UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE FACULDADE …

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E REDUÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA POR

MEIO DA INTEGRAÇÃO DA LUZ NATURAL E ARTIFICIAL

ROGÉRIO DE CARVALHO FRANÇA DIAS

SÃO PAULO

2019




Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Arquitetura e Urbanismo da

Universidade Presbiteriana Mackenzie como

requisito parcial à obtenção de título de Mestre em

Arquitetura e Urbanismo.

ORIENTADORA: PROF ª. DRA ª. GILDA COLLET BRUNA

SÃO PAULO

2019

D541e Dias, Rogério de Carvalho França.

Eficiência energética e redução do consumo de energia por

meio da integração da luz natural e artificial. / Rogério de

Carvalho França Dias.

179 f.: il. ; 30 cm

Dissertação (mestrado em Arquitetura e Urbanismo) –

Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2019.

Orientador: Gilda Collet Bruna.

Bibliografia: f. 86-90.

1. Projeto luminotécnico integrado. 2. Iluminação natural.

3. Iluminação artificial 4. Eficiência energética. I. Bruna, Gilda

Collet, orientadora. II. Título.

CDD

720.472




Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Arquitetura e Urbanismo da

Universidade Presbiteriana Mackenzie como

requisito parcial à obtenção de título de Mestre em

Arquitetura e Urbanismo.

Aprovado em 14 de agosto de 2019

BANCA EXAMINADORA

À minha família, que se fez presente nessa jornada.

Ao Universo que sempre conspirou ao meu favor.

À vida, por ter me conduzido no caminho certo.

AGRADECIMENTOS

A dedicação da minha orientadora, Profa. Dra. Gilda Collet Bruna, que me conduziu

com maestria ao longo deste trabalho.

À Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, que viabilizou essa pesquisa.

À Arquiteta Daniela Cardoso Laudares, por acreditar neste trabalho e ajuda concreta.

Ao Fundo Mackenzie de Pesquisa, pela bolsa concedida no último semestre.

Aos membros da Banca, Profa. Célia Regina e Prof. Isac Roizenblat pela avaliação

deste trabalho, com críticas e sugestões pertinentes e construtivas.

À todos que de alguma forma, contribuíram para elaboração deste trabalho.

A arquitetura é o jogo sábio, correto e

magnifico dos volumes dispostos sob

a luz.

Le Corbusier

SUMÁRIO

RESUMO 15

1 INTRODUÇÃO 17

1.1 JUSTIFICATIVA 19

1.2 PROBLEMA 22

1.3 OBJETIVOS 24

1.4 MÉTODOS 24

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO 25

2. REFENCIAL TÉORICO 26

2. Histórico do estudo da iluminação natural em edifícios de ensino 27

2.1 Disponibilidade de luz natural 32

2.1.1 Classificação de tipos de céu 35

2.2 Iluminação natural e a saúde dos usuários 38

2.3 Iluminação natural e os ambientes de trabalho 40

2.3.1 Percepção da Luz nos espaços de trabalho 42

2.4 Eficiência Energética e o Desempenho Luminoso das Edificações 47

2.4.1 Eficiência Energética através do Uso da Luz Natural Controlada 50

3. ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL – CONCEITOS E NORMAS 52

3. Projeto luminotécnico integrado: iluminação natural e artificial 52

3.1 Sistemas de controle da luz artificial em resposta à luz natural 55

3.1.1 Métodos para integração da luz natural e artificial 59

3.1.2 IASPI - Iluminação Artificial Suplementar Permanente Interiores 60

3.1.3 PALN - Percentual de Aproveitamento da Luz Natural 61

3.2 Desempenho da luz natural e o conceito de zonas luminosas 62

3.2.1 Método do Fator de luz Natural (Daylight Factor) 66

3.2.2 Métricas e métodos para a avaliação da iluminação natural 67

3.3 Métodos de avaliação da iluminação natural 69

3.3.1 Programas computacionais 71

3.3.2 A escolha dos programas de simulação de iluminação 72

4. ESTUDO DE CASO: 74

4.1 Estudo de caso – Faap 75

4.2 Estudo de caso – Fau Usp 105

4.3 Estudo de caso – Mackenzie 138

4.4 Considerações sobre os resultados 168

4.4.1 Análise: Estudo de caso - Faap 169

4.4.2 Análise: Estudo de caso - Fau Usp 170

4.4.3 Análise: Estudo de caso - Mackenzie 170

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS: 172

REFERÊNCIAS 174

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

imagem 01 - High Performance Schools - HPS 28

imagem 02 - Iluminação zenital - Claraboias 29

imagem 03 - Iluminação zenital - Lanternins 30

imagem 04 - Iluminação zenital - Átrio 30

imagem 05 - Iluminação zenital - Sheds 32

imagem 06 - Iluminação zenital - Tubo solar 43

imagem 07 - Azimute e altura solar 28

imagem 08 - Produção de cortisol e da melatonina 39

imagem 09 - Imagem da integração da luz natural e artificial 54

imagem 10 - Zonas de iluminação com características semelhantes 55

imagem 11 - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores 62

imagem 12 - Liminites das zonas luminosas 65

imagem 13 - Delimitação das zonas luminosas no plano de trabalho 66

imagem 14 - Mapas das zonas luminosas para três tipos de céu 66

imagem 15 - Fontes de luz natural que alcançam o edifício 68

imagem 16 - Renderização de um espaço de trabalho e a representação 69

imagem 17 - Faap - Implantação da edificação 76

imagem 18 - Faap - sala de aula de projeto, vista em perspectiva 76

imagem 19 - Faap - sala de aula de projeto, vista frontal 77

imagem 20 - Faap - sala de aula de projeto, vista perspectiva 77

imagem 21 - Faap - sala de aula de projeto, vista lateral e aberturas 78

imagem 22 - Faap - sala de aula de projeto, detalhe das aberturas 78

imagem 23 - Malha de pontos de medição (Luz Natural) 80

imagem 24 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial) 81

imagem 25 - Simulação da Iluminação Natural 82

imagem 26 - Simulação da Iluminação Artificial 82

imagem 27 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas 83

imagem 28 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux 84

imagem 29 - Divisão das zonas de iluminação 85

imagem 30 - Simulação Zona 1 86

imagem 31 - Resultado da Simulação Zona 1 87





imagem 36 - gráfico de dimerização por zona 89

imagem 37 - gráfico iluminância média (luz artificial) 90

imagem 38 - Resultados de iluminância média (janeiro) 92

imagem 39 - Resultados de iluminância média (fevereiro) 93

imagem 40 - Resultados de iluminância média (março) 94

imagem 41 - Resultados de iluminância média (abril) 95

imagem 42 - Resultados de iluminância média (maio) 96

imagem 43 - Resultados de iluminância média (junho) 97

imagem 44 - Resultados de iluminância média (julho) 98

imagem 45 - Resultados de iluminância média (agosto) 99

imagem 46 - Resultados de iluminância média (setembro) 100

imagem 47 - Resultados de iluminância média (outubro) 101

imagem 48 - Resultados de iluminância média (novembro) 102

imagem 49 - Resultados de iluminância média (dezembro) 103

imagem 50 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial) 104

imagem 51 - Atelier de projeto - implantação 105

imagem 52 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - lateral direita 106

imagem 53 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - vista frontal 107

imagem 54 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - sistema zenital 107

imagem 55 - Atelier de projeto - vista em perspectiva - lateral esquerda 108

imagem 56 - Medição - Luz natural 109































imagem 87 - Imagem aérea (FAU-Mackenzie) 138

imagem 88 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, aberturas 139

imagem 90 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, lateral direita 139

imagem 91 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, vista frontal 140

imagem 92 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, abertura 140

imagem 93 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, abertura 141
















imagem 109 - gráfico de dimerização por zona 154















imagem 124 - Quadro geral de resultados 169

LISTA DE TABELAS

tabela 01 - Caracterização das condições do céu 37

tabela 02 - Dados de entrada para simulação 72

tabela 03 - Estratégia de controle para economia de energia 174

15

RESUMO

O uso eficiente da iluminação na arquitetura está condicionado ao estudo da

disponibilidade da luz natural e sua integração ao sistema de iluminação artificial. A

iluminação artificial é considerada um dos maiores consumos energéticos nos

edifícios de ensino, logo após os sistemas de ar-condicionado. O objetivo desta

pesquisa é compreender, por meio de simulações computacionais, a potencialidade

de aproveitamento da luz natural, em sistemas automáticos de controle da iluminação

artificial. O método foi aplicado em análises realizadas em três estudos de caso

desenvolvidos nas salas de aula de projeto do curso de Arquitetura e Urbanismo das

seguintes universidades: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade

de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O modelo foi produzido

por meio do uso do software de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2. Foram realizadas

simulações dinâmicas da luz natural e artificial em todos os meses do ano em horário

comercial, para obtenção da iluminância média mensal por zonas de iluminação.

