanto mais profundo for o espaço, menos

uniforme será a iluminação natural no mesmo, e os utilizadores que se encontram mais

afastados da janela poderão sentir necessidade de recorrer à iluminação artificial durante o dia.

Assim, um determinado compartimento de um edifício terá melhor iluminação se a sua

profundidade não for muito superior à sua altura e se a mesma não exceder duas vezes a

altura que vai desde o pavimento à parte superior da janela, e se a superfície da parede

adjacente à parede que contém a janela for pintada de uma cor reflectiva (especular).

Existem também sistemas sombreadores com cores luminosas ou até sistemas de iluminação

avançados, que irão ser detalhados posteriormente, que poderão aumentar a profundidade da

penetração da luz natural e torná-la mais uniforme. E, quando a luz captada pelas fachadas

verticais não é suficiente para satisfazer as necessidades do espaço, pode-se recorrer à

iluminação zenital (será detalhada mais adiante).

Características dos materiais:

A textura e a cor dos materiais tanto no exterior como no interior do edifício influência a

quantidade e a qualidade de iluminação natural existente nos espaços interiores do mesmo.

Com efeito, a iluminação natural no interior do edifício advém da radiação directa do sol, da

radiação da abóboda do céu, da radiação reflectida nas superfícies exteriores ao edifício (chão,

vegetação e fachadas de edifícios) e da luz reflectida também nas superfícies interiores do

espaço a iluminar (paredes, chão, tecto e mesas de trabalho no caso de uma sala de aula).

Deve-se não só controlar possíveis reflecções de luz indesejadas mas também tirar partido das

mesmas de forma a melhorar a Iluminação Natural interior.

Deste modo, é necessário conhecer as características dos materiais. “A textura da superfície

dos materiais, que pode ser desde ‘mat’ (luz reflectida de forma difusa e em igual quantidade

em todas as direcções) a especular (luz reflectida apenas numa direcção), afecta a natureza da

luz reflectida”(Baker & Steemers, 1993).

As cores dos materiais possuem diferentes reflectâncias. O uso de cores claras, tanto no

exterior como no interior de um edifício, permite uma maior reflectância da luz até a uma zona

40

mais profunda do seu interior e conferem uma luz mais difusa ao espaço, evitando a existência

de sombras e contrastes excessivos de claridade.

Na reflecção da luz num espaço do interior do edifício, o tecto e as paredes devem possuir os

índices de reflectância mais elevados, em detrimento do chão e da mobília que são superfícies

reflectoras menos importantes.

2.2.1. Sistemas de Iluminação lateral

A componente básica de iluminação lateral é a janela. Esta caracteriza-se como a abertura ao

enclausuramento vertical de um edifício que permite o relacionamento entre o exterior e o

interior do mesmo.

No entanto, o uso simples da janela poderá originar uma série de problemas que irão prejudicar

a performance do edfício: o índice de iluminação diminui em demasia à medida que o utilizador

se fasta da janela e poderá ser excessivo junto à mesma, provocando encandeamento; a visão

directa do céu também poderá ser uma fonte excessiva de brilho e no verão poderá potenciar o

sobreaquecimento. Deste modo, o seu uso deve ser acompanhado de estratégias que

aproveitem da melhor forma as condições climáticas exteriores ao edifício e permitam

responder às necessidades visuais dos utilizadores.

Tipo de vidro:

O tipo de vidro escolhido é um elemento de elevada importância na iluminação natural e

desempenho térmico de um determinado espaço, pois influência o seu consumo de energia

gasto na climatização (aquecimento e arrefecimento) e iluminação. Este é caracterizado

segundo o valor de transmissão térmica (W/m2 K), e percentagem de transmissão de luz.

Comparando um vidro simples com um vidro duplo, o primeiro tem uma transmissão térmica de

5,4 W/m2 K e deixa passar cerca de 87% da luz incidente, enquanto que o segundo tem uma

transmissão térmica menor de 2,8 W/m2 K e transmite 75% da luz incidente. Apesar do vidro

duplo transmitir menos luz do que o simples, à medida que a área de envidraçado aumenta as

necessidades de energia para a iluminação artificial mantêm-se e os benefícios térmicos do

vidro duplo tornam-se significativos na performance energética do edifício.

41

Vidro múltiplo preenchido com gás:

O espaço entre as várias camadas de vidro pode ser preenchidas com gases purificados da

atmosfera (árgon, krypton e xénon) e selado, gases que por serem maus condutores de calor

conferem um poder isolante consideravelmente maior do que ar atmosférico. Assim, os

envidraçados duplos preenchidos com estes gases nobres conseguem um isolamento cerca de

20% superior aos preenchidos com gás atmosférico e conseguem transmitir a mesma

percentagem de luz natural.

Vidros de baixa emissividade (low-e):

Combinando o preenchimento do vidro com gases nobres e a utilização de vidros de baixa

emissividade, obtêm-se os melhores resultados. Existe uma enorme diferença entre o vidro

simples ou o vidro duplo convencional e o vidro duplo de baixa emissividade preenchido com

gás nobre. O vidro duplo de baixa emissividade preenchido com Árgon, por exemplo,

representa uma melhoria de 44% na capacidade de isolamento relativamente ao vidro duplo

convencional.

Trata-se de uma capa baixo emissiva (low-e) que se coloca nos vidros e minimizam as perdas

energéticas, permitindo assim um maior conforto e poupança energética no interior do edifício

sem prejudicar a tramissão de luz. Funciona pela diferença de temperatura e reflete o calor de

volta para a fonte, seja ela externa ou interna. Deixa passar a luz natural, mas barra as

radiações UV e IV.

O valor do coeficiente de transmissão térmica de uma janela depende não só do tipo de vidro

mas também do tipo de esquadria que o sustenta. Como se pode observar na tabela 2.3, a

esquadria de madeira possui o valor de U mais satisfatório . No entanto, a força mecânica do

alumínio permite uma estrutura mais fina da esquadria da janela e uma área de envidraçado

maior, diminuindo assim a perda de calor através do entorno da janela.

Tabela 2.3 – valores típicos dos coeficientes de trasnmissão térmica para diferentes esquadrias de janelas, Fonte: Baker & Steemers, 2002

42

A janela horizontal elevada, permite optimizar a entrada de luz natural no espaço a iluminar.

A sua forma horizontal, em vez de vertical, favorece uma maior captação de luz natural e a sua

elevada altura permite uma maior profundidade de espaço iluminado, sendo a zona útil

iluminada naturalmente aproximadamente duas vezes a distância desde o plano do chão à

parte superior da janela.

Fig. 2.14 – Janelas horizontais acima do nível do plano de trabalho, Escola Secundária em Klaus, Austria, Architects: Dietrich and Untertrifaller, Bregenz,(Fonte: Campagno, 2003)

Num espaço iluminado com janelas horizontais amplamente distribuídas a luz será distribuída

de forma mais uniforme, evitando grandes constrastes que originariam o encandeamento dos

ocupantes.

Fig.2.15 – Janelas horizontais superiores, Harmony Library, Colorado, U.S.A., (Fonte: Daylight Dividends_Case of study, 2004 Rensellaer Polytechnic Institute)

Fig.2.16 – Janelas horizontais elevadas, Pavilhão Desportivo, Wangi, Suíça, Architects: Fent Solar Architecture, Wil, (Fonte: Campagno, 2003)

Por outro lado, estas janelas não permitem o contacto dos utilizadores do espaço com o

exterior e o seu uso deve limitar-se a espaços nos quais este factor não é muito importante,

como é o caso da zona de arquivo de livros de uma biblioteca (Fig.2.15) ou um pavilhão de

desportos colectivos (Fig.2.16).

43

Deste modo, pode-se recorrer a janelas vocacionadas para a vista do exterior e para a

iluminação natural. As janelas posicionadas na zona mais elevada na parede são vocacionadas

para iluminar naturalmente o espaço e as colocadas ao nível dos olhos dos ocupantes de

forma a proporcionar vistas para o exterior.

Este sistema de janela dupla com prateleira de luz permite, numa orientação a sul com

radiação directa, a penetração da luz a uma maior profundidade do espaço, cerca de duas

vezes a altura a que se encontra a janela superior (Fig.2.17).

Fig.2.17 – Profundidade de penetração da luz num

espaço com uma prateleira de luz orientada a sul ,

fonte: Heating, cooling, lighting : design methods

for architects, Norbert Lechner, New York : Wiley,

cop. 2001, pág. 379.

A iluminação bilateral de um espaço é

conseguida através da colocação de janelas em mais do que uma parede do mesmo. Esta é

preferível à iluminação unilateral, por garantir uma melhor distribuição de luz e por reduzir os

contrastes excessivos no espaço.

Iluminação bilateral feita por janelas em paredes adjacentes, é especialmente eficaz numa boa

distribuição de luz e reduçao do encandeamento.

Fig.2.18 – A distribuição de luz é melhorada com a sua admissão em mais do que um ponto, fonte: Lechner, 2001

O posicionamento das janelas adjacentes às paredes interiores também permite uma

distribuição de luz mais uniforme pelo espaço. As paredes interiores adjacentes às janelas

reflectem a luz incidente redistribuindo-a de forma difusa, reduzindo o encandeamento da

radiação solar directa.

Claro está, que a incidência directa da radiação solar deve ser controlada e atenuada, através

de vegetação e/ou dispositivos de sombreamento, para evitar o encandeamento dos ocupantes

e para que estes possam efectuar as suas tarefas confortavelmente.

O desafio está em criar um ambiente visual bem iluminado naturalmente, confortável e

adequado às tarefas a executar no edifício, com relação visual para o exterior e que não

contribua para o sobreaquecimento no verão nem para as perdas de calor no inverno.

44

2.2.1.1. Dispositivos de controlo solar

“Em condições de sol, em espaços que receberiam radiação solar directa, não é fora do

comum observar-se as persianas desses espaços completamente fechadas e a iluminação

artificial acessa.” (Baker & Steemers, 2002).

É neste contexto que reside a importância dos dispositivos de controlo solar, para permitirem a

modulação da incidência directa da luz solar de forma a proporcionar uma fonte de luz útil, sem

brilho e sem ganhos solares excessivos.

Idealmente a radiação solar deverá ser sombreada antes de entrar no edifício através de

dispositivos sombreadores exteriores fixos ou móveis.

Com efeito, os sombreadores exteriores, tais como os estores de laminas orientáveis, são mais

eficazes do que os interiores, pois interceptam os raios solares mesmo antes de eles atingirem

os envidraçados do edifício e evitam em 80% o sobreaquecimento, do mesmo, no verão.

Apesar dos estores exteriores acumularem mais sujidade do que os interiores, esta situação

pode ser ultrapassada pela integração dos mesmos entre dois panos de vidro e pela existência

de uma caixa-de-ar (entre os estores e a fachada) ventilada pelo exterior.

Os dispositivos sombreadores fixos, não são operáveis pelo utilizador e geralmente não

requerem grande manutenção. Os dispositivos móveis, em contrapartida, são adaptáveis a

diferentes condições e poderão ser controláveis directamente pelo utilizador ou operáveis

automaticamente.

Dispositivos de controlo solar fixos:

A pala horizontal é o dispositivo fixo de sombreamento mais vulgarmente utilizado. O seu

correcto uso e dimensionamento em janelas orientadas a sul poderá original um controlo

sazonal perfeito e com vista para o exterior. No entanto, o seu uso nas orientações Este e

Oeste é ineficaz, pelo facto de estas possuírem uma radiação solar perpendicular à fachada.

O lado inferior da pala deverá ter uma cor clara de forma a reflectir o máximo de luz (reflectida

no chão) para o interior do edifício (Fig.2.19).

Fig.2.19 – Pala sombreadora horizontal, fonte: Norbert Lechner, 2001

45

Fig.2.20 – Fachada orientada a Sul, pala sombreadora horizontal como sistema de sombreamento predominante, Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto, Fonte: site Galinsky

Por outro lado, os brises-soleil (verticais ou horizontais, figura x) para além de bloquearem a

radiação directa solar, permitem o redireccionamento da mesma para dentro do edifício de

forma difusa.

Fig. 2.21 – brises-soleil fixos, de madeira, sombreadores de uma fachada envidraçada, Libraria Pública, Laudau (1998), Lamott Architects, Fonte: In detail - solar architecture : strategies, visions, concepts, ed. Christian Schittich, München : Basel : Edition Detail ; Birkhäuser, 2003

Nas orientações Este e Oeste os dispositivos brises-soleil móveis são mais adequados.

Fig.2.22 – Brises-soleil (horizontais e verticais), fonte: Lechner, 2001

Uma pala vertical exterior à frente e na zona mais elevada da janela também consegue

bloquear a luz solar directa e redireccioná-la de forma difusa para dentro do edifício (figura

2.23).

46

Fig. 2.23 – Pala vertical, fonte: Norbert Lechner, 2001

Dispositivos de controlo solar móveis:

Variações na direcção da radiação solar e consequentemente na Iluminação Natural são

especialmente pronunciadas nas orientações Este e Oeste, que recebem luz solar directa em

metade do dia e luz difusa na outra metade.

Assim, os dispositivos de controlo solar móveis são os que melhor respondem a estas

condições opostas e extremas, por permitirem a entrada da radiação difusa e, quando

necessário, a obstrucção da radiação directa solar e o seu redireccionamento para o interior do

edifício.

Para além disso, os utilizadores do edifício toleram uma maior variação ambiental quando eles

próprios podem regular a situação. Os dispositivos de iluminação que permitam a sua

regulação e adaptabilidade por parte dos utilizadores, garantem um maior conforto visual e

poupança de energia (Ordem dos Arquitectos, 2001).

Fig.2.24 – Estores exteriores de lamelas orientáveis, Escola de Ensino Especial em Schwechat, Áustria, (fonte: VELUX, 2007)

A figura 2.24, é um exemplo da aplicação do sistema de sombreamento brise-soleil com

lamelas orientáveis. Com feito, este sistema de sombreamento permite o controlo total, por

parte dos utentes da escola, da quantidade de radiação solar que penetra no edifício. Permite

também por parte das crianças, que frequentam esta escola de ensino especial, a percepção

do movimento solar, encurajando-as a fazer (com o sistema de sombreamento móvel existente)

47

as suas experiências com a luz e as sombras. Este sistema exige por outro lado algum cuidado

na sua manutenção.

Fig. 2.25 – Escritórios de Advocacia, Rothis, Austria, Arqº Reinhard Drexel, Fonte: Campagno, 2003

As extensas áreas envidraçadas das fachadas do edifício da figura 2.25, estão também

cobertas por um dispositivo de sombreamento móvel que permite o seu manuzeamento por

parte dos utilizadores do espaço. Este sistema está dividido, em altura e por cada piso, em três

molduras de alumínio com ripas de madeira, e para além de cada ripa ser ajustável, possui as

duas molduras superiores basculares.

O edifício tem, assim, uma protecção eficaz contra a radiação directa, evitando fontes de

encandeamento e o sobreaquecimento do edifício.

2.2.2. Sistemas de Iluminação zenital

A iluminação zenital provém das aberturas envidraçadas situadas na cobertura de um edifício.

Tal como expressa a figura 2.26, a iluminação zenital consegue completar a iluminação lateral

simples e mesmo eliminar alguns problemas associados à mesma.

À medida que a profundidade de um espaço aumenta e a distância à janela também, o nível de

iluminação natural decresce de forma abrupta e torna-se insuficiente para a execução de

tarefas visuais. A instalação de aberturas zenitais nessas zonas mais afastadas da janela

permite a sua iluminação, transformando-as em zonas passivas e úteis para tarefas visuais.

Assim, através do recurso a aberturas zenitais consegue-se alcançar uma iluminação mais

equilibrada e uniforme ao longo do espaço.

48

Fig.2.26 – Nível de iluminação natural proporcionado por uma janela vulgar e por aberturas na cobertura, fonte: Lechner, 2001

Existem diversas tipologias de aberturas zenitais (figura 2.26). Tal como foi dito, as aberturas

zenitais permitem solucionar algumas insuficiências da iluminação lateral pois podem ser

instaladas em qualquer ponto do plano da cobertura.