Serviram como parâmetros das análises realizadas as normas Brasileiras NBR

ISO/CIE. Os resultados mostram que a eficiência energética e a conservação de

energia no ambiente de ensino, depende de várias variáveis e não somente a

integração dos sistemas, como: posição do edifício em relação ao norte, dimensão do

ambiente como largura, comprimento e altura, tipo de abertura, transmitância do vidro

e as refletâncias em relação a cor do piso, paredes e teto. Sendo a melhor estratégia

a integração da luz natural e artificial por meio de sistemas de controle que permite a

dimerização da luz artificial, de forma que ela seja ajustada para suplementar os níveis

disponíveis pela luz natural, mantendo constante o nível de iluminância prescrito para

cada ambiente, sendo necessário a utilização de zonas de iluminação de acordo com

a atividade que será exercida, levando em consideração o desenho arquitetônico do

ambiente e a função do espaço, de forma a alcançar a iluminância desejada no

ambiente, cada vez que o sistema de controle entra em ação, de acordo com as

variações da luz natural no decorrer do ano, permite a redução do consumo de energia

e consequentemente a eficiente energética do edifício.

Palavras-chave: iluminação natural, iluminação artificial, eficiência energética.

16

ABSTRACT

The efficient use of lighting in architecture is conditioned to the study of the

availability of natural light and its integration into the artificial lighting system. Artificial

lighting is considered one of the largest energy consumptions in educational buildings,

just after air-conditioning systems. The aim of this research is to understand, through

computational simulations, the potential of natural light utilization in automatic systems

of artificial lighting control. The method was applied in analyzes performed in three

cases developed in the design classrooms of the following universities: Armando

Alvares Penteado Foundation - FAAP, University of São Paulo - USP and

Universidade Presbiteriana Mackenzie. The model was made through the use of

Dialux Evo 8.1 calculation and modeling software and the Rhinoceros Diva Plug-in.

Dynamic simulations of natural and artificial light were performed in all the months of

the year during commercial hours, in order to obtain the average monthly illumination

by lighting zones. The Brazilian standards NBR ISO / ICE were used as parameters of

the analyzes. The results show that energy efficiency and energy conservation in the

teaching environment depend on several variables and not only the systems

integration, such as: building position in relation to the north, size of the environment

as width, length and height, type aperture, glass transmittance, and reflectances in

relation to the color of the floor, walls, and ceiling. The best strategy is the integration

of natural and artificial light by means of control systems that allow the dimming of

artificial light, so that it is adjusted to supplement the levels available by natural light,

keeping the prescribed illuminance level constant for each environment. It is necessary

to use lighting zones according to the activity to be performed, taking into consideration

the architectural design of the environment and the function of the space, in order to

achieve the desired illuminance in the environment, each time the control system

enters. in action, according to the variations of natural light throughout the year, allows

the reduction of energy consumption and consequently the energy efficiency of the

building.

Keywords: natural lighting, artificial lighting, energy efficiency.

17

1. INTRODUÇÃO

A iluminação é um dos parâmetros essenciais para a concepção de qualquer

projeto, e o tipo de iluminação irá caracterizar a edificação e adequar sua função,

possibilitando o exercício de atividades visuais. Em edificações de ensino, o projeto

de iluminação possibilita o desenvolvimento de tarefas visuais que auxiliarão no

aprendizado.

A utilização da iluminação natural em edifícios de ensino é relevante tanto para

atender questões econômicas (economia de energia), quanto pelo fato estético e

psicológico, visto que a luz natural é preferida pelo ser humano. Apesar disto, deve-

se lembrar de que a luz natural é variável e não está disponível em todas às 24 horas

do dia, tornando necessário o emprego de uma fonte de iluminação artificial que

substitua a iluminação natural durante a noite e suplemente a iluminação natural

durante os períodos em que os níveis de iluminação fornecidos estejam menores que

os recomendados. No que diz respeito à iluminação de edificações, a eficiência

energética pode ser alcançada por meio de dois fatores: uso adequado da luz natural

ao longo do dia e de sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando ambos os

fatores são reunidos numa proposta projetual, aumentam as chances de êxito com

relação à economia de energia (TOLEDO, 2008).

No processo de ensino-aprendizagem que ocorre em salas de aula de projeto

é necessário que o ambiente físico seja adequado e com condições mínimas de

conforto, de forma a contribuir positivamente no desempenho das atividades

desenvolvidas por alunos e professores. Neste contexto, o conforto térmico e lumínico

são elementos fundamentais na garantia de uma boa condição ambiental, devendo

haver preocupação quanto à escolha do sistema de iluminação artificial e elementos

de controle da luz natural.

Uma das principais propriedades da luz natural é a qualidade da luz que

proporciona. A visão humana evoluiu ao longo de milhões de anos usando a luz

natural - uma combinação de luz solar direta e luz difusa do céu - e por esse motivo

apresenta maior facilidade de se adaptar a ela. A luz natural é uma fonte luminosa que

18

abrange toda a gama de radiações do espectro eletromagnético e por isso é usada

como referência na comparação com as fontes artificiais, por sua vez, também é

considerada a melhor fonte de luz para a fidelidade na reprodução de cores

(ROBBINS, 1986).

A luz é parte integrante do processo de aprendizado, sendo essencial para o

mecanismo da visão, pois sem ela não se consegue ver. É fundamental também para

todos os processos que tornam possível ao cérebro relacionar-se com o meio

ambiente. Nas últimas décadas, a ênfase no desempenho de atividades de trabalho

humano tem se deslocado da força física para o sistema visual, usando as funções

moto-sensoras. O sistema visual transformou-se, assim, na principal ferramenta de

trabalho para milhões de pessoas, que recebem boa parte das informações por meio

da visão. Da mesma forma, entre os muitos fatores que influenciam os processos de

aprendizagem, aqueles relacionados com as condições ambientais têm um papel

importante, pois boas condições de iluminação, favorecem o desempenho visual

(BERTOLOTTI, 2007).

Para Rennhackkamp (1964, p.60-61), "uma vez que a função primordial de uma instituição de ensino é estimular o processo educacional no seu sentido mais amplo, todos os esforços deveriam ser feitos para fornecer aos estudantes um ambiente educacional adequado e estimulante. Neste sentido, a importância de uma boa iluminação para o desenvolvimento dos alunos, preservando sua visão, não deve ser subestimado".

Em linhas gerais, o sistema visual terá um desempenho mais rápido e mais

apurado quanto maior for o campo visual, maior o contraste de luminâncias, melhor a

diferenciação de cores, produzindo uma imagem clara na retina e, quanto maior for à

iluminação na retina, mais rápido e mais refinado será o desempenho do sistema

visual (BERTOLOTTI, 2007).

A utilização de iluminação natural como fonte principal de luz em edifícios de

aprendizagem também tem um potencial enorme de conservação de energia.