Fig.2.27 – Tipologias de aberturas zenitais, fonte: Lechner, 2001

No entanto, o seu efeito limita-se ao último andar do edifício (ou a edifícios de um só piso), à

excepção da sua associação a átrios, poços de luz ou galerias (fig.2.28).

Fig.2.28 – Átrio do atelier do

Arquitecto Tadao Ando em

Osaka, fonte: Jodidio, 2010

O atelier do Arquitecto Tadao Ando possui um átrio que atravessa todo o edifício, alargando-se

à medida que se eleva ilumina todos os pisos adjacentes que comunicam com ele. Os espaços

que conectam com o átrio têm um decrescimo do nível de luz natural à medida que se afastam

da abertura zenital em altura e profundidade.

O átrio é então um espaço de vivência no interior do edifício que permite a entrada de luz para

outros espaços adjacentes ao mesmo que comunicam através de aberturas laterais. Os

espaços adjacentes têm um decréscimo de quantidade de luz.

49

Assim, a luz natural captada por uma simples clarabóia ou um átrio nem sempre chega em

quantidade suficiente aos andares mais afastados. E quando não é possível recorrer ao uso de

iluminação lateral, o uso de sistemas avançados de iluminação zenital, que serão detalhados

num capítulo posterior, consegue optimizar a sua captação e difusão no espaço interior do

edifício.

Tal como na iluminação lateral, o desenho de uma simples clarabóia requer a inclusão de

algumas estratégias básicas de forma a evitar situações indesejadas, como o

sobreaquecimento no verão ou o encandemanto provocado pela entrada de radiação solar

directa. Esta, ao possuir um envidraçado horizontal colecta em demasia a radiação solar no

verão conduzindo a ganhos excessivos de calor.

Com efeito, os clerestórios, os lanternins, ou os ‘shed’ (envidraçados verticais) são menos

problemáticos do que as clarabóias, por permitirem através do seu desenho bloquear de forma

mais eficaz a radiação directa no verão. O projecto de iluminação natural da escola primária

Smith (Carolina do Norte, U.S.A), incluiu em todas as suas salas de aula ‘sheds’ orientados a

Sul. Estes captam mais radiação solar no inverno e menos no verão, sendo o seu

sombreamento facilmente alcançado através de deflectores interiores (Fig.2.29).

Fig.2.29 – Esquema e imagem dos clerestórios usados na Escola Primária Smith (orientação sul) , fonte: Daylight Dividends Case Study, 2001.

Segundo Lechner, o desenho de uma clarabóia deverá obedecer às seguintes estratégias:

1. Quando são a única fonte de luz de um espaço, as clarabóias devem encontrar-se

espaçadas de forma equilibrada para que a iluminação seja uniforme;

2. Usar um desenho de clarabóia que aumenta a sua largura no interior do espaço,

aumentando o tamanho aparente da mesma, diminui a diferença de luminosidade entre a

clarabóia e as paredes interiores do espaço, evitando o brilho excessivo e distribuindo melhor a

luz (Fig.2.30);

50

3. A clarabóia deve encontrar-se alta no espaço que pretende

iluminar, para que a luz se espalhe de forma difusa antes de

atingir o plano de trabalho. Deste forma a radiação directa é

evitada, pois a clarabóia está afastada do campo de visão do

utilizador (Fig.2.31 e 2.32);

Fig.2.30 – Agassiz School, HMFH Architects, Inc.

Fig.2.31 e 2.32 – Clarabóia elevada (fora do campo de visão), e, clarabóia junto a uma parede norte (difusora da luz captada), fonte: Lechner, 2001

4. Posicionar a clarabóia junto à parede norte (se possível). Qualquer parede e especialmente

a parede norte, pode ser usada como reflector difuso da luz. A parede a norte irá equilibrar a

luz da janela a sul, quando esta existe;

5. Usar dispositivos de sombreamento interiores ou exteriores de forma a manipular (controlar,

bloquear e/ou redireccionar) a entrada de radiação solar directa no edifício. Este item vai ser

detalhado no capítulo seguinte.

“As aberturas zenitais verticais, possuem mais características da janela do que da clarabóia”

(Lechner, 2001). Assim, os envidraçados verticais colectam menos luz do que os horizontais

(clarabóias) mas, por outro lado, o controlo da entrada de radiação solar é mais facilmente

conseguido através de um desenho cuidadoso dos mesmos e através do recurso a dispositivos

de sombreamento interiores ou exteriores.

Com efeito, segundo Lechner, as aberturas zenitais verticais possuem uma série de estratégias

básicas, diferentes das clarabóias, que devem ser incluídas no seu projecto.

1. A orientação preferível é a orientação Sul (a Norte do Equador), por permitir a entrada de

mais radiação solar no inverno e menos no verão e ao mesmo tempo ser facilmente alcançado

o controlo e bloqueio da radiação directa solar;

51

2. O espaçamento entre as aberturas depende directamente do pé-direito do espaço que se

pretende iluminar (quanto maior for o pé-direito maior será o espaçamento entre as aberturas);

3. Grande parte da luz que entra no espaço advém da radiação solar reflectida pela cobertura

par dentro da abertura zenital. Deve-se por isso usar uma cor clara e muito reflexiva na

cobertura, de forma a reflectir a luz para dentro do espaço (Fig.2.33);

Fig.2.33 – Cobertura de cor muito reflectora para maximizar a quantidade de luz difusa que entra no edifício, (Fonte: Lechner, 2001, pág. 390)

4. Usar as paredes interiores como difusores da luz captada. Uma parde bem iluminada parece

recuar, fazendo com que o espaço pareça mais amplo e agradável;

Fig.2.34 – Clarabóia em semicírculo, orientada a norte, capta a luz que por sua vez é reflectida pela parede branca e difundida pelo espaço, Espaço Expositivo da F.A.U.P., (Fonte: Frampton, 2000)

5. O uso de dispositivos de sombreamento poderá maximizar o aproveitamento de luz natural

(deflectores exteriores ou interiores) e evitar a radiação solar directa, fonte de encandeamento

e problemas térmicos no edifício. Este item será detalhado no capítulo seguinte.

2.2.2.1. Dispositivos de controlo solar zenital

As aberturas zenitais horizontais (clarabóias), pela sua disposição (horizontal) colectam

demasiada radiação solar no Verão e menos no Inverno. Esta situação origina o

sobreaquecimento do edifício no Verão e situações de encandeamento para os utilizadores do

edifício (desconforto visual). Nesta medida, é essencial recorrer a dispositivos de

52

sombreamento que evitem a entrada de radiação directa no edifício e adequem a luz natural

disponível às tarefas visuais que se pretendem executar no seu interior.

Fig.2.35 – Clarabóia com dispositivo de sombramento exterior móvel, Edifício de Conferências, Osnabruck, Alemanhã, Arquitectos: Prof. Thomas Herzog & Hanns Jorg Schrade, (Fonte: Schittich,

2003)

Por outro lado, as aberturas zenitais verticais erguem-se habitualmente acima do plano da

cobertura, vêm uma menor quantidade de céu e colectam uma menor quantidade de radiação

solar relativamente às aberturas zenitais horizontais. Mesmo assim, a associação de

dispositivos de sombreamento é essencial para o controlo da radiação solar e da quantidade

de céu visível pelos utilizadores (fonte de encandeamento).

Deflectores interiores:

Os deflectores interiores, quando bem dimensionados e posicionados, têm o poder de difundir

a radiação directa solar para os espaços interiores do edifício.

Quando se trata de uma clarabóia, os deflectores devem encontrar-se suspensos por baixo da

abertura de forma a bloquear a visão do céu brilhante, e para reflectirem a radiação directa

para o tecto. O resultado é uma luz difusa, uniforme e sem brilho excessivo.

Fig.2.36 – Kimbell Art Museum, Aq.º Louis I. Kahn, Dispositivos que difundem a radiação solar directa, evitando o brilho excessivo e a deterioração das obras de arte pelos raios ultravioletas, (Fonte: Flirk)

53

Nos museus desenhados pelo Arquitecto Renzo Piano, a atenção é centrada na iluminação

zenital, cujo os esforços criativos são focados em construir coberturas que redireccionem os

raios solares de forma difusa para o interior. A cobertura do museu Menil Collection (1987), em

Houston, funciona como uma grande clarabóia com Difusores de betão suspensos por baixo

que permitem apenas a entrada de luz natural difusa e suave no edifício (figuras 2.37 e 2.38).

Figura 2.37 e 2.38 – Museu Menil Collection, Houston, (Fonte: Plummer, 2009)

Fig. 2.39 – Clarabóias admitem luz suficiente e de forma difusa (através dos deflectores existentes por baixo das mesmas), mesmo num dia enublado, para e execução de qualquer tarefa sem o recurso à iluminação artficial durante

todo o dia, (Fonte: Kenneth Powell, 1992)

No caso das aberturas zenitais verticais (clerestórios, lanternins e sheds, etc), os deflectores

interiores são mais necessários na estação do Verão e menos no Inverno, pois a radiação solar

no Verão, devido ao seu ângulo de incidência, invade mais facilmente e com mais força o

espaço interior do edifício (Fig. 2.40)

54

Fig.2.40 – Deflectores interiores evitam a entrada da radiação directa e previnem o brilho excessivo no campo normal de visão, (Fonte: Lechner, 2001, pág. 391)

A sua presença evita focos de luz directa e espalha a luz nas áreas de trabalho de forma mais

equilibrada, eliminando o brilho excessivo. No caso de Deflectores em grelha, o seu

espaçamento deverá ser desenhado para evitar a radiação directa e eliminar o brilho no campo

de visão inferior a 45 º. A cobertura e os deflectores deverão ter um cabamento ‘matte’ e

altamente reflectante.

Esta estratégia de sombramento é muito usada em escolas nos U.S.A. por serem eficazes,

económicamente acessíveis e facilmente manipuláveis pelos utilizadores da escola

(adaptando-se a diferentes necessidades).

Fig.2.41 e 2.42 – Deflectores interiores em clerestórios orientados a Sul, de forma a evitar radiação solar directa, fonte de encandeamento, na Escola Primária Smith, (Fonte: Daylight Dividends Case Study, 2001)

O Deflector interior usado na Biblioteca da Faculdade de Arquitectura da Universidade do

Porto, funciona como uma grande capa de vidro opaco em forma de quilha que difunde a

luz, captada pelo clerestório, de forma uniforme por todo o espaço da biblioteca, criando

um ambiente natural e ideal para a leitura (Fig.2.43).

55

Fig. 2.43 – Uma quilha de vidro opaco no eixo da biblioteca, espalha a luz de forma difusa e uniforme (captada a norte pelo clerestório inclinado), Biblioteca da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto, (Fonte: Frampton, 2000)

Sombreadores exteriores:

Os sombreadores podem funcionar como bloqueadores da entrada de radiação solar, na

estação do Verão, e como reflectores para aumentar a captação da mesma no Inverno.

Os dispositivos móveis poderão ser mais eficazes por se adaptarem à variação do ângulo de

incidência da radiação solar (fig.2.44).

Fig.2.44– Clarabóia sombreada da radiação solar no verão, e através de um reflector exterior aumenta a entrada de radiação no inverno, (Fonte: Lechner, 2001)

No caso das aberturas zenitais verticais, a colocação de uma pala deflectora vertical a

Norte irá captar mais luz no Inverno (fig.2.45). As palas deflectoras verticais também

são bastante eficazes a Este e Oeste, pois permitem bloquear a radiação directa e

captar a radiação indirecta, trazendo-a para dentro do espaço de forma difusa

(fig.2.46).

56

Fig.2.45 e 2.46 – Deflector na orientação Norte pode aumentar a quantidade de luz captada num dia de sol, e, Deflectores postos na orientação Este e Oeste melhoram a sua performance, (Fonte: Lechner, 2001)

2.3. Dispositivos de Iluminação Natural Avançados

Os Dispositivos de Iluminação Natural Avançados permitem levar a uma maior profundidade do

espaço a luz do dia e salvaguardar, ao contrário da janela, a qualidade da mesma. Estes, são

usados como complemento das simples aberturas laterais ou zenitais, de forma a reduzirem os

efeitos negativos das mesmas.

Deste modo, o seu uso tem como objectivo redireccionar a radiação directa do sol para o

interior do edifício através de luz difusa, aumentando a área útil iluminada naturalmente,

evitando o brilho excessivo e anulando a ocorrência de encandeamento nos utilizadores do

espaço (garantindo o conforto visual mesmo a grande profundidade do espaço).

2.3.1. Dispositivos de Optimização da iluminação lateral

Prateleira de Luz

A prateleira de luz pode ter uma configuração plana ou curva

(anidólica) e posiciona-se acima do nível dos olhos.

Esta poderá dividir a abertura da fachada vertical em duas

partes, sendo a abertura inferior à prateleira, a janela das

vistas para o exterior, e a abertura superior à mesma, a

janela da iluminação natural do espaço (figura 2.47).

Figura 2.47– Fachada sul de uma escola primária, Prateleira de luz horizontal com acabamento matte, (Fonte: An Evaluation of Daylighting in Four Schools, M. Eckerlin, Ph.D., P.E., North Carolina State UniversityHerbert, December, 2005)

57

Para além de proporcionar o sombreamento da janela inferior, a prateleira de luz também

permite o redireccionamento da radiação solar directa para o interior do edifício através de luz

difusa (iluminação constante), alcançando uma maior profundidade do espaço.

A prateleira de luz poderá ter um acabamento ‘especular’ de forma a maximizar a profundidade

da penetração da luz solar. Por outro lado, estes poderão originar zonas mais brilhantes no

tecto, criando situações de encandeamento nos ocupantes. No entanto, se a prateleira tiver na

sua parte superior um ‘reflector especular curvo ou anidólico’, este problema será minimizado,

pois a luz será espalhada numa maior profundidade e sobre uma grande zona do tecto (mais

amplamente) (fig.2.48).

Fig. 2.48 – Prateleiras de luz anidólicas redireccionam a radiação directa solar, Edifício administrativo, Wiesbaden, Arq.ºHerzog & Partners, fonte:Campagno, 2003

Um ‘reflector mate’ irá também criar uma distribuição

ainda mais uniforme por ser menos sensível aos

ângulos solares (figura 2.48).

Vidros Prismáticos

Os vidros prismáticos são construídos apartir de paineis de acrílico, sendo a face exterior plana

e a face interior uma composição prismática regular.

Este sistema de controlo solar, permite controlar a entrada de luz solar num determinado

edifício e alterar a direcção dos raios solares transmitidos para o seu interior. Sendo o objectivo

do seu uso, deixar entrar a luz difusa do dia e bloquear a luz solar directa.

Quando os raios solares atingem com um ângulo 900 a hipotenusa de um certo prisma, ocorre

a reflexão total interna, evitando que a luz directa do sol cause encandeamento aos ocupantes.

Por outro lado, a luz difusa passa através do vidro prismático e muda de direcção para o

interior, aumentando a profundidade da iluminação natural no espaço.

58

Fig. 2.49 – sistema móvel de sombreamento solar prismático

Este sistema pode ser móvel (estores de lamelas ajustáveis em vidro prismático), permitindo a

adapção do mesmo à mudança de posição do sol ao longo do dia e do ano, através da

inclinação dos prismas de modo que a luz solar directa incidente faça sempre um ângulo de 900

com a hipotenusa dos mesmos.

Podem ser utilizados em aberturas verticais e/ou zenitais. No caso da sua aplicação em

aberturas verticais, por criarem uma vista para o exterior distorcida, devem ser usados na parte

superior das mesmas para salvaguardarem as vistas.

Realtivamente à sua aplicação em aberturas zenitais, existe um sistema composto por dois

discos paralelos de vidro prismático, que se ajustam separadamente e automaticamente as

suas propriedades ópticas, de forma a capturar a luz solar e redireccioná-la na orientação

desejada. Este sistema pode também funcionar de modo a devolver um nível de iluminação

mais baixo mas constante.

Laser-cut panels

Este sistema consiste num painel de acrílico transparente que através de uma máquina de

corte a laser sofre uma série de finos cortes paralelos, sendo usualmente instalado entre dois

panos de vidro. Estes cortes actuam como pequenos reflectores com reflexão total interna da

radiação directa solar em direcção ao plano do tecto.

Fig.2.50 – visão através de um laser-cut panel

59

A figura 2.51 representa um exemplo de uma instalação deste sistema de paineis laser-cut nas

janelas basculares superiores das salas de uma escola primária na Autrália. Este sistema é

móvel e controlado manualmente pelos utilizadores, permitindo o controlo da radiação directa e

evitando situações de encandeamento e de sobreaquecimento.

Fig.2.51 – painel laser-cut instalado na janela bascular superior de uma sala de aula, Escola Kenmore South State, Brisbane, Austrália

O sistema pode também ser instalado em aberturas zenitais (fig. 2.52).

Fig.2.52 – painel laser-cut numa clarabóia, (Fonte: Baker & Steemers, 2002)

Este sistema deve ser cuidadosamente desenhado de forma a garantir que alguma parte da

radiação solar não seja reflectida directamente no plano de trabalho, provocando

encandeamento nos utilizadores do espaço e o sobreaquecimento do edifício. Este problema

pode ser solucionado atarvés de um sistema móvel e adaptável a diferentes situações do dia e

do ano, tal como o exemplo da escola da figura 2.58, ou então através da existência de um

segundo painel laser-cut.

A existência de dois paineis laser-cut designa-se por Channel Panel e permite o

redireccionamento de toda a radiação solar no sentido do plano do tecto. Este sistema é então

composto por dois paineis de laser-cut de 6 mm, formando um painel de 12 mm e com cortes

ligeiramente inviesados, fazendo 120 com a direcção normal do vidro.

60

Vidro deflector de luz

Os vidros deflectores de luz, são vidros duplos que contêm no seu meio tiras de acrílico

transparente com perfis redondos ou traingulares.

As lamelas de vidro transparente com perfis redondos difundem a

radiação directa de todos os ângulos de incidência, tanto no

Inverno como no Verão. Assim, este sistema proporciona uma luz

totalmente difusa, ideal em galerias de arte ou em museus.

Os perfis triângulares, por outro lado, podem ter diversos ângulos,

segundo o necessário, para bloquear totalmente a radiação

directa.

Fig.2.53 – Perfis redondos e triângulares, respectivamente, de acrílico transparente entre dois panos de vidro, (Fonte: Campagno, 2003)

Existe também o sistema de lamelas de acrílico transparente ligeiramente curvas (fig.2.53).

Construído entre os panos de um vidro duplo, a sua forma arredondada permite o reflexão total

da luz (directa e indirecta) incidente através de uma grande angular em direcção ao plano do

tecto, tanto nos planos verticais como horizontais. A partir do tecto a luz é então reflectida para

o plano de trabalho de forma difusa, proporcionando uma luz homogénea e sem brilho

excessivo.

Este sistema é normalmente utilizado na parte superior do vão, acima do nível dos olhos. Pode

também ser usado em aberturas zenitais com um ângulo de 200 com o plano horizontal, para

que a luz de baixas altitudes seja redireccionada.

Fig. 2.54 – lamelas curvas de acrílico transparente, integradas entre panos de vidro, deflectem a luz na direcção ascendente, (Fonte: Campagno, 2003)

61

Materiais de Isolamento Transparentes

Existe uma grande variedade de materiais de isolamento transparente, sendo o mais eficaz o

aerogel.

O aerogel coloca-se entre os dois panos de vidro (vidro duplo), funciona como um isolamento

térmico e acústico, e a sua natureza translúcida permite a transmissão de luz de 50% a 60%

para o interior do edifício. Por outro lado, por não ser totalmente transparente não permite

vistas para o exterior e por isso é mais usado em janelas superiores e em aberturas zenitais.

Fig. 2.55 – Clarabóia com aerogel, Sala de reuniões, Centro de Educação, Califórnia, U.S.A., (Fonte: Daylighting solution)

Este material confere ao espaço uma

luz difusa e suave, distribuída

equilibradamente sem sombras nem

brilho excessivo.

A imagem 2.55, representa uma sala de

reuniões que nos seus primórdios teve

os vidros da clarabóia pintados de preto

e que depois optou pela utilização do material de isolamento transparente aerogel. O aerogel

além de fornecer o isolamento térmico e o controlo solar, a sua natureza translúcida conferiu ao

espaço uma luz difusa e de alta qualidade.

Estores de lamelas reflectantes

O sistema é conhecido por Okasolar e consiste nuns estores de lamelas reflectantes, que se

encontram fixos e posicionados entre dois panos de vidro. O seu perfil é anguloso para

controlar todos os ângulos de incidência da radiação solar: os raios inclinados do sol de verão

são bloqueados (através da sua reflexão de volta para o exterior) e os raios de inverno de

baixo ângulo são deflectidos para o fundo de espaço.

Assim, o seu perfil deve ser desenhado segundo os ângulos de incidência solar na localização

do edifício em questão.

62

Este sistema também pode ser usado no sombreamento e optimização da luz natural captada

por

abertur

as

zenitais

(fig.2.58

e 2.59).

Fig.2.58 e 2.59 – Clarabóia de átrio com sistema Okasolar, University Library A3, Mannheim, Alemanhã, 2006, (Fonte: site Okalux)

A imagem 2.60 é referente a uma Universidade de artes visuais que aquando da

sua reabilitação, optou pela aplicação do sistema Okasolar na cobertura

envidraçada. Este permitiu o sombreamento e a deflexão da radiação solar

dependendo do ângulo de incidência, evitando o encandeamento dos utentes e

Fig. 2.56 – Esquema de funcionamento do sistema de lamelas reflectantes (Okasolar), bloqueiam a radiação de ângulo elevado e deixam entrar a radiação de ângulo baixo, (fonte: Compagno, 2003)

Fig.2.57 – sistema okasolar aplicado na fachada de uma aerogare, Luxemburgo, 2008, (Fonte: Okalux)

63

proporcionando uma luz difusa e ideal para as artes visuais, tal como de pode

observar na imagem.

Fig.2.60 – Cobertura envidraçada com a aplicação do sistema Okasolar, Reabilitação da Universidade de artes visuais, Dresden, Alemanhã, 2007/8, (Fonte: site Okalux)

2.3.2. Dispositivos de Optimização da iluminação zenital

Quando a luz natural captada por uma simples clarabóia ou um átrio não chega em quantidade

suficiente aos andares mais afastados de um edifício e na impossibilidade de recorrer à

iluminação lateral, torna-se necessário recorrer aos dispositivos de optimização de iluminação

zenital. Com efeito, estes captam à superfície a luz natural e através de materiais altamente

reflectantes, redireccionam a mesma para locais profundos do edifício e sem acesso ao

exterior.

Mesmo sob condições de céu enublado, estes dispositivos permitem a captação da luz natural

e a sua optimização no interior do edifício.

Sistemas reflectores e conductores de luz

Estes sistemas são constituídos essencialmente por três componentes, um colector no exterior

e situado habitualmente na cobertura do edifício, um tubo ou túnel de luz que redirecciona,

através da sua reflexão, a luz para as zonas a iluminar e um dispositivo de luz que liberta a

mesma nos espaços interiores do edifício. Assim, permitem a iluminação natural de espaços

escuros e sem iluminação natural por se encontrarem afastados das paredes exteriores e da

cobertura do edifício.

64

Poço de Luz

O poço de luz é capaz de iluminar ao mesmo tempo diversos andares de um edifício. Os

espaços a iluminar comunicam com o túnel através de janelas laterais, habitualmente, com

envidraçados translúcidos que difundem a luz de forma difusa (fig.2.61).

Fig.2.61 – Esquema de funcionamento de um Poço de Luz e imagem de um espaço iluminado pelo mesmo, (Fonte: www.especiosolar.com)

As suas dimensões dependem do projecto em questão, do número de andares a iluminar e da

quantidade de luz necessária para as tarefas que se pretendem desenvolver nos espaços

interiores.

Ducto de Luz

Estes sistemas consistem em dispositivos que captam a luz natural à superfície e conduzem-

na, através de um ducto circular de alumínio altamente reflectante, para as zonas mais

interiores do edifício que não têm contacto com o exterior. No final do tubo existem difusores de

luz que espalham a mesma de forma homogénea, criando um ambiente confortável. Podem ser

verticais, horizontais e inviesados (fig.2.62).

Fig.2.62– Esquema de vários tipos de ductos de luz, (Fonte: Catálogo Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática)

A figura 2.63 é referente a uma sala teórica de uma escola de Arquitectura de Barcelona, cujo

projecto de iluminação natural inclui a instalação de onze ductos de luz. O projecto teve como

65

objectivo alcançar o conforto visual dos utentes através de um sistema de iluminação

energéticamente eficiente.

Fig.2.63 – Sala de aula iluminada naturalmente por onze ductos de luz, Escola técnica de Arquitectura de Barcelona, Universidade Politécnica da Catalunha, (Fonte: www.espaciosolar.com)

Painéis de Fibra Óptica

Consiste num revolucionário sistema avançado de iluminação natural que capta a luz natural

através de painéis situados na cobertura do edifício e transportam a mesma até 20 metros de

profundidade utilizando cabos de fibra óptica. Estes cabos podem ter várias ramificações e

possuir vários pontos de luz no interior do edifício e iluminar assim naturalmente vários

espaços. A quantidade de luz natural existente nos espaços interiores iluminados por este

sistema é a mesma captada pelos painéis no exterior.

Os painéis possuem uma área de 1 metro por 1 metro e captam a radiação solar concentrando-

a numa trama de pequenas lentes que perseguem o movimento solar (tal como os girasóis) e

maximizam assim a sua captação. Atrás de cada lente exite um capilar de fibra óptica que

converte a luz e a conduz para o interior do edifício.

Fig.2.64 – Esquema de funcionamento do painel de fibra óptica, (Fonte: Catálogo Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática)

Este sistema permite a instalação

de uma diversa gama de

luminárias na extremidade interior

da fibra óptica, permitindo

alcançar o efeito desejado na

iluminação natural do edifício,

desde radiação directa a difusa ou até a combinação de luz natural com artificial de forma

inteligente e eficiente (sistemas híbridos) através de um fotosensor.

66

Pátio de luz

É constituído por dispositivos altamente especulares colocados na parte superior do pátio que

reflectem a luz natural até à zona mais profunda do pátio e iluminam os espaços adjacentes ao

mesmo. Este sistema é muito utilizado em reabilitação de pátios por ser de fácil adaptação à

construção existente e por aumentar de forma exponencial a iluminação natural disponível nos

mesmos, convertendo-os em verdadeiras caixas de luz no interior dos edifícios.

A geometria dos dispositivos

reflecte a luz durante todo o dia

e é optimizada para a estação

do Inverno e com o cuidado

para que no Verão não ocorra o

sobreaquecimento do edifício.

Fig.2.65 – Esquema de funcionamento do pátio de luz e exemplo de aplicação, (Fonte: Catálogo Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática)

Reflectores Heliostatos

Estes sistemas são formados por grandes espelhos que se movem ao longo do dia para

reflectirem a luz solar para um ponto fixo. Desde esse ponto e mediante uma série de

refelctores secundários convenientemente distribuídos ao longo do edifício, é possível reflectir

e transportar a luz natural até espaços do edifício profundos, tais como espaços subterrâneos,

pátios interiores profundos, estações de metro, ect, criando ambientes bem iluminados apenas

com o recurso à luz natural.

Fig.2.66 – Sistema reflector heliostato, (Fonte: Catálogo Espacio Solar, Tecnologia Bioclimática)

67

68

2.4. Articulação com desempenho térmico

O projecto de iluminação natural de um edifício (área de envidraçado, a sua orientação, o tipo

de vidro usado, e o tipo de sombreamento existente) determina a iluminação natural no seu

interior mas também contribui em grande parte para o seu desempenho térmico. Com efeito, os

elementos que permitem a iluminação natural disponível no interior de um edifício determinam

o conforto visual e também térmico dos seus ocupantes e são responsáveis pelo consumo

energético do mesmo (necessidades de aquecimento, refrigeração e iluminação artificial).

O conforto pode ser definido como a sensação de bem-estar físico e psicológico. No entanto,

esta sensação é subjectiva e varia de indivíduo para indivíduo, pelo facto das suas

características biológicas, emocionais e físicas serem distintas. Assim, torna-se necessário

projectar um espaço confortável térmicamente e lumínicamente que satisfaça a maioria dos

seus utilizadores.

Um estimativa do quão quente ou frio um determinado espaço será percepcionado em termos

conforto térmico, é obtido a partir do índice PMV. Este prevê a média dos votos de um grande

número de utilizadores do espaço em estudo, segundo uma escala de sensação térmica de

sete-pontos: +3 (muito quente), +2 (quente), +1 (muito pouco quente), 0 (neutro), -1 (muito

pouco frio), -2 (frio), -3 (muito frio).

Há, no entanto, diferenças significativas entre as pessoas cujos votos individuais se encontram

dispersos ao redor do valor médio (PMV). Por esse motivo torna-se necessário perceber a

percentagem de pessoas no tal grupo de ocupantes que provavelmente se sentirão

desconfortáveis relativamente ao ambiente quente ou frio. Esta percentagem de insatisfação

pode ser calculada pelo índice PPD.

Existe um relação directa entre o PMV e o

PPD expressa no seguinte gráfico e segundo

ISO 7730 recomenda-se que o índice PPD

seja < 10%, o que corresponde ao intervalo -

0,5 < PMV < +0,5.

Gráfico 2.1 – Percentagem de insatisfação (PPD) em função da percentagem média de sensação (PMV), (Fonte: Goulding, Lewis and Steemers, 1993)

69

Gráfico 2.2 - Carta Bioclimática de Baruch Givoni, A zona N corresponde à zona (Neutra) de conforto para o ser humano onde as condições de clima exterior estão próximas das condições de conforto. A arquitectura deverá acautelar a existência de ganhos solares excessivos e requer que não sejam cometidos outros erros graves em matéria de trocas térmicas por ventilação e condução, (Fonte: Gonçalves e Graça 2004)

Com efeito, esse intervalo -0,5 < PMV < +0,5 corresponde à zona neutra (a verde) da carta

Bioclimática de Baruch Givoni (gráfico 2.2), considerada como zona de conforto para o ser

humano, onde as condições de clima exterior estão próximas das condições de conforto (entre

17 e 26 graus).

Os índices PMV e PPD podem ser simulados com o recurso ao programa Ecotect, aliando o

aspecto visual 3D e percebendo as suas alterações com os diferentes projectos de iluminação

natural.

Associado ao conforto visual e térmico está o consumo de energia necessário para garantir

esse conforto. De forma a encontrar um equilíbrio entre ambos existe o programa LT que

através da introdução das variáveis do projecto, tais como a área dos envidraçados, a sua

orientação e a profundidade do espaço a avaliar, faz o cálculo automático dos níveis de

consumo energético da iluminação, do aquecimento e arrefecimento do espaço em questão.

Assim, este software é muito útil como método comparativo da eficiência energética das várias

opções do projecto de iluminação natural de um edifício e irá ser mais detalhadamente descrito

no terceiro capítulo dos Casos de Estudo.

70

3. Casos de estudo

Este capítulo consiste na avaliação e interpretação dos resultados obtidos no trabalho de

campo feito em três salas de projecto de arquitectura em edifícios distintos: Pavilhão Carlos

Ramos da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto, Pavilhão de Arquitectura e

Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico e Faculdade de Arquitectura de Lisboa.

Primeiramente são descritos os objectivos gerais do capítulo e a metodologia utilizada em todo

o procedimento do trabalho de campo. Procede-se à descrição de cada caso de estudo, é feita

uma análise comparativa dos resultados e um sumário dos seus aspectos mais relevantes e

por fim são feitas as recomendações de projecto.

3.1. Objectivos

O objectivo inicial deste capítulo é o de analisar, avaliar e comparar, do ponto de vista da

quantidade e qualidade lumínica e consequente desempenho térmico, as estratégias de

iluminação natural existentes nos três casos de estudo.

Este estudo comparativo das condições lumínicas e térmicas de cada sala de projecto e do

projecto de optimização, é feito através de medições físicas (FLD), inquéritos aos alunos e

professores, registos fotográficos e simulações por software (Ecotect e LT). As simulações por

software são feitas segundo três situações distintas para os três casos de estudo: simulação

segundo as condições existentes, simulação com medidas optimizadoras da iluminação natural

e simulação com a mesma orientação para todas as salas.