Instituições de ensino, tipicamente têm seu principal consumo de energia

representado pela iluminação artificial. Romero (1996) verificou que o sistema de

iluminação da Universidade de São Paulo, por exemplo, era responsável por 65,5%

19

do consumo de eletricidade total do campus. Também, Ghisi (1997) em sua

dissertação de mestrado, avaliou as condições de iluminação natural em salas de aula

do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina, com o intuito de

determinar o potencial de conservação de energia elétrica. Sua conclusão foi que os

9% de economia possíveis de serem gerados com a redução da utilização da

iluminação artificial, obedecendo aos níveis mínimos estipulados em norma,

representavam uma economia de 0,9 GWh/ano, equivalentes a R$ 86.650,00 ao ano

(BERTOLOTTI, 2007).

A correta utilização da iluminação natural deveria prover níveis de iluminação

satisfatórios para o desenvolvimento de tarefas visuais, com o mínimo de desperdício

de energia. Nos Estados Unidos, onde os gastos com energia em Instituições de

Ensino incluem despesas com ar condicionado e calefação, (Nickolas e Bailey, 2002)

compararam três novas escolas construídas no estado da Carolina do Norte, e

projetadas para permitir o uso sustentável da iluminação natural, com as outras

existentes no estado. Eles concluíram que o potencial de redução dos gastos com

energia representava de 22% a 64% nas novas unidades, economia de energia e

valores que poderiam ser investidos nos professores.

Além disso, o crescente consumo da energia gerada tanto em países

desenvolvidos como em desenvolvimento, precisam controlar esse gasto como parte

do programa de economia do país. O Brasil se inclui neste grupo, embora o consumo

de energia em seu território não seja tão elevado como o consumo de energia em

países de área territorial equivalente, por exemplo, os Estados Unidos (EUA) e a

Austrália (LAMBERTS, 2004).

1.1 JUSTIFICATIVA

A crise energética pela qual a sociedade moderna passa hoje, obriga a todos a

uma “economia” permanente nos processos de projetos de edifícios, visando o

controle de gastos energéticos. Os sistemas de iluminação, responsáveis por grande

parte da energia consumida em uma edificação vêm se tornando um dos principais

alvos, na busca dessa eficiência energética. Segundo Jannuzzi (1992), cerca de 16%

20

do total da energia elétrica consumida no país é para iluminação, e este consumo é

distribuído da seguinte maneira: 4% para iluminação residencial; 6% para iluminação

comercial, 2% para iluminação industrial, 3% para iluminação pública.

As projeções das demandas mundiais até 2030 mostram um cenário de

escassez dos recursos chaves como energia (50%); água (40%); e alimentos (5%).

(WORLD ENERGY COUNCIL, 2015) As constantes crises energéticas que vêm

ocorrendo nos últimos 30 anos, com ameaças de racionalização de energia,

associadas à falta de um padrão de qualidade nos equipamentos elétricos tornam este

cenário mais alarmante.

No Brasil, segundo o relatório da EPE - (Empresa de Pesquisa Energética) de

2014, os edifícios de ensino representam um gasto energético de 4,6% da energia

total. Nos edifícios de ensino, a iluminação artificial dos ambientes é responsável por

grande parte do consumo de energia junto com o sistema de condicionamento

artificial. Isto pode ser revertido, gerando maior economia, quando as edificações são

dotadas de dispositivos mais eficazes, associados a estratégias e projetos que priorize

o aproveitamento da iluminação e ventilação natural. Segundo a ABILUX (1995), a

iluminação artificial pode ser responsável por até 90% do consumo de eletricidade.

Com a otimização dos projetos de edifícios para o aproveitamento do potencial de

iluminação natural disponível no país, é possível reduzir o consumo de energia elétrica

para a geração de iluminação artificial.

Como discutido acima os maiores gastos energéticos nos grandes edifícios de

ensino são devidos ao consumo de equipamentos com ar condicionado, e com a

iluminação artificial. Na arquitetura, aplicando-se os conceitos de sustentabilidade

pode-se contribuir para reverter esse quadro, sem deixar de considerar a busca de

qualidade na iluminação artificial.

No que diz respeito à iluminação de edificações, a eficiência energética pode

ser alcançada por meio de dois fatores: O uso adequado da luz natural e o uso de

sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando estes fatores são reunidos numa

proposta projetual, aumentam as chances de êxito do projeto com relação à economia

de energia.

21

De acordo com Souza (2003, p.13-14) "a utilização eficiente qualitativa e

quantitativa de sistemas integrados de iluminação artificial e natural proporciona aos

usuários ambientes agradáveis e prazerosos, evitando desperdício de energia elétrica

e proporcionando o retorno em curto prazo do investimento inicial em sistemas

tecnologicamente eficientes”. A economia de energia elétrica pode ser significativa

quando a luz natural atuar em conjunto com um sistema de controle adequado da

iluminação artificial.

Para tirar um maior aproveitamento da iluminação natural em um edifício, o

sistema de controle da iluminação artificial deve desligar ou reduzir a intensidade

(dimerizar) da iluminação artificial nos momentos em que a iluminação natural for

suficiente. A iluminação artificial deve operar para suplementar as mudanças nos

níveis da iluminação natural, durante o dia e manter constante a iluminância de

projeto, usando as mais eficientes tecnologias e estratégias de controles disponíveis

(LANL, 2002).

Atualmente com o grande avanço na tecnologia de controles para iluminação,

a quantidade de projetos que buscam a integração do sistema natural com o artificial

vem aumentando. Para a utilização destes controles, visando aproveitar ao máximo

os benefícios da luz natural, torna-se necessário compreender o seu comportamento

dentro do ambiente, e avaliar a economia proporcionada pela iluminação na etapa do

pré-projeto de uma edificação ou de um retrofit.

A integração da luz natural e artificial tem início na determinação das intenções

globais do projeto luminotécnico. É quando se define, então, os papeis a serem

desempenhados pela luz natural e pela luz artificial para que os objetivos do projeto

sejam atingidos. Antes de mais nada é preciso analisar o desempenho da luz natural

no ambiente, em diferentes períodos ao longo do ano, para ser observados os níveis

de luminância das superfícies, as zonas luminosas, as variações sazonais da

disponibilidade de luz natural (direção e intensidade), e a mudança na distribuição da

luminosidade com aberturas e elementos de controle da luz solar direta (IESNA,

2000).

22

A luz natural é tanto elemento de projeto, quanto sistema ambiental. Enquanto

elemento de projeto pode valorizar aspectos estéticos e qualitativos de conforto da

edificação. Enquanto, o sistema ambiental deve ser analisado quantitativamente,

segundo o desempenho de seus atributos (iluminação, energia e economia), suas

características físicas, e sua interação com outros sistemas ambientais, incluindo

iluminação artificial, condicionamento de ar e estruturas (ROBBINS, 1986).

Diferentes métodos para projeto luminotécnico são descritos por vários autores,

principalmente em trabalhos que tratam da luz natural. Usualmente são divididos em

métodos de cálculos, métodos gráficos e também é considerado o uso de modelos

reduzidos para avaliação do comportamento da luz natural, seja sob a luz do dia real

ao ar livre, ou sob um céu artificial criado em laboratório.

Com as facilidades oferecidas pelos recursos da computação, muitos

programas de simulação foram criados para facilitar a aplicação das rotinas de cálculo

estabelecidas pelos métodos. Os programas implementam os algoritmos de métodos

de cálculo possibilitando o estudo de edificações de forma complexa com agilidade e

precisão (Lima e Christakou, 2007).

O presente trabalho busca avaliar a adequação do sistema de iluminação

suplementar ao sistema de iluminação natural existente, em sala de aula padrão, por

meio da integração dos dois sistemas de iluminação. Objetiva-se o aproveitamento da

iluminação natural, e a obtenção de propostas de um sistema de iluminação artificial

diferenciado que permita o desenvolvimento das atividades executadas em sala de

aula, além de oferecer melhor qualidade de iluminação aos seus usuários.