Com efeito, o objectivo final deste capítulo é o de alcançar recomendações de projecto que

optimizem a iluminação natural nas salas de projecto em estudo e consigam responder às suas

necessidades visuais específicas, sem contudo comprometer o equilíbrio térmico do edifício.

71

3.2. Metodologia

O trabalho de campo desenvolveu-se entre Dezembro e Abril em Lisboa e no Porto, mais

específicamente na Faculdade de Arquitectura de Lisboa, no Pavilhão de Civil do Instituto

Superior Técnico e na Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto.

Os desenhos constructivos de cada Faculdade e a pesquisa bibliográfica que apoiou e permitiu

o desenvolvimento deste trabalho de campo realizou-se nas bibliotecas das três faculdades

acima mencionadas. As informações à cerca do funcionamento habitual de cada sala, do actual

funcionamento dos dispositivos de sombreamento, da existência ou ausência de sistema

AVAC, foram recolhidas por observação e perguntas aos utentes.

O trabalho de campo compreendeu as seguintes fases:

• recolha dos desenhos construtivos de cada edifício

• desenho da malha de medições para cada caso de estudo

• medições das iluminâncias e cálculo do Factor Luz Dia para cada ponto da malha

• inquéritos aos alunos e professores

• registo fotográfico

• simulações por software: Ecotect e LT

• análise, avaliação e comparação dos resultados

• apresentação das recomendações de projecto

Com efeito, a avaliação quantitativa da iluminação natural é alcançada pelo uso do parâmetro

Factor Luz Dia e pelo recurso aos programas Ecotect e LT, cujas características irão ser

descritas no sub-capítulo das Metodologia. O estudo qualitativo é feito através de registos

fotográficos ao longo de um dia de céu limpo, inquéritos aos utilizadores e também a partir do

nível de iluminação natural disponível ao longo da profundidade do espaço (avaliação

quantitativa) bem como através do PMV (média prevista de sensação dos ocupantes) e PMV

(percentagem de insatisfação dos ocupantes) alcançado pelo Ecotect.

“Tirar partido da iluminação natural é muito diferente de aumentar a área de envidraçado da

envolvente das construções. Esquecer essa diferença pode ter consequências graves no êxito

do projecto, conduzindo a soluções inadequadas, desconforto e consumo acrescido de

energia.” Linício Cantarino de Carvalho

É impossível falar-se de iluminação natural num determinado espaço sem se falar das suas

necessidades térmicas. A existência de janelas permite por um lado a entrada de luz natural,

vistas para o exterior e produz benéficos ganhos solares no inverno mas, por outro lado,

72

também conduz a perdas de calor no inverno, indesejáveis ganhos solares no verão e poderá

originar desconforto visual por encandeamento. Assim, a existência de um generoso

envidraçado poderá garantir uma iluminação natural excelente mas poderá disparar o consumo

energético do edifício tornando-o insustentável.

Pretende-se então encontrar o ponto de equilíbrio entre ambos, entre o sistema de iluminação

natural (área de envidraçado, orientação, dispositivos de sombreamento, etc) nas salas em

estudo e o seu respectivo consumo energético (necessidades de aquecimento, arrefecimento e

iluminação artificial).

Assim, o uso dos programas Ecotect e LT permite fazer a articulação da iluminação natural

com o desempenho térmico, traçando uma relação directa entre os sistemas de iluminação

natural existentes e a consequente performance térmica do edifício, desde a média da

sensação dos ocupantes, à percentagem de insatisfação dos mesmos (PPD), e aos gastos

energéticos.

• Medições do Factor Luz Dia

A quantificação da Luz Natural disponível em cada sala de projecto (cada caso de estudo) à

medida que a profundidade aumenta, foi feita através do parâmetro Factor Luz Dia.

Em cada sala foi utilizada uma grelha de pontos de medição, que começa a um metro da

fachada principal e depois assume um afastamento x dependente da profundidade da mesma,

de forma a obter-se uma grelha bem distribuída.

O cálculo das iluminâncias foi feito com o recurso a dois luxímetros portáteis (TES-1335) em

simultâneo, um colocado num plano horizontal do exterior da sala (Eext) e outro colocado num

ponto da grelha de medições no interior da sala, à altura de 80 cm correspondente ao estirador

(plano de trabalho, Eint). Assim, as medições foram feitas com a ajuda de mais uma pessoa de

forma a serem feitas em simultâneo no interior e no exterior da sala.

Fig. 3.1 e 3.2 – Imagem do luxímetro e de uma medição efectuada in situ

73

Depois através da expressão: DF (%) = (E int /E ext) x 100, foi calculado o Factor Luz Dia para

cada ponto da grelha.

As medições foram feitas sob condições de céu enublado, onde a luminância não é uniforme

mas varia segundo parâmetros geométricos, correspondente a uma situação metereológica de

céu coberto de nuvens ligeiras numa atmosfera limpa, onde o sol não é visível.

Este parâmetro não modifica com a variação das condições de iluminação exterior, pois, é uma

percentagem que relaciona sempre o nível de iluminância exterior com o nível de iluminância

interior. Representa a performance do sistema de iluminação natural existente e a quantidade

de luz natural que o mesmo proporciona no interior.

• Registos Fotográficos

A performance visual pode ser prejudicada pela existência de grandes contrastes no campo de

visão. Este fenómeno designa-se por encandeamento e consiste numa sensação subjectiva de

quantificação muito complexa. Por outro lado, existe o parâmetro índice de encandeamento

que pode ser cálculado, mas somente, com o recurso a equipamentos de medição complexos

e inacessíveis na presente tese.

Assim, de forma a tornar o estudo qualitativo da iluminação natural mais consistente, efectuou-

se registos fotográficos do ambiente luminoso no interior de cada sala, em condições de céu

limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h).

Estes tiveram como objectivo observar o ambiente luminoso interior na situação mais provável

para a ocorrência de encandeamento pela incidência de radiação directa no campo de visão

dos utilizadores ou nos seus planos de trabalho. Permitiram também registar situações de

desconforto visual pela existência: de reflexões do vão envidraçado, de porções visíveis de céu

brilhante e de contraste excessivo entre o vão envidraçado e as paredes interiores.

• Questionários aos utentes

Os questionários efectuados aos utilizadores das salas de projecto (alunos e professores),

pretendem traduzir a qualidade da iluminação natural disponível. Estes permitem entender o

grau de conforto ou desconforto de cada utente e a causa desse estado.

A primeira questão pretende saber a preferência do utente realtivamente à fonte de luz no seu

local de trabalho. Espera-se obter uma resposta unânime de preferência pela iluminação

natural, pelo facto de ser a fonte que melhor responde aos requerimentos da visão humana.

74

No entanto, isto pode não acontecer e a preferência poderá recair na iluminação artificial. Para

entender essa estranha e possível preferência, existe um espaço no final da questão de

resposta aberta.

A concepção do questionário foi feita de forma a entender a satisfação do utente relativamente

ao sistema de iluminação natural existente, aos dispositivos de sombreamento e à existência

ou não de fontes de brilho excessivo (encandeamento). Em suma, o nível de conforto visual

existente na sala de projecto.

O questionário termina com uma questão de resposta aberta na qual se pretende saber as

alterações que o utente faria para melhorar o conforto visual na sala e perceber assim as

lacunas que existem na mesma.

A amostragem para cada caso de estudo consiste no número de utilizadores de cada sala.

A análise estatística aos inquéritos foi feita com a prespectiva da correlação e cruzamento de

informação desta com as análises quantitativas feitas (física e por software) e com os sistemas

de iluminação existentes. Pois, a existência de poucos ocupantes nas salas de projecto e o

tempo escasso para a realização dos inquéritos, não permitiu a obtenção de resultados

estatisticamente muito significativos.

• Simulação por software: Ecotect e LT

As simulações feitas com o recurso a estes programas incluíram três situações distintas para

os três casos de estudo: simulação segundo as condições existentes, simulação com medidas

optimizadoras da iluminação natural e simulação com a mesma orientação para todas as salas.

Ecotect

O Ecotect é um software de análise de comportamento ambiental em edifícios desenvolvido

pelo professor Andrew J. Marsh na Universidades de Cardiff.

A sua utilização deveu-se ao facto do Ecotect permitir integrar o aspecto visual 3D com uma

larga escala de análises e simulações de ambientes. Assim, no âmbito desta tese, foi possível

obter imagens tridimensionais de cada sala com a análise cromática em Factor Luz Dia, em lux

(nível de iluminação), em PPD e PMV e perceber o seu desempenho térmico e lumínico.

Os ‘inputs’ foram os três modelos (um de cada sala e do correspondente edifício) a três

dimensões elaborados no Autocad. Estes serviram como linhas de orientação para a

modelação 3D no Ecotect.

75

Depois, foi definido o clima do caso de estudo em questão (Porto ou Lisboa), a sua localização

geográfica (Latitude e Longitude), a direcção do Norte e o tipo de terreno em que se inseria o

edifício em questão (urbano, suburbano, rural ou exposto).

Os materiais e as suas respectivas cores foram também definidos, de modo a incluir-se no

estudo os coeficientes de transmissão térmica e as reflectâncias existentes.

LT Portugal

O LT é um software que permite calcular o consumo anual de energia e correspondentes

emissões de CO2 relativas ao aquecimento, refrigeração e iluminação artificial, indicando

também a frequência de sobreaquecimento em edifícios com ventilação natural. A principal

mais-valia na presente tese foi a de permitir a interação das diversas variáveis presentes no

projecto de iluminação natural de uma sala (forma, área dos seus envidraçados, orientação,

etc) e perceber a sua consequente influência no desempenho térmico. Os seus outputs são

gráficos que prevêm os gastos energéticos anuais e emissões de CO2 do edifício devido à

iluminação, aquecimento, refrigeração e ventilação.

O Método LT foi originado como um método manual, para prever o consumo energético em

edifícios (térmica e iluminação) a partir de uma descrição muito simples do edifício, numa fase

inicial do projecto. Usando os mesmos algorítmos, foi posteriormente desenvolvido o software

LT Europa, que incorpora uma ferramenta gráfica que permite o desenho do edifício.

O programa usado é o software LT Portugal, que consiste num desenvolvimento do LT Europa

e que proporciona maior precisão relativamente aos dados climáticos referentes ao território

Português, e outras melhorias gerais. Este, foi desenvolvido no âmbito do Projecto LT-Portugal

pelo Instituto Superior Técnico (Universidade Técnica de Lisboa) e o Martin Centre for

Architectural and Urban Studies (University of Cambridge, UK), com o apoio da Fundação para

a Ciência e Tecnologia (FCT). Equipa de investigação: Nick Baker (Univ. Cambridge), Manuel

Correia Guedes (IST), Nabeel Shaikh (Univ. Cambridge), Luis Calixto (IST) e Ricardo Aguiar

(LNEG).

Com efeito, o LT não deve ser considerado como um modelo de precisão pois não tem como

objectivo produzir uma estimativa precisa do desempenho de um edífio. O LT é um programa

impírico e prático, que deve ser usado para avaliar o desempenho energético de um número de

opções iniciais e para fazer comparações, evitando erros graves de projecto que poderão

originar grandes gastos energéticos durante a vida do edifício.

A figura 3.3 expressa o conceito de zonas passivas e activas, intrínseco no método LT.

Uma zona passiva significa que é iluminada e ventilada naturalmente e faz uso dos

ganhos de calor no inverno, mas poderá sofrer de algum sobreaquecimento no verão. As

76

zonas activas têm de ser iluminadas e ventiladas artificialmente e em muitos casos

arrefecidas para evitar o sobreaquecimento devido aos ganhos internos.

Fig. 3.3 – Definição de Zona Passiva (para pé-direito igual a 3 metros)

A profundidade da zona passiva é duas vezes o seu

pé-direito (figura 3.3) e na presença de clarabóias

esta profundidade aumenta.

A orientação que mais beneficia de ganhos solares é

a orientação Sul relativamente à orientação Norte,

Este e Oeste, pois é a que recebe maior quantidade

de radiação solar ao longo do ano.

Com efeito, este conceito é de elevada importância no método LT pois a proporção de

zonas passivas relativamente à área total do edifício é um bom indicador do potencial

desempenho energético do mesmo.

77

3.3. Descrição dos casos de estudo

Pavilhão Carlos Ramos da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto

O Edifício do Pavilhão Carlos Ramos localiza-se na cidade do Porto, em Portugal. Foi

projectado pelo Arquitect Siza Vieira e foi construído entre 1985 e 1986.

Situado num atractivo jardim com vistas para o Rio Douro, o pavilhão carlos Ramos integra-se

num conjunto de construcções pré-existentes e anexas à FAUP. O edifício possui uma forma

trapezoidal, sendo constituído por dois pisos com três salas de projecto em cada um deles e

que se relacionam através de passagens interiores permanentemente abertas e dos seus

grandes envidraçados direccionados para o pátio interior.

Espaço em análise: Sala de Projecto de Arquitectura 2º ano

Fig.3.4, 3.5 e 3.6 – vista exterior do pavilhão; vista exterior da sala ; vista interior da sala de projecto por volta das 11h

A sala de projecto em análise situa-se no piso térreo do edifício do Pavilhão carlos Ramos e

destina-se a ser utilizada por alunos do 2º ano do curso de Arquitectura na disciplina nuclear de

Projecto de Arquitectura. A sala está conectada à sala ao lado através de duas passagens e

possui ligação directa para o exterior através de uma porta envidraçada. A sua fachada

principal envidraçada encontra-se, tal como nas outras salas, direccionada para o pátio interior

e com vistas para as restantes salas e jardim. Esta é constituída por pórticos de pilar e viga de

betão armado cujos vãos são totalmente preenchidos por envidraçados.

78

Planta e corte

Forma

A sala possui uma profundidade de 5 metros em relação à fachada envidraçada e um pé-direito

de 2,35 m. Sendo a zona iluminada naturalmente duas vezes a altura que vai desde o

pavimento à parte superior da janela, neste caso, toda a sala se encontra iluminada

naturalmente. Por outro lado, existem condicionantes exteriores que obstruem a passagem de

alguma radiação solar, tais como, a pala sombreadora, o restante edifício que completa o atrio

e a vegetação existente no jardim em que se insere.

Orientação

A fachada principal envidraçada da sala encontra-se orientada a Oeste, recebendo radiação

solar apenas durante a tarde. No Verão a radiação solar possui ângulos perpendiculares ao

envidraçado e torna-se essencial o seu sombreamento de forma a evitar situações de

encandeamento e sobreaquecimento do edifício. No Inverno a radiação incide na fachada

durante menos horas do que no Verão mas o seu controlo continua a ser importantíssimo no

alcance do conforto visual.

Sistemas de Iluminação Natural

O sistema de iluminação natural presente designa-se de bilateral pois provém na sua grande

maioria de aberturas verticais situadas em paredes adjacentes: de grandes envidraçados

(área= 19,77 m2, percentagem de envidraçado= 82,4%) que ocupam toda a fachada principal,

de uma porta envidraçada (área= 2 m2 , percentagem de envidraçado = 15,7%) existente na

79

parede adjacente à fachada principal e das aberturas permanentes que ligam a sala em

questão à sala adjacente.

As esquadrias dos envidraçados (vidro simples, com U= 5,4 W/m2 K e transmissão de luz =

87%) são executados com aros fixos de madeira e capeamento nas soleiras e ombreiras de

pedra de Ançã. Os aros móveis são de ferro (U=7 W/m2 K), com partes de aço inoxidável nas

peças de maior desgaste.

Dispositivos de sombreamento

A sala em estudo recebe sombreamento do restante edifício que completa o atrio do edifício e

situado à frente da sua fachada principal e também da abundante vegetação existente no

jardim onde se insere.

Pavilhão de Arquitectura e Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico

O edifício do Pavilhão de Arquitectura e Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico localiza-

se na cidade de Lisboa, Portugal. É um projecto da autoria do gabinete Pardal Monteiro

Arquitectos e a sua construcção aconteceu entre 1990 e 1993.