1.2 PROBLEMA

O sistema de iluminação artificial apresentado atualmente em salas de aulas,

não leva em conta a diversidade das atividades executadas nestes ambientes e,

muitas vezes, desconsidera parâmetros importantes como: a orientação, as

dimensões e as atividades visuais desenvolvidas. O fato ocorre, porque essas

premissas essenciais, não são pensadas no processo de criação do projeto

23

luminotécnico. Aparentemente, o objetivo geral dos projetos de iluminação artificial é

atingir níveis de iluminação satisfatória recomendados, com baixo custo de

implementação. Apesar de busca-se economia e praticidade, os projetos de

iluminação artificial implantados são “indiferentes” à incidência de luz natural no

edifício, o que consequentemente leva ao desperdício.

Devido à grande preocupação mundial quanto à demasiada utilização da

iluminação artificial, gerando um elevado custo na produção de energia elétrica e

eventuais desperdícios, cada vez mais é preciso pensar em otimizar o uso da

iluminação natural nos ambientes de ensino. Com isto, propiciando-se também um

nível adequado de satisfação e bem-estar dos usuários das edificações, e custos

razoáveis.

A melhor utilização do potencial de iluminação natural não significa

simplesmente economia de energia elétrica, mas maior racionalidade na utilização

devido ao dimensionamento adequado dos sistemas de iluminação natural e artificial,

levando a ambientes com melhores condições de iluminação e conforto ambiental.

Assim, um projeto de iluminação inadequado, pode causar aos seus usuários

um desconforto, que se traduz por fadiga visual, ofuscamento, redução de

produtividade, além do aumento do consumo de ar condicionado, causado pela

elevação da carga térmica. Enfrenta-se assim, gastos energéticos frente ao consumo

de iluminação e demanda-se maior uso dos sistemas de controles automáticos. Passa

a ser importante, também compreender por meio de simulações computacionais a

potencialidade de aproveitamento da luz natural pelo uso de sistemas automáticos de

controle da iluminação artificial.

Mais especificamente, procura-se analisar por meio de simulações

computacionais o comportamento dinâmico da luz natural e, ao mesmo tempo, avaliar

a potencialidade de aproveitamento da luz natural; analisar em que momentos a luz

artificial pode suplementar a luz natural; bem como, caracterizar zonas de iluminação

natural por meio de sistemas de controles; definindo assim, estratégias de controle da


24

1.3 OBJETIVO

Compreender por meio de simulações computacionais a potencialidade de

aproveitamento da luz natural pelo uso de sistemas automáticos de controle da


Objetivos específicos:

• Analisar por meio de simulações computacionais as variações da luz

natural;

• Avaliar a potencialidade de aproveitamento da luz natural;

• Analisar em quais momentos a luz artificial pode suplementar a luz

natural;

• Caracterizar zonas de iluminação natural por meio de sistemas de

controles;

• Definir estratégias de controle da iluminação artificial.

1.4 MÉTODO

Assim sendo, utilizando o método aplica o conceito de estudo de

caso incorporado, como observa Robert Yin (2010), que recomenda diferentes formas

de análise do objeto, com a criação de um banco de dados organizado. Nesse trabalho

será realizada análises de pesquisa nas salas de projeto do curso de Arquitetura e

Urbanismo da: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade de São

Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O método utiliza o estudo de

caso, seguindo as seguintes etapas:

• Visita no local;

• levantamento de dados e reconhecimento dos sistemas de iluminação;

• levantamento e medição das iluminância nas salas de projeto;

• modelagem e simulação por meio do software Dialux Evo e o plug-in Diva do

Rhinoceros;

• simulação dinâmica da luz natural e artificial de todos os meses do ano em

(horário comercial);

25

• análise dos resultados com as normas vigentes NBR ISSO/CIE 8995-1;

• apresentação de soluções de integração da luz natural e artificial.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

O presente trabalho está organizado da seguinte maneira:

Após o Capítulo 1 - Introdução,

o capítulo 2 - Revisão bibliográfica reúne os principais estudos sobre a iluminação

natural em edifícios de ensino, a importância da luz para a saúde dos usuários e

seleciona algumas estratégias para economia de energia e eficiência energética por

meio da iluminação natural.

O Capítulo 3 - Projeto luminotécnico integrado apresenta as métricas e métodos

para a avaliação da potencialidade da iluminação natural e reúne métodos para

integração da iluminação natural e artificial por meio de simulações computacionais.

O Capítulo 4 – aborda os Estudos de Caso: salas de aula de projeto do curso de

Arquitetura e Urbanismo das seguintes universidades: Fundação Armando Alvares

Penteado - FAAP, Universidade de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana

Mackenzie.

O Capítulo 5 - Considerações finais e conclusões

Referências e apêndices

26

CAPÍTULO 2

2. Principais estudos sobre iluminação natural em edifícios de ensino.

A luz natural sempre foi uma preocupação em projetos de edifícios de ensino.

Em um livro publicado em 1874, Robson (2003) já enfatizava a importância de levar

em consideração a saúde, conforto no aprendizado dos alunos nos projetos de

edifícios de ensino. Ele acreditava que a iluminação natural nas salas de aula era um

fator importante para se atingir esses objetivos, chegando a delinear instruções

práticas acerca da orientação e aberturas de forma a aproveitar melhor a luz do sol

na orientação norte, de modo a evitar ofuscamento. A iluminação artificial passou

então a ser aplicada em larga escala a partir de 1955, com o barateamento do

processo de produção das lâmpadas fluorescentes. A substituição do sol pela

iluminação artificial não se deu imediatamente após a invenção da lâmpada elétrica

incandescente de Edson. O marco foi a invenção da lâmpada fluorescente, antes da

Segunda Guerra Mundial. Sua invenção forneceu níveis de iluminância suficientes - e

a um custo acessível - para que as atividades humanas dentro dos edifícios pudessem

se desenvolver independentemente da luz natural (BERTOLOTTI, 2007).

No decorrer da década de 70, com a crise do petróleo, a preocupação com a

conservação de energia começou a crescer nos projetos de edifícios de ensino.

Inicialmente essa preocupação se concentrava na redução da carga térmica para o ar

condicionado, e uma forma de atingir esse objetivo era reduzindo a área das

aberturas. Muitos edifícios foram construídos sem janelas nos Estados Unidos, na

Flórida, foi declarada uma lei determinando que todas as escolas fossem equipadas

com ar-condicionado e sem janelas (BERTOLOTTI, 2007).

Segundo Toledo (2008), a utilização da iluminação natural em edifícios de

ensino é importante tanto para atender questões econômicas (redução do consumo

de energia), quanto pelo fato estético e psicológico, visto que a luz natural é preferida

pelo ser humano. Apesar disto, é necessário lembrar de que a luz natural é variável e

não está disponível em todas às 24 horas do dia, tornando necessário a utilização de

uma fonte de iluminação artificial que substitua a iluminação natural durante a noite e

27

suplemente à iluminação natural durante os períodos em que os níveis de iluminação

fornecidos estejam menores que os recomendados. Em relação à iluminação de

edificações, a eficiência energética pode ser alcançada por meio de dois fatores: uso

adequado da luz natural e de sistemas de iluminação artificial eficientes. Quando

ambos os fatores são reunidos numa proposta projetual, aumentam as chances de

êxito com relação à economia de energia.

Ainda segundo Toledo (2008), a conservação de energia está intimamente

relacionada com a disponibilidade de luz natural e as características do edifício, a

tipologia da abertura, as dimensões, cor do piso, paredes, teto e texturas. Além destes

fatores é necessário considerar um sistema de iluminação artificial projetado para

complementar a luz natural, com circuitos independentes e sistema de controle

elétrico e automação apropriado para cada situação.