Situado no campus da Alameda, na Avenida Rovisco Pais em Lisboa, o edifício foi construído

em duas fases, a 1ª em 1990 e a 2ª em 1993. O segundo bloco de salas construído é onde se

situam as salas de Projecto de Arquitectura. A unir os dois blocos existe um atrio com uma

clarabóia translúcida suportada por uma estrutura metália de treliças e blocos de escadas e

elevadores atravessados por umas plataformas pedonais.

80

Espaço em análise: Sala de Projecto de Arquitectura 5º ano (V012)

Fig.3.7, 3.8 e 3.9 – vista do atrio; vista da entrada da sala; vista interior da sala de projecto por volta das 11h30

A sala de projecto em análise situa-se no piso térreo do edifício e destina-se a ser utilizada por

alunos do 5º ano do curso de Arquitectura na disciplina nuclear de Projecto de Arquitectura.

Planta e corte

Forma

A sala possui uma grande profundidade (14 metros) relativamente ao seu pé direito (3 metros)

e à altura dos envidraçados laterais. Com efeito, a zona iluminada naturalmente é igual a duas

vezes a altura que vai desde o pavimento à parte superior da janela. No caso em questão, a

profundidade de entrada de luz natural, segundo esta regra, seria igual a 6 metros mas a

existência de condicionantes exteriores, tais como a pala (3,5 metros) criada pelo piso superior

81

à sala e a sombra criada pelos edifícios adjacentes, diminui a profundidade alcançada pela luz

natural.

Orientação

A fachada principal encontra-se orientada a Oeste. Na estação do Verão a radiação solar

incide, nesta fachada, durante longas horas da tarde e com ângulos perpendiculares à mesma

que poderão originar desconforto visual por encandeamento e conduzir ao sobreaquecimento

da sala. Na estação do Inverno recebe radiação apenas durante algumas horas da tarde. No

entanto o seu sombreamento na estação de Inverno é de igual importância de forma a garantir

o conforto visual dos utilizadores do espaço.


A luz natural neste espaço provém de vãos envidraçados laterais horizontais (área=9,36 m2), à

altura de 1,9 m do pavimento, situados na fachada principal orientada sensivelmente a Oeste e,

também, de pequenos vãos envidraçados laterais horizontais (2,1 m2) localizados no topo da

fachada oposta que comunica com o atrio do edifício. A percentagem área de envidraçado na

fachada principal é de 38%.

A sala possui uma pequena área, contígua à parede que comunica com o atrio, dedicada a

arrumações, que obstrui a passagem da luz escassa proveniente dos pequenos vãos

envidraçados.

A fachada principal encontra-se recolhida 3,5 metros relativamente ao piso superior, o que

resulta numa pala sombreadora que também condiciona a entrada de luz natural.

Apesar do sistema de iluminação poder ser designado por bilateral, o seu comportamento

equivale ao sistema de iluminação unilateral pelo facto das janelas do lado do atrio serem de

reduzida dimensão e a passagem da luz se encontrar obstruída pela parede divisória.


Os vãos da fachada principal estão equipados com estores interiores de lâminas metálicas

orientáveis (transmissão de luz = 59%) que permitem a sua mudança de posição e a até a sua

total recolha, deixando o envidraçado livre de qualquer obstrucção por parte do dispositivo. No

entanto, estes dispositivos de sombreamento encontram-se danificados e o seu uso é ineficaz.

Por se encontrar orientada a Oeste e receber radiação directa durante a tarde, a existência de

dispositivos de sombreamento móveis é essencial no controlo da mesma de forma a evitar

situações de encandeamento.

82

Faculdade de Arquitectura de Lisboa

O edifício da Faculdade de Arquitectura de Lisboa localiza-se na cidade de Lisboa, Portugal. É

um projecto da autoria do Arquitecto António Augusto Brandão e a sua construcção aconteceu

em 1979.

A Faculdade de Arquitectura da Universidade Técnica de lisboa foi fundada em 1979 e situa-se

no Pólo Universitário da Ajuda, na Ajuda em Lisboa. É constituída por cinco edifícios que

comunicam pelo exterior, sendo o bloco mais a Norte dedicado ao curso de Arquitectura.

Espaço em análise: Sala de Projecto de Arquitectura (4.09)

Fig.3.10, 3.11 e 3.12 – vista da sala de Projecto; vista do corredor comum; pormenor da clarabóia e dos estores exteriores móveis

O pavilhão dedicado ao curso de Arquitectura, corresponde ao Bloco 4 da F.A.L. e, é

constituído apenas por um piso acima do nível térreo (à excepção do mezanine) sendo que

todas as salas, inclusivé a sala de projecto a avaliar, possuem acesso directo para o exterior

através de portas envidraçadas na fachada principal.

Planta e corte

83

Forma

A sala possui uma profundidade total de 7,76 metros relativamente à fachada principal. Possui

um pé-direito de 3,43 metros que aumenta na zona da clarabóia situada na parte mais

profunda da sala.

Orientação

A sala encontra-se orientada a Norte. O grande envidraçado da fachada principal no Inverno

não recebe radiação directa e no Verão recebe apenas uma pequena fracção de radiação

directa do sol no início da manhã e no final do tarde, que é facilmente evitada pela existência

de uma pala sombreadora.

A clarabóia recebe radiação directa no Verão que pode ser minimizada pela existência de

dispositivos exteriores de sombreamento móveis.

Com efeito, no Verão não origina grandes ganhos de calor e evita a necessidade de

arrefecimento do edifício, conferindo uma iluminação constante e difusa ao longo dia. Por outro

lado, esta orientação, no Inverno pode originar grandes perdas de calor e aumentar a

necessidade de aquecimento.


A luz natural neste espaço provém da fachada principal envidraçada (área = 35 m2), orientada

a Norte e, também, da clarabóia inclinada (área = 39 m2) localizada na zona mais profunda da

sala. A percentagem área de envidraçado na fachada principal é de 85%.

Os planos envidraçados possuem vidro simples (U=5,4 W/m2 K, transmissão de luz = 87%),

em caixilharia de alumínio alumínio termolacado branco (U=5 W/m2 K), com janelas

basculantes.

Como se pode obervar, apesar de existirem paredes divisórias entre cada sala, existe um

corredor comum que atravessa as salas (por baixo da clarabóia) e que permite a passagem e

partilha de luz natural de uma sala para a outra, proveniente da fachada principal envidraçada

e da clarabóia inclinada que acompanha todo o corredor.

84


A fachada envidraçada a Norte possui uma pala fixa que a protege da eventual radiação solar

directa no Verão (quando o sol se encontra mais alto). A clarabóia está equipada com estores

exteriores de laminas metálicas orientáveis (transmissão de luz = 14% ) que permitem a sua

mudança de posição e a até a sua total recolha, deixando o envidraçado livre de qualquer

obstrução por parte do dispositivo. No entanto, alguns estores encontram-se danificados e já

não permitem a sua adaptação a diferentes condições.

3.4. Análise de resultados

3.4.1. Medições

Os três gráficos seguintes relacionam, para cada caso de estudo, o valor do parâmetro Factor

Luz Dia, em cada ponto de medição da malha, à medida que se afasta dos envidraçados e a

profundidade da sala aumenta. Com efeito, o FLD é sempre mais elevado junto às aberturas

envidraçadas e decresce quando se afasta delas.

Segundo Baker and Steemers, 2% é a percentagem mínima de FLD aconselhada em salas de

aula e entre 4 a 6 % o valor ideal para estúdios de arte. Assim, os gráficos permitem observar

se a sala de projecto de arquitectura em questão possui uma percentagem aceitável de FLD. A

zona amarela da planta representa a área iluminada naturalmente que contém um valor do FLD

igual ou superior ao mínimo recomendado para salas de aula (2%).

As tabelas de medições que estão na origem da elaboração destes gráficos encontram-se em

anexo.

85

Sala no Pavilhão Carlos Ramos, FAUP

Os valores do FLD são, em toda a sala, muito superiores aos

valores mínimos recomendados. Assim, pode-se concluir que

em termos quantitativos a luz natural no interior da sala é mais

do que suficiente.

No entanto, estes valores muito altos podem também ser

indicativos de radiação solar excessiva podendo originar o

sobreaquecimento da sala no Verão e a ocorrência de

encandeamento.

Fig. 3.13 – Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com malha de medições

Sala no Pavilhão de Arquitectura e Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico

A sala em questão possui uma

percentagem aceitável de FLD (zona

passiva a amarelo no gráfico) até 3 metros

de profundidade desde os vãos

envidraçados e a área restante da sala

depende, durante o dia, totalmente da

iluminação artificial para a execução de

tarefas por parte dos alunos e professores

pois em termos quantitativos a luz natural

disponível não é suficiente.

Fig.3.14 – Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com grelha de medições

86

Sala na Faculdade de Arquitectura de Lisboa

Os valores do parâmetro FLD são sempre superiores

ao mínimo recomendado mas por outro lado ultrapassa

por vezes o máximo recomendado de 6%. Esta

situação poderá originar situações de encandeamento

ou sobreaquecimento nos meses de Verão.

Fig.3.15 – Gráfico do Factor Luz Dia (%) ao nível do plano de trabalho e planta da sala com grelha de medições

As três salas de projecto

Fig.3.16 – Gráfico do Factor Luz Dia (%) médio, ao nível do plano de trabalho, das três salas de projecto

Existe uma grande disparidade nos valores

da média do Factor Luz Dia nos três casos

de estudo. Pode-se observar que a sala

com maior profundidade (IST) é a que

possui os valores mais baixos do FLD e

que a FAUP, sendo a que possui a menor

profundidade é a que tem os valores mais

elevados do FLD.

A importância, para a performance lumínica, da profundidade da sala vem a par da

percentagem de envidraçado e da sua orientação. A sala na FAL apesar de ser a que possui

maior percentagem de envidraçado, encontra-se orientada a Norte e praticamente não recebe

radiação directa, não tendo por isso o valor mais elevado do Factor Luz do Dia.

87

Registos fotográficos (9h, 12h e 17h)

FAUP

9h 12h 17h

Fig 3.17 – Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto da FAUP, em condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)

Devido à orientação Oeste da sala de projecto da FAUP, e ao facto dos registos fotográficos

terem sido efectuados em situação de altitude solar baixa (predominante nos meses de

inverno) observa-se a incidência de alguma radiação directa (às 17h) junto dos vãos

envidraçados, o que poderá originar desconforto viual por encandeamento aos utilizadores que

se encontrarem junto dos mesmos. Assim, é perceptível a concordância entre os valores muito

elevados do Factor Luz Dia junto dos vãos envidraçados e a distribuição de luz observada nos

registos fotográficos.

É também visível alguma incidência de luz no plano do tecto (côr clara e reflexiva) da sala nos

três registos, que por consequência é reflectido sobre o plano de trabalho (estiradores),

aumentando assim o nível de iluminação no fundo da sala.

IST

9h 12h 17h

Fig. 3.18– Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto do IST, em condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)

Observa-se que o nível de iluminação proveniente dos vãos envidraçados decresce

abruptamente à medida que a profundidade da sala aumenta. Essa insuficiência dos níveis de

88

luz, também comprovada pelas medições do Factor Luz Dia, obriga ao uso permanente de

iluminação artificial durante o dia.

O facto do tecto possuir uma cor escura, prejudica e impede a reflexão da luz para o fundo da

sala, contribuindo apenas para essa reflexão as paredes da sala (brancas).

Por se encontrar em situação urbana muito densa, não se verifica a existência de porções

visíveis de céu brilhante que possam originar desconforto visual por encandeamento.

FAL

9h 12h 17h

Fig. 3.19 – Registos fotográficos do ambiente luminoso no interior da sala de projecto da FAL, em condições de céu limpo ao longo do dia (às 9h, 12h e 17h)

Por se encontrar orientada a Norte, não se verifica a incidência directa de radiação solar no

interior da sala na FAUP. Por isso, nestas condições de altitude solar baixa, predominante

durante os meses de inverno quando se efectuaram os registos fotográficos, não existe

qualquer risco de desconforto visual por encandeamento.

É perceptível a concordância entre a distribuição de luz nos registos fotográficos e as medições

in situ do Factor Luz Dia. O nível de iluminação é visivelmente superior por baixo da clarabóia.

Assim, durante os meses de verão (quando o sol se encontra em altitude elevada) pode dar-se

a incidência de radiação solar directa no interior da sala através da clarabóia e dar origem a

situações de desconforto visual por encandeamento e sobreaquecimento.

3.4.2. Inquéritos

• Preferência pelo tipo de luz

• Avaliação da Luz Natural

93%

7%

FAUP

87%

13%

IST

89%

11%

FAL

21%

43%

36%

FAUP

89

• Preferência pelo tipo de luz

Como seria de prevêr, a preferência

dos alunos e professores pela

Iluminação Natural como fon

de luz é unânime nos três casos de

estudo. Com efeito, esta é a fonte de

luz mais desejada por ser a que melhor

corresponde aos requerimentos da

visão humana, para além de vir

acompanhada de vistas para o exterior

nas três salas em questão.

Na sala do IST, a pequena

percentagem de utentes que prefere a

luz artificial deve-se ao facto da luz

natural não ser suficiente.

• Avaliação da Luz Natural

Segundo os alunos e professores

inquiridos na FAUP e na FAL, a luz

natural disponível nas respectivas salas

é considerada na sua maioria suficiente

para as tarefas que se pretende

desenvolvem.

Luz Natural

Luz Artificial

Insuficiente

Suficiente

Boa

Como seria de prevêr, a preferência

dos alunos e professores pela

Iluminação Natural como fonte principal

de luz é unânime nos três casos de

estudo. Com efeito, esta é a fonte de

luz mais desejada por ser a que melhor

corresponde aos requerimentos da

visão humana, para além de vir

acompanhada de vistas para o exterior

nas três salas em questão.

sala do IST, a pequena

percentagem de utentes que prefere a

se ao facto da luz

natural não ser suficiente.

Segundo os alunos e professores

inquiridos na FAUP e na FAL, a luz

respectivas salas

é considerada na sua maioria suficiente

para as tarefas que se pretende

• Satisfação com o sombreamento

83%

17%0%

IST

18%

70%

12%

FAL

21%

79%

FAUP

90

Na FAUP, 36% dos inquiridos considera

a iluminação natural boa (situação

ideal). Constacta-se assim, que na

avaliação da luz natural, esta sala,

obteve resultados mais positivos e

próximos do ideal.

Por outro lado, no IST, 83% dos alunos

e professores, consideram a luz natural

disponível insuficiente para

desenvolverem as respectivas tarefas.

Sendo que 63% desses 83%, ligam a

luz artificial para melhora

visual.

Isto expressa uma grande insatisfação

pela luz natural disponível e vem de

encontro aos valores do Factor Luz Dia

medidos in situ nesta sala, que se

revelaram nas sua maioria muito a

baixo do mínimo recomendado.

É ainda de importânci

47% dos alunos insatisfeitos com a luz

natural propõe uma maior transparência

da parede da sala comunicante com o

atrio, de forma a optimizar a iluminação

natural.

• Satisfação com o sombreamento

Relativamente ao sombreamento q

protege a sala de radiação solar

indesejada que poderá originar o

encandeamento e conduzir ao

sobreaquecimento, a maioria dos

inquiridos disse encontrar

Na FAUP, 81% dos alunos que se

Satisfeito

Insatisfeito

Na FAUP, 36% dos inquiridos considera

a iluminação natural boa (situação

se assim, que na

avaliação da luz natural, esta sala,

resultados mais positivos e

Por outro lado, no IST, 83% dos alunos

e professores, consideram a luz natural

disponível insuficiente para

desenvolverem as respectivas tarefas.

Sendo que 63% desses 83%, ligam a

luz artificial para melhorar o conforto

Isto expressa uma grande insatisfação

pela luz natural disponível e vem de

encontro aos valores do Factor Luz Dia

nesta sala, que se

revelaram nas sua maioria muito a

baixo do mínimo recomendado.