Um conceito muito utilizado é o "High Performance Schools" - HPS, ou "Green

Schools", está relacionado não só a edifícios de ensino que economizam energia, mas

também que forneçam ambientes saudáveis, confortáveis e bem iluminados onde o

aprendizado possa se desenvolver. Nesse conceito geralmente estão incluídos

ambientes com luz natural em quantidade adequada, um requisito imprescindível para

assegurar a sua boa qualidade, das estratégias para o projeto das HPS, a iluminação

natural pode ser a mais significativa na arquitetura e a mais desafiadora. "A iluminação

natural tem demonstrado ser uma das melhores estratégias de conservação de

energia em edifícios escolares e a decisão de utilizar iluminação natural em um projeto

terá influência nas decisões sobre os outros sistemas desse edifício" (BERTOLOTTI,

2007).

Para atingir esses objetivos, os projetos da HPS utilizam várias estratégias para

otimizar o uso da luz natural, fazendo a luz difusa adentrar mais profundamente nos

espaços internos, barrando a incidência direta dos raios solares, utilizando a reflexão

indireta da luz do sol e evitando o ofuscamento. (ver imagem 01)

28

imagem 01 - "High Performance Schools" – HPS.

fonte: Lavalle Brensinger, 2018

Segundo Matheus (2018). A iluminação zenital é uma estratégia de aproveitar

a iluminação solar natural como garantia afim de melhorar a qualidade espacial da luz

no ambiente, além de economizar energia. A consciência da finitude dos recursos

naturais e demandas por redução do consumo energético têm diminuído cada vez

mais o protagonismo de sistemas artificiais de iluminação, de modo que arquitetos

tem buscado assumir novos posicionamentos na concepção projetual, apropriando-se

determinados sistemas construtivos no aproveitamento dos recursos naturais. Nesse

diálogo, diferentes tipos de artifícios têm sido adotados para a captação lumínica

natural.

A iluminação zenital é todo tipo de iluminação natural que vem de cima, por

meio de algum elemento zenital revestidos com materiais translúcidos como de vidro,

acrílico ou policarbonato. Os sistemas zenitais são classificados em claraboias,

lanternins, átrio, sheds e tubos solares.

Claraboias - Estão entre as aberturas zenitais mais utilizadas em projetos

residenciais, são capazes de iluminar até oito vezes mais do que uma janela de

mesmo tamanho, são planas e podem ser construídas com estrutura metálica,

policarbonato ou vidro laminado. Com um visual contemporâneo e leve, são indicadas

para a iluminação de escadas, circulações e banheiros. Além da atenção em relação

às questões térmicas, as claraboias demandam mais manutenção por seguirem a

29

inclinação da cobertura. Estabelecidas como aberturas horizontais estrategicamente

posicionadas na cobertura das edificações, permitem a entrada direta da luz natural à

região interna da construção. Como vedação, comumente recebe a aplicação de vidro

translúcido em sua face superior, permitindo maior porcentagem lumínica ao espaço.

Deve ser utilizada com cuidado, já que tende a favorecer o ganho de cargas térmicas

na edificação, aumentando a temperatura interna. Portanto, deve ser

estrategicamente posicionada e projetada no que diz respeito às dimensões e

materiais vedantes (MATHEUS, 2018)

Além disso, como alternativa a vedação superior, pode receber películas de

vidro leitoso ou chapas de policarbonato, de modo a propiciar a entrada de luz de

maneira indireta e a dosagem do percentual lumínico. Como o sistema de iluminação

zenital mais empregado, são indicadas a espaços de menor permanência como áreas

de circulação, halls ou banheiros, por exemplo. Permite ainda uma gama de modelos

a partir da variação de desenhos, dimensões e materiais, desde a tradicional abertura

sobre a laje até modelos tubulares mais inventivos (MATHEUS, 2018). (ver imagem

02)

imagem 02 - Iluminação zenital – Claraboias.

fonte: Decorsalteado, 2018

Lanternins - Os lanternins são aberturas que sobressaem em relação à parte

superior do telhado e possuem duas faces opostas e translúcidas. Muito usados em

edifícios industriais, costumam ser abertos (ou permitir a abertura) para favorecer a

ventilação e a renovação do ar. São indicados para ambientes quentes e com pé-

direito alto. Como aberturas que se sobressaem em relação à cobertura, podem ser

pequenos telhados sobrepostos às cumeeiras ou ainda superfícies sobrepostas às

lajes, criando pequenas saliências a receber aplicação de vidro à entrada de luz

natural pelas duas laterais. Além da entrada lumínica, o sistema permite a renovação

30

contínua do ar se empregado caixilhos móveis, possibilitando trocas constantes a

partir do pressuposto de que o ar quente tende a subir (MATHEUS, 2018) (ver imagem

03)

imagem 03 - Iluminação zenital – Lanternins.


Átrio - Mais utilizados em grandes construções, como shoppings centers, os

átrios são aberturas na cobertura que ocupam um espaço central na edificação.

Bastante presente em construções históricas, foi muito usado como elemento

condutor de luz para o centro dos edifícios. Pode (ou não) ser acompanhado de um

domo (cobertura convexa). Como o espaço central de uma edificação, o termo

também nomeia uma das tipologias à iluminação zenital. Assim como as claraboias,

possui aberturas posicionadas diretamente sobre as coberturas, na maioria dos casos

por geometrias piramidais ou com duas águas construídas com perfis metálicos e

fechamento em vidro. Contanto, diferente dos casos anteriormente citados, esta

tipologia é indicada a edifícios com maior número de pavimentos ou grandes pé direito,

permitindo o recebimento de maior luminosidade de modo a não gerar altas cargas

térmicas (MATHEUS, 2018). (ver imagem 04)

imagem 04 - Iluminação zenital – Átrio.


31

'Sheds' - Também conhecidos como dentes de serra, os 'sheds' são mais

comuns em construções industriais, ao serem aplicados junto a coberturas metálicas.

No Brasil, os projetos para este tipo de abertura tendem a ser mais eficazes quando

voltados para o sul. Recorrentemente empregados em edifícios industriais e galpões

junto a coberturas metálicas, configuram-se como dispositivos a partir da geometria

em dente de serra dos telhados, com inclinações estrategicamente dispostas de modo

a receber determinada quantidade de luz. Usualmente são posicionados em relação

à fachada com menor insolação (sul no hemisfério sul e norte, no norte), permitindo

receber luz natural sem raios solares. Em alguns casos, também contemplam

aberturas à ventilação (MATHEUS, 2018). (ver imagem 05)

imagem 05 - Iluminação zenital – Sheds.


Tubos Solares - Assim como as claraboias, podem ser instalados em

diferentes tipos de coberturas - planificadas ou inclinadas. Com uma variedade de

tamanhos em largura e dimensão, podem ser flexíveis ou rígidos. A diferença é que

levam a luz, através de reflexões, onde não é possível instalar uma claraboia, por

exemplo. Internamente recebem materiais reflexivos, havendo variação da

intensidade da luz em decorrência de suas dimensões e materialidade, apresentando

ótima solução à projetos industriais e comercial. Há ainda modelos com fibra de vidro

comercializados especialmente à projetos com curtas distâncias entre o forro e laje,

indicados a projetos residenciais (MATHEUS, 2018). (ver imagem 06)

32

imagem 06 - Iluminação zenital - Tubo solar.

fonte: Archidaily

2.1 Disponibilidade de luz natural

A disponibilidade de luz natural é a quantidade de luz em um determinado local,

em função de suas características geográficas e climáticas, que se pode dispor por

um certo período de tempo. Dados e técnicas para a estimativa das condições de

disponibilidade de luz natural são importantes para a avaliação do desempenho final

de um projeto em termos de conforto visual e consumo de energia. Isto refere-se à

maneira como varia a quantidade de luz durante o dia e épocas do ano, quanto dura

essa iluminação ao longo do dia e os motivos pelos quais as localidades dispõe de

mais ou menos luz face aos parâmetros que influem no cálculo da disponibilidade da

luz natural (NBR 15215-2, 2003).