É ainda de importância resaltar que

47% dos alunos insatisfeitos com a luz

natural propõe uma maior transparência

da parede da sala comunicante com o

atrio, de forma a optimizar a iluminação

Relativamente ao sombreamento que

protege a sala de radiação solar

indesejada que poderá originar o

encandeamento e conduzir ao

sobreaquecimento, a maioria dos

inquiridos disse encontrar-se insatisfeito.

Na FAUP, 81% dos alunos que se

• Sensação de desconforto causado por encandeamento

25%

75%

IST

44%

56%

FAL

26%

47%

27%

FAUP

91

encontram insatisfeitos com o

sombreamento (pala do

vegetação), sofrem de desconforto visual

causado por encandeamento e 63%

tapam os vidros com papeis e afastam

se das janelas para aumentar o conforto

visual. Isto permite concluir que o

sombreamento existente não é eficaz na

protecção contra a radiação directa.

Na sala da FAL e do IST os estores

móveis de sombreamento exterior

encontram-se danificados e não

permitem a sua adaptação aos

diferentes ângulos de radiação solar,

facto que está na origem da insatisfação

de alguns alunos e na sens

desconforto visual causado por

encandeamento.

• Sensação de desconforto causado por encandeamento

Segundo os resultados dos inquéritos, é

na FAUP que uma maior percentagem

dos alunos diz sentir-se encandeado e

alguns especificam que esta sensação de

desconforto ocorre durante a tarde. Com

efeito, como a sala se encontra orientada

a Oeste receberá radiação directa

durante algumas horas da tarde.

Este sensação de desconforto causado

por encandeamento está também

relacionada com o sombreamento que

para a maioria dos utentes se revela

ineficaz no controlo da radiação solar.

No IST a percentagem de utilizadores que

Nunca

Às vezes

Muitas vezes

encontram insatisfeitos com o

sombreamento (pala do piso superior e

vegetação), sofrem de desconforto visual

causado por encandeamento e 63%

tapam os vidros com papeis e afastam-

se das janelas para aumentar o conforto

visual. Isto permite concluir que o

sombreamento existente não é eficaz na

ra a radiação directa.

Na sala da FAL e do IST os estores

móveis de sombreamento exterior

se danificados e não

permitem a sua adaptação aos

diferentes ângulos de radiação solar,

facto que está na origem da insatisfação

de alguns alunos e na sensação de

desconforto visual causado por

Segundo os resultados dos inquéritos, é

na FAUP que uma maior percentagem

se encandeado e

que esta sensação de

desconforto ocorre durante a tarde. Com

efeito, como a sala se encontra orientada

a Oeste receberá radiação directa

durante algumas horas da tarde.

Este sensação de desconforto causado

por encandeamento está também

sombreamento que

para a maioria dos utentes se revela

ineficaz no controlo da radiação solar.

No IST a percentagem de utilizadores que

• Acção dos ocupantes para melhorar o conforto visual

41%

42%

17%

IST

56%39%

5%

FAL

0

10

20

30

40

50

60

70

Fechar os estores

Tapar os vidros com

papeis

92

sofrem de encandeamento é menor mas

como seria de esperar, aqueles que

dizem sentir esse desconforto alegam

também sentirem-se insatisfeitos com o

sistema de sombreamento por se

encontrar danificado.

Os alunos da sala da FAL, segundo os

resultados, na sua maioria não sentem

desconforto visual por encandeamento

(56%). Esta sala encontra

Norte, orientação meno

com a radiação directa pois só recebe

radiação indirecta. No entanto, a sua

clarabóia no Verão poderá receber

alguma radiação directa e para isso

deverão existir uns estores móveis

exteriores em bom estado, que permitam

evitar a sua entrada

encandeamento e o sobreaquecimento da

sala.

• Acção dos ocupantes para melhorar o conforto visual

Tapar os vidros com

papeis

Ligar a luz artificial

Desligar a luz artificial

Afastar-se das janelas

nada

sofrem de encandeamento é menor mas

como seria de esperar, aqueles que

dizem sentir esse desconforto alegam

se insatisfeitos com o

sistema de sombreamento por se

Os alunos da sala da FAL, segundo os

resultados, na sua maioria não sentem

desconforto visual por encandeamento

(56%). Esta sala encontra-se orientada a

Norte, orientação menos problemática

com a radiação directa pois só recebe

radiação indirecta. No entanto, a sua

clarabóia no Verão poderá receber

alguma radiação directa e para isso

deverão existir uns estores móveis

exteriores em bom estado, que permitam

evitar a sua entrada prevenindo o

encandeamento e o sobreaquecimento da

nada

FAUP

IST

FAL

93

Quando questionados à cerca da acção que mais praticavam para melhorar o seu conforto

visual, os alunos da sala de projecto da FAUP, responderam na sua maioria que se afastavam

das janelas. Com efeito, esta situação com o facto da 2ª acção mais frequente ser a de tapar

os vidros com papeis ou outros materiais, permite deduzir que a falta de um dispositivo de

sombreamento móvel que permita a sua adaptação às diferentes necessidades, conduz ao

desconforto visual.

No IST, os alunos e professores, na sua grande maioria liga a luz artificial para melhorar o

conforto visual na sala de projecto. Sendo que 85% das pessoas que ligam a luz artificial

consideram a luz natural disponível insuficiente. Assim, observa-se que a acção de recorrer à

luz artificial para melhorar o conforto visual deve-se ao facto da luz natural se revelar

insuficiente para desenvolver as tarefas no interior da sala.

Na sala de projecto da FAL, a acção mais praticada no alcance do conforto visual é o

afastamento das janelas e em igual percentagem nada fazem. Este resultado pode dever-se ao

facto de os estores exteriores existentes na clarabóia encontrarem-se danificados e não

permitirem a sua mudança de posição.

• O que faria para melhorar a iluminação natural neste espaço?

Na última pergunta de resposta aberta do inquérito, os alunos da FAUP quando questinados à

cerca do que gostariam de fazer para melhorar a iluminação natural na sua sala de projecto, a

maior parte não soube dizer e uma pequena parte disse que acrescentaria uns estores móveis

no exterior do grande envidraçado da fachada principal de forma a controlar a entrada de

radiação solar.

No IST, os alunos, responderam em grande maioria que optariam por optimizar a luz natural

que provém do atrio do edifício através de uma maior transparência da parede comunicante

com o mesmo.

Na FAL, as respostas recaíram mais para o arranjo dos estores que se encontram danificados

e uma minoria ainda falou em pintar o tecto da sala de branco por ser uma cor especular e

assim optimizar a luz natural no seu interior pela sua reflexão.

Esta pergunta de resposta aberta permitiu perceber as lacunas existentes em cada sala de

projecto e as necessidades visuais dos seus utentes e irá ajudar a traçar as alterações para os

projectos optimizados.

94

3.4.3. Simulações

• LT - Portugal

Primeiramente o programa LT permitiu obter gráficos que prevêm o consumo anual de energia

por metro quadrado, em função de:

- percentagem de envidraçado;

- tipo de vidro (simples ou duplo);

- orientação da fachada envidraçada;

- sistema de ventilação (ventilação nocturna de verão ou ventilação de maior intensidade no

verão);

- dados climáticos referentes ao local e coeficientes de transmissão térmica dos materiais

(definidos pelo programa LT Portugal).

Os gráficos apresentam curvas de consumo anual de energia para o aquecimento,

refrigeração, iluminação e ventilação mecânica do edifício, e para o seu total. O eixo vertical

dos gráficos representa o consumo anual de energia primária em MWh/m2 , e o eixo horizontal

é a área de envidraçado em percentagem relativamente à sua fachada.

O objectivo final do estudo não foi o de calcular o consumo anual de energia primária de cada

caso de estudo mas sim o de comparar as opções de projecto acima mensionadas e as suas

implicações na performance energética dos mesmos, através de uma série de gráficos de

barras que permitem comparar os vários projectos com diferentes opções projectuais.

Aproximação das áreas

De forma a comparar as três salas de projecto em termos de comportamento energético, foi

feita uma aproximação das suas áreas. A área do piso térreo da FAUP serviu de base e as

áreas da sala no IST e da sala na FAUP foram multiplicadas de forma a atingir o mesmo valor

de área, tal como a figura 3.20 expressa.

95

Fig. 3.20 – aproximação das áreas das salas de projecto para o estudo LT

Cálculo da percentagem de envidraçado

Seguindo o método LT, foi

calculado a percentagem de

envidraçado para cada caso de

estudo, através do rácio entre a

área de envidraçado e a área da

parede em que este se encontra

(Fig.3.21).

Fig. 3.21 – Definição de Percentagem de

envidraçado, Fonte: Energy in

Architecture – The European Passive

Solar Handbook, Goulding, Lewis and

Steemers, 199

96

Gráficos de Curvas LT - Situação Actual - FAUP, IST E FAL

FAUP IST

Fig.3.22 - Gráfico de Curvas LT da sala de projecto do Pavilhão Carlos Ramos, FAUP

Fig.3.23 - Gráfico de Curvas LT da sala de projecto do Pavilhão de Civil, IST

FAL

Fig.3.24 - Gráfico de Curvas LT da sala de projecto da FAL, para o envidraçado

principal e para a clarabóia

Os gráficos de curvas LT, representam o consumo anual de energia em MWh/m2 necessário

para o aquecimento, arrefecimento e ventilação mecânica e iluminação de cada sala de

projecto actualmente.

A percentagem existente de envidraçado varia em cada caso de estudo (linha vertical a preto),

mas em todos o tipo de vidro utilizado é simples e o consumo total de energia primária

encontra-se numa zona crítica da curva LT de elevado consumo, à excepção da sala de

projecto no IST. Como se pode observar, o mínimo encontra-se nos 20% de envidraçado,

97

aumentando lentamente na sua proximidade, e a partir dos 35 % dispara para valores muito

elevados de consumo por arrefecimento e ventilação (curva azul), que por sua vez faz disparar

o consumo anual total de energia primária (curva verde, MWh/m2). Com efeito, a existência de

uma grande percentagem de envidraçado, como é o caso da FAUP e da FAL, pode originar

desconforto visual por encandeamento e desconforto térmico por sobreaquecimento ou perda

de calor no Inverno.

Por outro lado, a existência de dispositivos de sombreamento diminui as necessidades de

arrefecimento e pode permitir a existência de uma percentagem de envidraçado até 35%.

Assim, a partir da observação do gráfico 2.3, referente a um envidraçado orientado a Sul na

zona climática do sul da Europa e retirado do manual “The LT Method 3.0” The Commission of

the European Communities, de Baker and Steemers, consegue-se observar o efeito da

presença de sombreamento na diminuição do consumo de energia.

Gráfico 2.3 – Gráfico de Curvas LT, para um escritório na zona climática do sul da Europa, numa fachada orientada a sul

No gráfico 2.3, cada sub-conjunto de curvas possui

três curvas de consumo de energia por

arrefecimento e ventilação (cool) correspondendo a

curva 1.0 à inexistência de sombreamento, a curva

0.7 a 70% de transmissão de luz (sombreamento

leve) e a curva 0.35 a 35% de trasmissão de luz

(sombreamento pesado). Observa-se uma

diminuição da curva do consumo de energia

necessária para o arrefecimento e ventilação com a

presença de sombreamento, permitindo uma maior

percentagem de envidraçado sem comprometer a

performance energética do espaço em questão.

Assim, a presença de sombreamento exterior orientável a Este e Oeste terá o mesmo efeito,

pois ao obstruir a entrada de radiação solar no espaço em questão evita o sobreaquecimento e

diminui a necessidade de arrefecimento. Por outro lado, a orientação Norte, por não receber

radiação solar directa a presença de dispositivos de sombreamento não influenciará a térmica

do edifício.

Relativamente aos vãos horizontais (clarabóias), a presença de ‘sombreamento pesado’

(transmissão de luz = 35%) permite a existência de uma percentagem de 15% de envidraçado,

pois pela sua disposição horizontal é o que colecta maior quantidade de radiação solar.

98

Comparação de Opções de Projecto ( três casos de estudo) – FAUP, IST E FAL

Os seguintes gráficos foram calculados para opções de projecto distintas: área de envidraçado

(80%, 60%, 40%, 30% e 20%), tipo de vidro (simples - 1x, ou duplo - 2x) e sistema de

ventilação (VN - nocturna de verão e de maior intensidade no verão), em cada sala de projecto.

Com efeito, o seu calculo tem como objectivo a comparação das diferentes opções projectuais

e a selecção das que melhor corresponderem ao compromisso entre a área de envidraçado e o

consumo anual de energia primária.

FAUP – Comparação de opções de projecto

Fig. 3.25 – Gráficos de barras LT, comparação de

opções de projecto da sala de projecto na FAUP

99

IST – Comparação de opções de projecto

Fig. 3.26 – Gráficos de barras LT, comparação de opções de projecto da sala de projecto no IST

100

FAL – Comparação de opções de projecto

Fig. 3.27 – Gráficos de barras LT, comparação de opções de projecto da sala de projecto na FAL

Para cada caso de estudo foram calculados, através do software LT Portugal, valores de

consumo anual de energia primária num sistema de ventilação natural e num sistema de ar-

condicionado, para uma série de variáveis de projecto acima mensionadas.

Como seria de esperar, à medida que se reduziu a percentagem de envidraçado, as

necessidades de arrefecimento e ventilação AVAC decresceram, tal como os dias com

sobreaquecimento, mas por outro lado, num sistema de ventilação natural as necessidades de

aquecimento cresceram pois os ganhos de calor no inverno diminuiram.

No caso da FAUP e do IST, as reduções observadas no consumo anual de energia primário

por arrefecimento no caso da FAUP são apenas de 5 a 7 MWh, enquanto que no caso da FAL

essa redução teve um maior significado (16 MWh). Com efeito, seriam necessárias seriam

necessárias transformações de vulto para se obterem maiores decréscimos de energia: melhor

isolamento da envolvente opaca (aumentando a inércia térmica), orientação adequada, outras

áreas de envidraçado, etc.

101

A existência de um vidro duplo (2x), permitiu economizar energia relativamente ao vidro

simples (1x), pois o valor do coeficiente de transmissão térmica do vidro duplo é de 2.8 W/m2K ,

50% menor que o valor do coeficiente do vidro simples (5.4 W/m2K). Assim, ao utilizar o vidro

duplo em vez do vidro simples, tanto no sistema de ventilação natural como no sistema de ar-

condicionado, a mesma área de envidraçado possui um consumo anual de refrigeração menor,

sendo que essa poupança de energia é mais significativa para as percentagens de envidraçado

maiores.

Embora o programa LT faça o calculo dos valores do consumo de energia num sistema de ar-

condicionado, este, não deverá ser interpretado como uma recomendação para o uso do

mesmo mas sim como uma indicação desse consumo energético e utilizado para apoiar

medidas passivas que reduzam essa carga de refrigeração. Se a carga de refrigeração for

reduzida suficientemente, significa que outras medidas passivas serão capazes de suprir a

necessidade de refrigeração e a dependência do ar-condicionado.

Cada dia com sobreaquecimento equivale em média a mais de duas horas com temperaturas

equivalentes ou superiores a 27 o, sendo por isso um critério bastante exigente.

Assim, através da observação dos gráficos verifica-se que a activação do sistema de ventilação

nocturna de verão e de maior intensidade no verão (VN) diminui significativamente os dias com

sobreaquecimento nas salas da FAUP e do IST orientadas a Oeste (forte radiação solar

durante a tarde nos meses de verão) e teve um decrescimo menor na sala da FAL orientada a

Norte. Esta diminuição dos dias de sobreaquecimento poderá significar uma dependência

menor dos sistemas mecânicos de arrefecimento (ar-condicionado).

Comparação de Projectos

Pretende-se com os seguintes gráficos comparar os três casos de estudo segundo três

situações distintas:

- o projecto da situação actual de cada sala;

- o projecto com a percentagem de envidraçado corrigida, com vidro duplo e ventilação

nocturna activa;

- segundo a mesma orientação SUL.

102

Fig. 3.28 – Gráficos de barras LT, comparação de projectos, segundo três situações distintas

Ao observar os gráficos seguintes denota-se um grande consumo anual por

arrefecimento (barra azul) no projecto actual da sala da FAL. Com o envidraçado

corrigido de 85% para 35% essas necessidades de arrefecimento diminuíram

drásticamente (tal como diminuíram os dias com sobreaquecimento que requerem esse

arrefecimento), significando assim uma diminuição da dependência pelo ar-condicionado

através da correcção do envidraçado. Com o redimensionamento do envidraçado nas

salas da FAUP e do IST, a situação repetiu-se mas em menor escala no IST pois a sala

já possuía uma percentagem de envidraçado de 40 % próxima da recomendada (35%).

Como se pode observar, o consumo anual de energia por arrefecimento está

directamente ligado aos dias com sobreaquecimento, pois cada dia com

sobreaquecimento significa o uso de ar-condicionado para o seu arrefecimento.

É importante também mencionar que o LT considera uma iluminação de alta eficácia e

com modestos ganhos internos de calor, que se encontra desligada sempre que o nível

de iluminação necessária num ‘escritório’ é alcançada pela luz natural. Assim, a

103

existência de um grande consumo anual de energia por iluminação artificial poderá

significar uma iluminação natural insuficiente.

Quando postas segundo a mesma orientação Sul, a sala de projecto no IST continua a

possuir o maior consumo anual de energia por iluminação. Esta situação deve-se ao

facto do envidraçado estar na parede de menor largura (significando menor área de

envidraçado e consequente menor entrada de luz natural) e ao facto da sala ter uma

grande profundidade relativamente ao pé-direito e uma grande zona que precisa de ser

iluminada e climatizada artificialmente (zona activa).

ECOTECT

As simulações foram efectuadas em duas fases, para os três casos de estudo:

1ª Fase: Simulação da situação existente e da situação optimizada.

Projecto de optimização:

– Percentagem de envidraçado corrigida (35% para a orientação Sul, 30% para

orientação Este e Oeste e 20% para orientação Norte);

– Melhor isolamento colocado na parte exterior da envolvente opaca (paredes

exteriores);

– Substituição do vidro simples por vidro duplo de baixa-emissividade (low-e).

2ª Fase: comparação entre a situação existente e a optimizada na 1ª fase, segundo a mesma

orientação Sul.

104

1ª Fase: Simulação da situação existente e da situação optimizada

FAUP

Fig.3.29 – vista exterior do modelo Ecotect da IST

Existente (% FLD) Optimizado (% FLD)

Fig.3.30 – Simulação dos valores da percentagem de Factor Luz Dia referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)

Existente (nível de iluminância - lux) Optimizado (nível de iluminância – lux)

Fig.3.31 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)

Relativamente ao desempenho luminoso observa-se que a sala na FAUP possui, na situação

existente, valores do Factor Luz Dia ( entre 20 e 50%) e níveis de iluminação elevados

(chegando a ser por vezes superiores a 2000 lux) e muito acima dos recomendados, que

poderão indicar o sobreaquecimento no verão (excesso de infravermelhos) e situações de

105

desconforto visual por encandeamento (contraste excessivo). Com efeito, por se encontrar

orientada a Oeste recebe durante algumas horas da tarde radiação directa na sua grande área

envidraçada, que poderá originar desconforto visual e térmico.

Observando os resultados do desempenho térmico com o projecto de optimização denota-se

que diminui os valores do Factor Luz Dia e do nível de iluminação (lux), tornando-os próximos

dos valores recomendados (FLD = 4-6% ; Nível de Iluminação = 300-800 lux).

Existente (Temperatura Média Radiante) Optimizado (TMR)

Fig.3.32 – Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda)

e a optimizada (direita)

Existente (PMV) Optimizado (PMV)

Fig.3.33 – Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita)

Existente (PPD) Optimizado (PPD)

Fig.3.34 – Simulação da Percentagem de Insatisfação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita)

106

Como se pode observar, o projecto de optimização produziu, no mês de maio (estação

intermédia), melhorias visíveis ao nível do desempenho térmico na sala da FAUP. A

temperatura média radiante passou de 15o para 20o, passando a encontrar-se no intervalo de

temperatura considerada como zona de conforto térmico humano (entre 17 e 26 graus).

Por consequência, o PMV, a média dos votos de um grande número de utilizadores do espaço

optimizado, segundo uma escala de sensação térmica de sete-pontos, passou a encontra-se

entre o -1 (muito pouco frio) e o -2 (frio), sendo a Percentagem de Insatisfação (PPD) igual a

33% (menor do que 50%). Isto significa que a maioria dos utilizadores da sala de projecto da

FAUP se encontra térmicamente confortável no mês de maio.

No anexo C Figura C.1, encontram-se as simulações do projecto optimizado para o mês mais

quente (Agosto) e o mais frio (Dezembro). Observa-se que Temperatura Média Radiante

nestes dois casos representativos do dia mais quente e mais frio do ano, já não corresponde

ao intervalo de temperatura considerada como térmicamente confortável. Em Agosto a

temperatura registada é em média de 31o (muito quente) e em Dezembro é de 12o (muito frio).

IST

Fig.3.35 – vista exterior do modelo Ecotect da IST



107



A sala no IST possui percentagens do Factor Luz Dia muito reduzidas e inferiores ao mínimo

recomendado (entre 4 e 6%). Esta situação exige actualmente, mesmo durante o dia, o recurso

à iluminação artificial na execução de tarefas visuais por parte dos seus utentes. Assim, o

projecto de optimização teve como objectivo melhorar o nível de iluminação, através da

abertura da sala para o átrio do edifício e a supressão da parede divisória que obstruía a

passagem de luz, para além das medidas anteriormente mencionadas, optimizando a luz

proveniente do átrio. Como se pode observar, os resultados demonstram uma melhoria

significativa do Factor Luz Dia em toda a sala para valores entre 15 e 25% e dos níveis de

iluminação também passando a encontrar-se no intervalo recomendado de 300-800 lux.


Fig.3.38 – Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)


108




É de ressaltar que o projecto de optimização produziu também melhorias visíveis ao nível do

desempenho térmico na sala do IST. Os resultados da simulação do Voto Médio Estimado de

sensação (PMV), em maio, demonstram que este se encontra no intervalo -0,5 < PMV < +0,5 e

que a percentagem de insatisfação é inferior a 10%, significando que a maioria dos seus

utilizadores se sente térmicamente confortável.

No anexo C Figura C.2, encontram-se as simulações do projecto optimizado para o mês mais

quente (Agosto) e o mais frio (Dezembro). Observa-se que o Temperatura Média Radiante nos

dois casos representativos do dia mais quente e mais frio do ano, já não corresponde ao

intervalo de temperatura considerada como térmicamente confortável. Em Agosto a

temperatura registada é superior a 27o (muito quente) e em Dezembro é de 13o (muito frio).

FAL

Fig.3.41 – vista exterior do modelo Ecotect da FAL

109





Observando o resultado das simulações da situação existente denota-se que possui

percentagens do Factor Luz Dia e níveis de iluminação elevados e muito acima dos

recomendados, junto ao envidraçado da fachada principal e por baixo da clarabóia no fundo da

sala. A sua fachada por se encontrar orientada a Norte e possuir também uma pala

sombreadora recebe apenas radiação indirecta por isso a ocorrência de sobreaquecimento no

Verão e de situações de desconforto visual por encandeamento ocorrerão apenas através da

clarabóia.

Como se pode observar o projecto de optimização melhorou o desempenho luminoso da sala

na FAL, no entanto, os valores do nível de iluminação (lux) continuam a atingir os 2000 lux por

baixo da clarabóia. Assim, de forma a controlar essa entrada de radiação directa seria

necessário a instalação de um dispositivo de sombreamento exterior com lâmina orientáveis.

110


Fig.3.44 – Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita)





Observando os resultados das simulações, para o mês de maio, não se verifica nunhuma

mudança ao nível do desempenho térmico. Os resultados das simulações para a situação

existente e optimizada são semelhantes: o Voto Médio Estimado de sensação (PMV), em maio,

encontra-se no intervalo -0,5 < PMV < +0,5 e a percentagem de insatisfação é inferior a 10%,

significando que a maioria dos seus utilizadores se sente térmicamente confortável. No

entanto, as simulações da situação optimizada para a situação mais fria do ano (Dezembro) e a

situação mais quente (Agosto), no Anexo C e figura C.3, demonstram que a Temperatura

111

Média Radiante encontra-se fora do intervalo de conforto térmico.

112

2ª Fase: Comparação entre a situação existente e a optimizada na 1ª fase, segundo a

mesma orientação Sul

FAUP

Existente_ Orientação Sul (lux) Optimizado_ Orientação Sul (lux)

Fig.3.47 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

Existente com Sombreamento_ O.Sul (lux) Optimizado com Sombreamento_ O. Sul (lux)

Fig.3.48 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul e com dispositivos de sombreamento exteriores com lâminas orientáveis.

Quando colocado segundo a orientação Sul, os projectos optimizados da sala na FAUP

revelaram mais uma vez melhorias ao nível do desempenho luminoso. Com efeito, os projectos

de optimização conferiram níveis de iluminação próximos dos recomendados (300-800 lux), e

quando simulados com dispositivos de sombreamento verifica-se também uma melhoria

acentuada dos níveis de iluminação no interior da sala de projecto.

113

Existente_Orientação Sul (TMR) Optimizado_Orientação Sul (TMR)

Fig.3.49 – Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

Observando os resultados das simulações da Temperatura Média Radiante e do Voto Médio

Estimado (PMV) e de sua Percentagem de Insatisfação (PPD) da situação existente e da

situação optimizada com orientação Sul (ver Anexo C, Figuras C-4 e C-5), não se verifica

nenhuma mudança significativa. Em ambos os projectos os resultados são negativos e não

garantem o conforto térmico à maioria dos utilizadores da sala.

Apesar de não se verificarem alterações significativas ao nível do desempenho térmico na sala

da FAUP, o facto do projecto de optimização e os dispositivos de sombreamento evitarem

valores de iluminação muito acima dos recomendados, significa que também previnem a

incidência de radiação directa no interior da sala. Desta forma, evitam o desconforto térmico

por sobreaquecimento nos meses quentes do ano e o desconforto visual pela existência de

grandes contrastes no campo visual (encandeamento).

Com efeito, a existência de dispositivos exteriores de sombreamento com lâminas orientáveis,

permite a adaptação a diferentes necessidades visuais adaptando-se à variação do ângulo de

incidência da radiação solar e contribuindo para a sensação de conforto visual e térmico dos

utilizadores. Estes, ao interceptarem os raios solares mesmo antes de eles atingirem os

envidraçados da sala conseguem evitar em 80% o sobreaquecimento do edifício no verão.

IST


114

Fig.3.50 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.


Fig.3.51 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul e com dispositivos de sombreamento exteriores com lâminas orientáveis.

Quando posto segundo a orientação Sul, o projecto de optimização no IST revelou mais uma

vez melhores resultados ao nível do desempenho luminoso, através de uma melhor distribuição

dos níveis de iluminação (iluminação bilateral) e de valores mais próximos aos recomendados

(300-800 lux). O facto do nível de iluminação ser mais equilibrado ao longo da sala, em vez do

excesso de luz junto aos envidraçados e da ausência de luz no fundo da sala do projecto

existente, evita o desconforto visual ao impedir a existência de grandes contrastes.


Fig.3.52– Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

Existente_Orientação Sul (PMV) Optimizado_Orientação Sul (PMV)

Fig.3.53 – Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

115

Fig.3.54 – Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul

Ao nível do desempenho térmico, o projecto optimizado da sala no IST segundo a orientação

Sul revelou também melhorias relativamente ao projecto existente. Com efeito, os resultados

da simulação do Voto Médio Estimado de sensação (PMV), em maio, demonstram que este se

encontra no intervalo -0,5 < PMV < +0,5, ou seja que a sala se encontra numa temperatura

amena, e que a percentagem de insatisfação é inferior a 10%, significando que o espaço

confere conforto térmico à maioria dos seus utilizadores.

Quando simulado no LT Portugal, o projecto optimizado do IST segundo a orientação Sul, foi

relativamente ao projecto optimizado da FAL e da FAUP, o que originou gastos anuais de

energia primária mais elevados. Os maiores gastos eram relativos ao consumo de energia para

iluminar artificialmente pois o projecto de optimização no LT não previa o envidraçado para a

parede comunicante com o atrio nem o aproveitamento de luz proveniente do mesmo. Com

efeito, a optimização da luz proveniente do atrio para iluminar naturalmente a sala no IST reduz

a necessidade de consumo de energia por iluminação artificial.

FAL


Fig.3.55 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul

Existente_Orientação Sul (PPD)

Optimizado_Orientação Sul (PPD)

116


Fig.3.56 – Simulação dos níveis de iluminância, em lux e no mês de Maio às 13h30, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul e com dispositivos de sombreamento exteriores com lâminas orientáveis


Fig.3.57 – Simulação da Temperatura Média Radiante, em Maio, referentes a duas situações, a existente (à esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul

Na 2ª fase de simulações, quando colocados segunda a mesma orientação Sul, o projecto

optimizado da FAL possui um nível de iluminação próximo do recomendado (600-800 lux),

revelando assim mais uma vez melhorias ao nível do desempenho luminoso.

Quando simulado com dispositivos de sombreamento exteriores na clarabóia verifica-se

também uma melhoria acentuada do desempenho luminoso.

Observando os resultados das simulações da Temperatura Média Radiante e do Voto Médio

Estimado (PMV) e de sua Percentagem de Insatisfação (PPD) da situação existente e da

situação optimizada com orientação Sul (ver Anexo C, Figuras C-6 e C-7), não se verifica

nenhuma mudança. Em ambos os projectos os resultados são bons e garantem o conforto

térmico à maioria dos utilizadores da sala.

Apesar de não se verificarem alterações significativas ao nível do desempenho térmico na sala

da FAL, o projecto de optimização e a presença de dispositivos de sombreamento ao evitarem

níveis de iluminação excessivos, previnem para além do desconforto visual por

encandeamento o sobreaquecimento do edifício nos meses de verão.

Com efeito, a existência de dispositivos exteriores de sombreamento com lâminas orientáveis,

permite a adaptação a diferentes necessidades visuais adaptando-se à variação do ângulo de

incidência da radiação solar e contribuindo para a sensação de conforto visual e térmico dos

utilizadores.

117

3.4.4. Sumário dos resultados

As medições das iluminâncias e o cálculo do Factor Luz Dia para cada caso de estudo

encontram-se em anexo. Os valores mais elevados do FLD foram observados na sala de

projecto da FAUP, entre 9 e 67%, e os mais baixos na sala do IST, entre 3 e 0,07%. Com

efeito, existe uma grande disparidade nos valores da média do Factor Luz Dia nos três casos

de estudo, que se encontra directamente relacionada com a profundidade da sala, a área dos

envidraçados e a sua orientação solar.

Em relação aos inquéritos, estes salientaram a preferência da maioria dos alunos e professores

pela Iluminação Natural, sendo a fonte de luz mais desejada por ser a que melhor corresponde

aos requerimentos da visão humana, para além de vir acompanhada de vistas para o exterior

nas três salas em questão. Estes serviram também para apoiar as medições do Factor Luz Dia,

pois vieram confirmar que os valores baixos medidos na sala do IST não são suficientes para

os inquiridos poderem desenvolver as suas tarefas visuais sem a ajuda da iluminação artificial

(durante o dia) e que os valores do FLD medidos na FAUP vêm a par de situações de

encandeamento.

A articulação entre o desempenho luminoso e térmico foi feito com o recurso ao LT e ao

Ecotect. Através do LT foi possível perceber a grande influência que a percentagem de

envidraçado possui no desempenho térmico do edifício, sendo que a partir dos 40% de

envidraçado o consumo energético do edifício dispara para valores elevados. A ventilação

natural nocturna permitiu diminuir de forma significativa os dias com sobreaquecimento e, por

consequência, diminui os gastos anuais de energia por refrigeração.

Na comparação dos casos de estudo segundo a mesma orientação Sul, a sala de projecto

optimizada do IST foi a que revelou um maior consumo anual de energia devido ao consumo

para iluminação artificial. Ao cruzar esta informação com os resultados no Ecotect, verifica-se

que a quantidade insuficiente de luz natural é ultrapassada através da criação de um

envidraçado na parede comunicante com o atrio, optimizando a luz proveniente do mesmo.