A movimentação diária e sazonal do sol na abóbada celeste produz um padrão

previsível de quantidade e direcionalidade da luz natural disponível, relativo a uma

localidade no globo terrestre, diretamente influenciado por mudanças de clima,

temperatura e poluição do ar (IESNA, 2000). Essas características físicas e

geográficas, orientação e configuração morfológica do entorno construído também

afetam direta ou indiretamente a disponibilidade de luz natural (VIANNA; TOLEDO,

2008).

Em relação ao espectro da radiação solar recebida pela superfície da Terra,

apenas 40% correspondem à radiação visível, ou seja, luz. A parcela desta radiação

33

visível que atravessa a atmosfera é variável em função das condições e profundidade

das camadas atmosféricas (IESNA, 2000). A luz que atinge a atmosfera se divide em

duas frações, uma direta e outra difusa. Uma parte atravessa a atmosfera em forma

de feixes de luz direta. A outra parte é difundida pela poeira, vapor de água e outros

elementos em suspensão no ar, os componentes direta e difusa formam a iluminação

global (VIANNA; IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).

A disponibilidade e a potencialidade de luz natural se referem à quantidade de

desta proveniente do sol e do céu para uma localidade, data, hora e condição de céu

específicas (IESNA, 2000). Varia em função da altura do sol no céu e das condições

de nebulosidade e turvamento da atmosfera. Essas variações impossibilitam a adoção

de valores exatos para a predição de luminosidade e desta forma adotam-se valores

estatísticos estabelecidos por meio de medições (SOTERAS, 1985; TOLEDO, 2008).

Para efeito de estudo da iluminação natural, considera-se que a luz natural

provém do sol (luz direta), do céu (luz difusa) e também a luz refletida pelo entorno

(luz indireta) (IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).

A identificação exata do sol no céu com relação a uma dada localidade, dia e

horário, e consequentemente a direção da luz direta, usam-se coordenadas

angulares: azimute e altura solar (imagem 07). A altura solar é o ângulo compreendido

entre o sol e o plano do observador. O azimute é o ângulo horizontal marcado a partir

do Norte geográfico em sentido horário até a projeção do sol no plano. Em ambos os

casos, o vértice do ângulo será sempre o centro da projeção horizontal da abóbada.

Os percursos aparentes do sol na abóbada celeste para uma determinada latitude são

observados nas cartas ou diagramas solares (TOLEDO, 2008).

imagem 07 - Azimute e altura solar.

(adaptado de: BITTENCOURT, 2004).

34

Parâmetros sobre disponibilidade da luz natural são importantes para a

definição de estratégias para uso conjunto da luz natural e artificial. Dados de

frequência de ocorrência de tipos de céu podem definir os períodos do ano em que

haverá maior disponibilidade de luz natural. Associada às iluminâncias médias de

cada tipo de céu esta informação poderá ser utilizada para estimar a economia

energética potencial para projetos que integram sistemas de iluminação natural e

artificial (TOLEDO, 2008).

Pelo comportamento dinâmico da luz natural e consequente variação das

condições de iluminação, é necessário conhecer informações sobre a disponibilidade

de luz natural específicas da região para onde se projeta. Tais informações são

formuladas a partir de medições periódicas das condições de luminosidade externa

para determinada localidade. A partir da criação do Programa Internacional de

Medição de Iluminação Natural em 1985, a CIE deu início à implementação de

estações de medição pela Europa, América do Norte e América do Sul,

onde detectaram a carência de dados sobre a disponibilidade de luz natural no Brasil.

Segundo Souza (2008), havia somente duas estações de medição em território

nacional: Florianópolis e Belo Horizonte.

A falta de dados medidos da disponibilidade de luz natural em nosso país,

poderão ser adotados os dados referentes às condições de nebulosidade constantes

nas normais climatológicas em conjunto com valores médios de iluminâncias externas

calculados para planos horizontais e verticais gerados, por exemplo, a partir do

programa computacional DLN (Disponibilidade de Luz Natural) O programa DLN

calcula por meio das equações IES, para qualquer localidade (latitude e longitude) e

data, as iluminâncias médias direta, difusa ou global (direta + difusa) para céus claro,

parcialmente encoberto e encoberto, sobre planos horizontais ou verticais. Também

pode calcular a luminância em qualquer ponto da abóbada celeste, a partir da altura

solar e azimute, para as mesmas condições de céu anteriores (SCARAZZATO, 2004;

TOLEDO, 2008).

35

Segundo a tese de Scarazzato, que deu origem ao programa DLN, desenvolveu

o conceito do Dia Luminoso Típico de Projeto aplicado à iluminação natural, que

melhor representa, em termos de disponibilidade de luz natural, um dado período de

tempo. Para o período estabelecido, o DLN calcula as médias das iluminâncias

horizontais estimadas de duas em duas horas, para céus claro, parcialmente

encoberto e encoberto. Em seguida o programa busca o dia cujas iluminâncias

horizontais mais se aproximam das iluminâncias médias calculadas e este será então

considerado o Dia Luminoso Típico, DLT daquele período. Normalmente calcula-se o

DLT para todas as estações climáticas ou para cada um dos meses, para uma

percepção mais minuciosa da disponibilidade de luz natural ao longo do ano

(SCARAZZATO, 2004; TOLEDO, 2008).

2.1.1 Classificação de tipos de céu

A luz natural difusa proveniente do céu está diretamente relacionada às condições

atmosféricas. Tais condições foram classificadas como tipologias de céu. Os tipos de

céu podem ser organizados em duas categorias (SOUZA, 2004; TOLEDO, 2008):

• Céus homogêneos - variam de claro a encoberto e são caracterizados por uma

distribuição espacial homogênea da densidade atmosférica;

• Céus não homogêneos - céu azul com nuvens, céus parcialmente encobertos

e céus com nuvens esparsas são irregulares quanto à distribuição da

densidade atmosférica e consequentemente das luminâncias.

Segundo Souza (2004) os tipos de céus mais empregados em estudos sobre

iluminação natural são três tipos clássicos de céus homogêneos: céu encoberto, céu

claro e céu parcialmente encoberto, este último caracterizado como um céu claro com

alto índice de turvamento. (TOLEDO, 2008).

A IESNA, em 1984, publicou um documento, IESNA, RP 21-84 – Recommended

Practice for Calculation of Daylight Availability, apresentando uma série de algoritmos

de cálculo aplicáveis à iluminação natural, baseados em medições e métodos

36

preditivos existentes. O modelo proposto incluía pela primeira vez a tipologia de céu

parcialmente encoberto além dos céus claro e encoberto (SCARAZZATO, 2004). A

IESNA classifica padrões de luminosidade do céu de acordo com o parâmetro da

razão de cobertura do céu (sky-covet) (IESNA, 2000; TOLEDO, 2008).

Segundo Toledo (2008) a razão de cobertura do céu estima a quantidade de

nuvens que cobrem o céu, é expressa em décimos, numa escala de 0,0 para céu sem

nuvens a 1,0 para céu completamente encoberto.

A distribuição de luminâncias é um conceito muito utilizado em análise de

modelos de céus foi proposto pela CIE para a padronização de condições de luz

natural exteriores na recém-publicada ISO 15469:2004 (E) / CIE S 011/E:2003 -

Spatial Distribution of Daylight - CIE Standard General Sky. O novo conceito abrange

um vasto registro de ocorrências, desde o céu encoberto ao céu claro considerando-

se ou não a luz direta do sol respectiva. São descritos 16 diferentes modelos

padronizados de céu objetivando formular uma base universal para a classificação de

medições de luminâncias de céu e fornecer um método para o cálculo de luminâncias

do céu (TOLEDO, 2008).

A ABNT adotou no Brasil, em sua recente normatização para Procedimentos de

cálculo para a estimativa da disponibilidade de luz natural, três tipos de céu: céu claro,

céu encoberto e céu parcialmente encoberto ou intermediário, assim descritos:

(TOLEDO, 2008).

• Céu claro - inexistência de nuvens ou baixa nebulosidade, é mais brilhante em

torno do sol e próximo ao horizonte. É caracteristicamente azul devido à

existência de pequenas partículas de água em suspensão, fazendo com que

apenas os menores comprimentos de onda (porção azul do espectro) venham

em direção à superfície da Terra. A luminância de qualquer ponto na abóbada

é relacionada à luminância do zênite e à altura solar (TOLEDO, 2008);

• Céu encoberto - a superfície da abóbada celeste é completamente preenchida

por nuvens. Grandes partículas de água em suspensão na atmosfera refletem

e refratam a luz direta do sol, para todos os comprimentos de onda. O céu é

37

tipicamente cinza-claro, e a luminância da porção em torno do zênite é três

vezes maior que da área próxima à linha do horizonte. A luminância de qualquer

ponto na abóbada é relacionada à luminância do zênite (TOLEDO, 2008);

• Céu parcialmente encoberto - condição de céu intermediária entre céu claro e

céu encoberto na qual a luminância em qualquer ponto da abóbada celeste é

definida em função do posicionamento do sol no céu (altura solar). O sol e sua

auréola ao redor não são considerados na distribuição de luminâncias. Análises

da iluminação natural sob condições de céus parcialmente encobertos

dependem do azimute, altura e declinação solaria (TOLEDO, 2008).

Segundo Toledo (2008) a ABNT adotou o método da cobertura do céu recomendado

pela NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration - EUA, para a

caracterização das condições de céu. A cobertura de nuvens da abóbada é estimada

visualmente segundo os seguintes parâmetros:

TIPO DE CÉU COBERTURAS DE NUVENS

Claro 0% a 35%

Parcial encoberto 35% a 75%

Encoberto 75% a 100%

Tabela 01 - Caracterização das condições do céu - ABNT

fonte: ABNT, 2005

As equações que definem as luminâncias em pontos da abóbada para todos os

três tipos de céu são encontradas na norma. A norma não considera a condição de

céu uniforme, caracterizada pela distribuição uniforme de luminâncias, "devido à

inexistência dessa situação em condições reais? (ABNT, 2005).

2.2 Iluminação natural e a saúde dos usuários

38

A presença da iluminação natural afeta o desempenho dos seres humanos em

três aspectos principais: visibilidade, saúde e estado de espírito (BERTOLOTTI,

2007).

A iluminação influencia a saúde e está relacionada às seguintes questões: ao

esforço visual e aos aspectos não visuais da luz. O esforço visual, causado por uma

iluminação inadequada tem como consequências: perturbações visuais, cansaço

visual, ofuscamento, dores de cabeça, variações no sistema nervoso, acidentes e

erros no trabalho e diminuição da produtividade (PEREIRA, 2017).

Em relação à luz, os aspectos não visuais, também conhecidos como efeitos

biológicos desta interferem no sistema circadiano ou ritmo circadiano dos seres

humanos influenciando aspectos químicos, biológicos e comportamentais. O sistema

circadiano funciona como um relógio biológico interno que regula diversas funções no

corpo: ritmo de sono e vigília, temperatura corporal, secreção de hormônios como

melatonina, serotonina e cortisol (IESNA, 2011; PEREIRA, 2017).

A luz e sua informação são capturadas pelos olhos por meio de um tecido

nervoso formado por fotorreceptores, os cones e bastonetes, os quais transformam a

energia luminosa em impulsos nervosos levados ao cérebro. Eles são responsáveis

pela informação visual, fazendo funcionar o sistema visual que permite aos seres

humanos avaliarem o ambiente por meio da percepção do espaço e dos detalhes

(IESNA, 2011).

O relógio biológico regula os ritmos fisiológicos e modifica o estado de ânimo

dos seres humanos. Ele designa o período de 24 horas, que se baseia no ciclo

biológico de quase todos os seres vivos, sendo influenciado pela variação da luz entre

o dia e a noite (IESNA, 2011).

Conforme a imagem abaixo (imagem 08), é possível verificar a influência da luz

na regulagem química do corpo através da produção do cortisol e da melatonina

afetando, desta forma, o estado de ânimo dos seres humanos.

39

imagem 08 - Produção de cortisol e da melatonina ao longo do dia de acordo com a luz natural.

fonte: adaptado de http://www.licht.de

Com essas variações da luz no início da manhã ocorre a produção do cortisol,

também conhecido como hormônio do estresse. Este hormônio é responsável pelo

estado de alerta e atenção, aumentando a produção de adrenalina e inibição da

melatonina e serotonina. (BERTOLOTTI, 2007).

Responsável pelo controle da liberação de alguns hormônios, a serotonina é

um neurotransmissor que tem a regulação do ciclo circadiano. Ela por sua vez age na

regulação do sono, do apetite e a transmissão de serotonina não tão efetiva pode

causar depressão, distúrbios de humor, enxaqueca, entre outros (PEREIRA, 2017).

A ausência de luz provoca a produção de melatonina desacelerando as funções

corporais, o hormônio cortisol é estimulante e a melatonina relaxante. Ele prepara o

corpo para o descanso noturno. Nesta fase, o corpo secreta hormônios de

crescimento que reparam as células durante a noite. Durante a manhã, o nível de

melatonina no sangue cai devido à produção do cortisol, o hormônio do estresse que

estimula o metabolismo e programa o corpo para as atividades durante o dia. Ao final

do dia este relógio interno muda novamente, com a ausência de luz e a diminuição do

nível de cortisol no sangue (PEREIRA, 2017).

O relógio biológico ou ritmo circadiano nos seres humanos não tem exatamente

24h, mas um período próximo a este. Por isto ele deve ser ajustado por meio de pistas

http://www.licht.de/

40

externas, sendo que uma das mais eficazes é o ciclo do claro e do escuro,

proporcionado pela luz natural (PEREIRA, 2017). O relógio biológico poderá ficar

desregulado se não houver exposição à luz suficiente durante o dia, ou ao contrário

se houver a exposição em demasia durante a noite (IESNA, 2011).

Alguns aspectos devem-se considerar também a influência do projeto

arquitetônico no ciclo circadiano, considerando as variáveis ligadas às aberturas

(orientação e dimensionamento), condições climáticas e as vistas predominantes

devido à integração do interior das edificações com o seu exterior. Todos estes

atributos interferem na saúde e bem-estar dos seres humanos. Para o projeto da luz

natural e artificial no interior das edificações é importante considerar aspectos da fonte

de luz relacionados à intensidade, distribuição, comprimento de onda e tempo de

exposição da mesma. É possível mudar esses aspectos, por meio de filtros, filmes e

vidros especiais que alteram o espectro de luz. (PEREIRA, 2017).

2.3 Iluminação natural e os ambientes de trabalho

A iluminação natural é uma fonte de energia, que proporciona muitos benefícios

aos seres humanos. Além destes fatores, podemos citar sua influência no aumento

da produtividade em ambientes de trabalho, ela tem sido associada à satisfação e

bem-estar dos usuários, influenciando o estado mental, o humor, aspectos

psicológicos e a saúde geral dos mesmos, redução do consumo de energia e sua

contribuição na busca pela sustentabilidade das construções (PEREIRA, 2017).