Desta forma, a grande profundidade da sala relativamente ao seu pé-direito poderá ser

compensada com uma nova fonte de luz (iluminação bilateral).

A existência de um vidro duplo, permitiu economizar energia relativamente ao vidro simples,

pois o valor do coeficiente de transmissão térmica do vidro duplo é de 2.8 W/m2K , 50% menor

que o valor do coeficiente do vidro simples (5.4 W/m2K). Assim, ao utilizar o vidro duplo em vez

do vidro simples, tanto no sistema de ventilação natural como no sistema de ar-condicionado, a

mesma área de envidraçado possui um consumo anual de refrigeração menor, sendo que essa

poupança de energia é mais significativa para as percentagens de envidraçado maiores.

Os resultados das simulações por Ecotect permitiram observar, em geral, uma melhoria no

desempenho luminoso e térmico dos casos de estudo através dos projectos optimizadores.

118

Á excepção da sala na FAUP, as salas de projecto (IST e FAL) revelaram um bom

desempenho térmico quando optimizadas. Com efeito, a sala de projecto na FAUP, mesmo

quando orientada a Sul (orientação que mais beneficia de ganhos solares nos meses frios)

possui uma Temperatura Média Radiante (em maio) de 15º que é inferior à temperatura mínima

de conforto (17 º-18º) e insuficiente para garantir o conforto térmico dos seus utilizadores. Esta

situação pode dever-se ao facto de se situar a norte de Portugal e de receber menor radiação

solar relativamente à FAL e ao IST que se situam no Sul e por essa razão precisar de medidas

de optimização mais profundas para se obterem melhorias mais visíveis.

Quando colocados segundo a mesma orientação Sul, a existência de dispositivos de

sombreamento revelou-se essencial no controlo do nível de iluminação no interior das três

salas de projecto. Por possuírem lâminas orientáveis, conseguem respondem a diferentes

necessidades visuais adaptando-se à variação do ângulo de incidência da radiação solar e

contribuindo para a sensação de conforto visual e térmica dos utilizadores.

119

4. Recomendações de projecto

Neste capítulo pretende-se expôr uma série de recomendações de projecto, a ter em conta no

projecto de iluminação natural de uma sala de projecto de arquitectura, essenciais no alcance

do conforto visual mas também térmico dos ocupantes. Com efeito, após dois capítulos de

investigação bibliográfica e um de análise prática, foi possível reunir uma série de estratégias

de desenho sustentável que melhorem a luz natural numa sala de projecto de arquitectura, sem

comprometer a performance térmica da mesma.

• A luz natural é componente do clima local e realizar um projecto de iluminação natural

significa integrar a arquitectura do edifício no ambiente climático em que se insere;

• Na fase inicial, o projecto do edifício deverá escolher cretiriosamente a implantação e a

orientação dos seus envidraçados de forma a optimizar a luz natural, os ganhos solares no

período de inverno e evitar o sobreaquecimento através de protecções solares no verão;

• O papel da iluminação natural no interior de uma sala de projecto é o de possibilitar o

desempenho de tarefas visuais minuciosas e morosas, sem esforço nem incómodo. Com o seu

largo espectro de tipos de radiação é a que melhor se assimila e a que menos cansaço causa

quando se trabalha;

• Uma distribuição mais ou menos uniforme dos níveis de iluminação e sem contrastes

excessivos deverá acompanhar uma suficiente e adequada quantidade da mesma;

• Uma sala iluminada somente por vãos envidraçados unilaterais terá melhor iluminação se a

sua profundidade não for muito superior à sua altura e se a superfície da parede adjacente à

parede que contém o envidraçado tiver uma cor clara;

• A Iluminação bilateral, é especialmente eficaz numa boa distribuição de luz e reduçao do

encandeamento;

• Na reflecção da luz num espaço do interior do edifício, o tecto e as paredes devem possuir os

índices de reflectância mais elevados, em detrimento do chão e da mobília que são superfícies

reflectoras menos importantes;

• A instalação de aberturas zenitais nas zonas mais afastadas da janela permite a sua

iluminação, transformando-as em zonas passivas e úteis para tarefas visuais. Assim, através

do recurso a aberturas zenitais consegue-se alcançar uma iluminação mais equilibrada e

uniforme ao longo da sala, no entanto, a sua instalação limita-se aos últimos pisos;

• A luz natural captada por uma simples clarabóia ou um átrio nem sempre chega em

quantidade suficiente aos andares mais afastados. E quando não é possível recorrer ao uso de

120

iluminação lateral, o uso de sistemas avançados de iluminação zenital consegue optimizar a

sua captação e difusão no espaço interior do edifício;

• Os dispositivos de protecção solar deverão permitir a modulação da incidência directa da luz

solar, tanto em sistemas de iluminação laterais como zenitais, de forma a proporcionar uma

fonte de luz útil, sem brilho e sem ganhos solares excessivos;

• O projecto de iluminação artificial é de elevada importância num edifício onde muitas vezes se

delonga o trabalho durante a noite, como a Faculdade de Arquitectura. Este deverá ser feito do

ponto de vista da eficiência energética. Devendo funcionar como complemento do projecto de

iluminação natural, o recurso à luz artificial deve ser feito apenas nocturnamente ou

diurnamente quando a luz natural não existe em quantidade suficiente no céu.

• O modo como estão orientadas as fachadas e as respectivas janelas têm uma enorme

influência na Iluminação Natural disponível no interior do edifício (desempenho luminoso) e

também no seu desempenho térmico;

• A fachada envidraçada orientada a sul recebe anualmente um maior nível de radiação solar

relativamente às restantes orientações. Assim, esta orientação proporciona no inverno

benéficos ganhos solares e no verão a radiação directa é facilmente evitada através de uma

pala sombreadora.

No entanto, é de salientar que mesmo no inverno a radiação directa deve ser evitada no campo

de visão, de forma a prevenir grandes contrastes e a existência de desconforto visual por

encandeamento nas salas de projecto, sendo necessário a existência de dispositivos de

sombreamento orientáveis que se adaptem a diferentes necessidades visuais;

• Os envidraçados orientados a Norte em termos de radiação solar directa são os menos

problemáticos mas também os mais frios originando maiores perdas de calor no inverno.

Assim, as áreas envidraçadas deverão ser o mais reduzidas possível, de forma a iluminar o

interior do edifício mas não contribuírem para grandes perdas energéticas;

• Os vãos envidraçados orientados a Este e Oeste necessitam de dispositivos eficazes de

sombreamento, que evitem a radiação solar nos meses de verão e previnam assim o

sobreaquecimento do edifício e também o desconforto visual causado por encandeamento;

• Os sombreadores exteriores, tais como os estores de lâminas orientáveis, são mais eficazes

do que os interiores, pois interceptam os raios solares mesmo antes de eles atingirem os

envidraçados do edifício e evitam em 80% o sobreaquecimento, do mesmo, no verão;

• A envolvente opaca (paredes, coberturas e pavimentos) do edifício e a envolvente

envidraçada deverão contribuir para a restrição de perdas de calor no inverno e ganhos

indesejáveis no verão, através da incorporação de materiais isolantes (pelo exterior

121

especialmente) na envolvente opaca e no uso de janelas (vidro, caixilho e dispositivos de

sombreamento) de vidro duplo por apresentarem resistência térmica mais elevada;

• No Verão, a ventilação natural assume um papel de relevo no arrefecimento nocturno dos

edifícios e na diminuição das necessidades de arrefecimento e consequente poupança

energética;

122

5. Conclusões

Os objectivos da presente dissertação consistiram em evidenciar a importância da iluminação

natural na qualidade visual, térmica e psicológica no interior de uma sala de projecto, através

do estudo das estratégias de iluminação natural que melhor correspondem aos requisitos

visuais e térmicos dos seus utilizadores.

A investigação envolveu a análise de três casos de estudo (três salas de projecto) em

diferentes faculdades através de medições físicas, registos fotográficos, inquéritos e

simulações com software apropriado, tendo por objectivo o alcance de recomendações de

projecto optimizadoras da iluminação natural.

As simulações com o recurso ao software LT permitiram a articulação entre a percentagem de

envidraçado, a sua orientação e o tipo de vidro existente e a sua performance térmica, através

de gráficos de curvas e barras que indicaram os gastos anuais de energia primária com a

refrigeração, aquecimento e iluminação e ventilação do edifício.

Por outro lado, o Ecotect permitiu a simulação 3D dos projectos existentes de cada caso de

estudo, e da alteração produzida ao nível do desempenho luminoso e térmico pelos projectos

de optimização. Estes passaram pela inclusão de isolamento térmico pelo exterior da

envolvente opaca de cada edifício, pela substituição do vidro simples por vidro duplo, pelo

redimensionamento da área de envidraçado e pela inclusão de dispositivos de sombreamento

exteriores.

O trabalho de campo permitiu salientar a importância do ambiente climático em que se insere

um edifício, no resultado luminoso e térmico do mesmo. A escolha criteriosa da implantação do

edifício e a orientação dos seus envidraçados na fase inicial do projecto, permite optimizar a luz

natural, maximizar os ganhos solares no inverno e evitar o sobreaquecimento no verão.

Assim, os projectos de optimização foram adaptados a cada caso de estudo, segundo a sua

orientação, a sua situação envolvente e as suas necessidades específicas.

A estratégia de iluminação natural adoptada para a sala de projecto no IST teve como principal

objectivo a optimização da luz natural proveniente do pátio do edifício. Este caso de estudo, ao

contrário das salas de projecto na FAUP e na FAL, revelou níveis de iluminação insuficientes

para a execução das tarefas visuais dos seus utilizadores, situação essa comprovada também

pelos inquéritos efectuados, pelos registos fotográficos e pelas medições físicas in situ.

Apesar da sala de projecto da FAL possuir a maior área envidraçada, esta não revela os

valores mais elevados de iluminação natural por se encontrar orientada a Norte e receber

sempre luz indirecta. O nível de iluminação mais elevado verifica-se antes na sala da FAUP,

123

cuja orientação é a Oeste e cuja profundidade não ultrapassa o dobro do pé-direito. Assim, a

sua estratégia de optimização passou pela redução do envidraçado de forma a evitar grandes

perdas de calor durante o inverno e ganhos indesejados de calor no verão, e também pela

inclusão de dispositivos de sombreamento exterior orientáveis na clarabóia de forma a obstruir

a entrada de radiação directa no campo de visão dos seus utilizadores.

Finalmente foi possível definir uma série de recomendações de projecto que abordam o clima

como uma variável importante no processo projectual, e o sol como tendo um papel

fundamental no mesmo. Estas revelam-se essenciais no alcance do conforto visual e térmico

dos seus ocupantes e na performance ambiental do edifício, que devem estar incluídas desde

a fase inicial do projecto de arquitectura quando a sua influência no impacte ambiental do

mesmo é maior.

Um bom aproveitamento da luz natural traz consequências benéficas, como diversidade e

conforto visual, vistas para o exterior e economia de energia, mas quando usada de forma

errada poderá originar desconforto visual por encandeamento, desconforto térmico e consumo

de energia elevados e evitáveis. Assim, saber projectar com a luz natural, tirando o melhor

partido da mesma no alcance do conforto visual, térmico e no respeito pelo meio ambiente, foi

a força motora para o desenvolvimento da presente tese.

124

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A

Anexos

B

Anexo A – Tabelas Directrizes

Fig.A.1 – Tabela de valores de transmissão de luz por efeito dos sombreamentos activos a 100%, RCCTE

Diretrizes para os níveis de iluminação

Tipo aproximado de actividade:

Nível de Iluminação

(Lux)

1. Iluminação geral em todo o espaço

a. Espaços públicos com ambiente escuro 30 b. Simples orientação para uma visita curta 90 c. Espaços de trabalho onde as tarefas visuais só ocorrem ocasionalmente

160

2. Iluminação da tarefa

a. Desempenho de tarefas visuais de grande contraste ou de grande tamanho

300

b. Desempenho de tarefas visuais de médio contraste ou de pequeno tamanho

800

C

c. Desempenho de tarefas visuais de pequeno contraste ou de tamanho muito pequeno durante um longo período de tempo

1600

Fig.A.2 – Nível de Iluminação médio recomendado para diferentes tipos de actividades. Valores precisos não são apropriados devido á larga tolerância da visão humana e à variação da qualidade da iluminação. Estes valores podem ser reduzidos em 25% se a qualidade da luz for elevada e deverão ser aumentados em 35% se a percentagem de idades dos ocupantes for superior a 40. Fonte: Heating, cooling, lighting : design methods for architects, Norbert Lechner, New York : Wiley, cop. 2001, Pag. 342.

D

Anexo B – Resultados das Medições

Sala de Projecto do Instituto Superior Técnico

Pontos de Medição Eint Iluminância Interior

(lux)

Eext Iluminância Exterior

(lux)

FLD Factor Luz Dia (%)

P1 1223 44900 2,72 P2 828 44200 1,87 P3 324 43700 0,74 P4 158 44300 0,36 P5 65 44000 0,15 P6 32 43800 0,07 P7 1231 43600 2,82 P8 989 43400 2,28 P9 374 43300 0,86 P10 138 43100 0,32 P11 56 42900 0,13 P12 40 42100 0,09

Tabela B.1 – Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala do IST

Sala de Projecto da Faculdade de Arquitectura de Lisboa

Pontos de Medição

Eint Iluminância Interior

(lux)


(lux)


P1 993 11150 8,9 P2 307 10280 2,99 P3 475 9550 4,97 P4 1095 8390 13,05 P5 862 11370 7,58 P6 268 8210 3,26 P7 333 7690 4,33 P8 905 7760 11,66 Tabela B.2 – Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala da FAL

Sala de Projecto da Faculdade de Arquitectura da Universidade do Porto: Pavilhão Carlos Ramos

Pontos de Medição Eint Iluminância Interior

(lux)


(lux)


P1 1759 3530 49.83 P2 407 3647 11.16 P3 345 3922 8.79 P4 2663 4776 55.76 P5 709 3992 17.76 P6 434 4992 8.69 P7 3830 5690 67.31 P8 1200 5076 23.64 P9 374 4002 15.99

Tabela B.3 – Tabela de valores obtidos na medição do parâmetro FLD, in situ na sala do Pavilhão Carlos Ramos

E

Anexo C – Simulações Ecotect

FAUP

Optimizado (TMR_ Agosto) Optimizado (TMR_ Dezembro)

Fig. C.1 – Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente optimizada em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro (direita)

IST


Fig.C.2 – Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente optimizada em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro (direita)

FAL


Fig. C.3 – Simulação da Temperatura Média Radiante referente à situação a existente optimizada em alturas diferentes do ano: Agosto (esquerda) e Dezembro (direita)

F

IST


Fig. C.4 – Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.



Fig. C.5 – Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

FAL


Fig. C.6 – Simulação do Voto Médio Estimado de sensação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.

G

Fig.C.7 – Simulação Da Percentagem de insatisfação, em maio, referente a duas situações: a existente (esquerda) e a optimizada (direita), ambos orientados a Sul.



H

Anexo D – Questinário

QUESTIONÁRIO DE CONFORTO VISUAL

Este questionário é dirigido a estudantes e professores de Arquitectura e tem como

objectivo avaliar o conforto visual na sala de Projecto em questão. Agradecemos muito

a sua participação.

1. O que prefere no seu local de estudo/trabalho?

A – Luz Natural

B – Luz ArtifIcial

Porquê?

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

NA SALA EM QUE SE ENCONTRA:

2. Como avalia a Iluminação Natural?

A – Insuficiente

B – Suficiente

C – Boa

3. O sistema de sombreamento é eficaz?

A – Sim

B – Nem sempre

C – Não

4. A Luz Natural disponível causa-lhe encandeamento de modo a perturbar o seu

desempenho no trabalho/estudo?

I

A – Sim

B – Raramente

C – Não

Em que altura do dia? ________________________________

5. Para melhorar o seu conforto visual o que costuma fazer neste local?

A – Fechar os estores

B – Tapar os vidros com papeis (ou outros materiais)

C – Ligar a luz artificial

D – Desligar a luz artificial

E – Afastar-se das janelas

F – Outra: __________

O que faria para melhorar a Iluminação neste espaço?

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