A luz é essencial para visão, tornando-se fundamental para todos os processos

cerebrais em relação ao meio ambiente. Em suma, o sistema visual terá um

desempenho mais apurado quanto maior for o campo visual, maior o contraste de

luminâncias, maior a diferenciação de cores, produzindo uma melhor imagem na

retina e quanto maior for a iluminação na retina, mais rápido e mais refinado será o

desempenho do sistema visual. Condições precárias de iluminação em tarefas que

requerem alto nível de desempenho visual são percebidas como desconfortáveis,

assim como fontes de luz que levem á distração da tarefa, como por exemplo,

ofuscamento ou pulsação intermitente (BERTOLOTTI, 2007; PEREIRA, 2017).

41

A fadiga visual é o principal efeito causado pela má iluminação sobre a saúde

do sistema visual. Os sintomas mais comuns são olhos congestionados, visão

embaçada, lacrimejar constante, dificuldade de visão e dor de cabeça. Condições ou

tarefas que requerem o olhar fixo por longos períodos podem afetar o sistema

muscular que controla a fixação, a acomodação, a convergência e o tamanho da

abertura da pupila. Esses sintomas são temporários, mas se repetidos

constantemente trazem perturbações à saúde e ao desempenho das pessoas. Esses

sintomas podem ser causados por níveis inadequados de iluminação, tanto naturais

como artificiais, pelas condições das tarefas a serem executadas e seu entorno

ambiental e por problemas no sistema visual do indivíduo (BERTOLOTTI, 2007).

Para ser considerada adequada, a iluminação de um espaço arquitetônico deve

ser ponderada em relação ao atendimento às necessidades das funções nele

pretendidas, além dos aspectos quantitativos, relacionados aos níveis de iluminação,

deve-se também observar os aspectos da qualidade luminosa de um ambiente, que

envolvem a qualidade da fonte de luz (espectro da radiação, temperatura de cor,

índice de reprodução de cores) e o seu impacto psicológico nos usuários, a

distribuição luminosa que interfere no conforto visual, ente outros (PEREIRA, 2017).

Para ambientes destinados ao trabalho, níveis mínimos de iluminação

costumam constar de normas e recomendações que tratam da matéria, sem

prescindir, contudo, de providências que assegurem também qualidade da mesma,

com o controle do ofuscamento e a uniformidade da luz, por exemplo. Conceitos

diferentes podem ser requeridos para a iluminação de ambientes para a realização de

tarefas produtivas em comparação com aqueles destinados tão somente ao destaque,

à contemplação, ao deleite. É necessário evitar a incidência direta da radiação solar

nos planos de trabalho, pois esta incidência pode ocasionar ofuscamento (PEREIRA,

2017).

A luz tem o poder de revelar a forma, o espaço, a textura e a cor – todos,

elementos considerados fundamentais na arquitetura, portanto a experiência

vivenciada pelas pessoas nos espaços tem uma relação intrínseca com os aspectos

quantitativos e qualitativos da luz que interferem na melhor ou pior visualização dos

42

ambientes, objetos do entorno e tarefas a serem desempenhadas afetando o conforto,

a segurança, as sensações psicológicas e a produtividade nos espaços de trabalho

(PEREIRA, 2017).

Segundo BERTOLOTTI (2007), durante quinze anos o Ergonomic Institute de

Berlim desenvolveu uma pesquisa com o intuito de identificar a concepção mais

favorável de iluminação para ambientes de trabalho em escritórios, levando em

consideração também o design do espaço como um todo, pois seus autores

acreditavam que um bom projeto de iluminação não poderia desconsiderar esse

item. A intenção inicial dos autores foi verificar as condições de iluminação artificial de

ambientes de trabalho, mas no decorrer dos trabalhos ficou evidente a importância e

a influência da iluminação natural, que quando mal projetada pode também ser uma

fonte de incômodo para as pessoas. Os pesquisadores identificaram quais itens

ambientais poderiam causar incômodos aos indivíduos e representar algum grau de

estresse e os compararam aos que poderiam ser causados pelo sistema de

iluminação, segundo os dados da pesquisa é a influência do tamanho do ambiente,

principalmente de sua profundidade, no desconforto causado aos indivíduos: quanto

maior e mais profundo o ambiente, maior é a tendência a existir um grande número

de postos de trabalho afastados das janelas e maiores são os danos causados a

saúde dos indivíduos.

2.3.1 Percepção da Luz nos espaços de trabalho

Um ambiente confortável visualmente, prazeroso, não ser poluído visualmente,

além de ser apropriado para a função nele desempenhada. Para tanto, os requisitos

qualitativos e quantitativos devem ser buscados com o mesmo rigor, visando atender

às necessidades de informação visual dos usuários. Os parâmetros que constituem

para a caracterização do ambiente luminoso são: iluminância, distribuição da

luminância, ofuscamento, direcionalidade da luz, aspectos da cor da luz e superfícies,

cintilação, luz natural e manutenção. Hoje não existe uma preocupação em relação a

esses fatores, principalmente pela falta de conhecimento dos profissionais (PEREIRA,

2017).

43

Embora seja necessária a provisão de uma iluminância suficiente para uma

determinada tarefa, tendo a norma como referência, em muitos exemplos a

visibilidade depende da maneira pela a qual a luz é fornecida, das características da

cor da fonte de luz e da superfície em conjunto com o nível de ofuscamento do

sistema.

O que é considerado confortável em um espaço de lazer pode ser considerado

desconfortável em um espaço de trabalho. O conforto visual depende da tarefa a ser

executada, a qualidade da iluminação não pode ser verificada apenas com medidas

fotométricas, sem avaliar conjuntamente a interferência no psicológico e fisiológico

dos seres humanos (PEREIRA, 2017).

Uma boa qualidade da iluminação ajuda a melhorar o desempenho visual das

tarefas, ajuda na comunicação interpessoal e melhora o sentimento de bem-estar, ao

passo que uma iluminação sem qualidade pode gerar desconforto, ser confusa e

prejudicar no desempenho visual. (IESNA, 2011).

O desempenho luminoso satisfatório de um espaço pressupõe, além de níveis

mínimos de iluminação de acordo com a função do espaço, aspectos da qualidade

luminosa do ambiente, assim como as refletâncias, transmitância e absorção da luz

no ambiente projetado.

A qualidade da iluminação em um ambiente depende de diversos fatores que

variam de pessoa para pessoa e também de acordo com diferenças culturais.

Diversos fatores devem ser considerados para a avaliação da qualidade luminosa:

aspectos visuais, aspectos psicológicos, aspectos não visuais que interferem na

fisiologia humana. A expectativa e experiências passadas dos usuários em relação à

iluminação também interferem nesta avaliação (IESNA, 2011).

Os aspectos visuais em relação ao conforto é um parâmetro para verificar a

qualidade da iluminação. Este considera o conforto visual e condições adequadas

para a realização das tarefas. No caso de atividades que tenham muitos detalhes e

que necessitam rapidez para a sua execução níveis mais altos de iluminação são

44

requeridos. O conforto visual está relacionado ao nível de esforço de adaptação do

usuário, que quanto menor, maior será a sua sensação de conforto. Este esforço de

adaptação refere-se, do ponto de vista fisiológico, às condições específicas para

realizarmos determinadas tarefas. Caso isto não ocorra o usuário deverá fazer um

esforço visual (PEREIRA, 2017).

A luz em maior quantidade possibilita uma melhoria no desempenho visual,

permitindo às pessoas desenvolverem tarefas com mais exatidão devido à melhoria

da visão. Porém o aumento do nível de iluminação não é acompanhado pela melhoria

da visão de forma ilimitada. Estudos demonstram que a partir de um determinado nível

de iluminação, em torno de 2000 lux, qualquer aumento apresenta pouca melhoria da

acuidade visual (IESNA, 2011).

Outra questão que deve ser observada em relação a adotar um nível de

iluminação mais alto do que o recomendado é a econômica porque quanto maior o

nível de iluminação maior o consumo de energia, de instalação e manutenção

(VIANNA; GONÇALVES, 2001).

O conforto visual não está apenas relacionado à quantidade de luz, mas

também a outros fatores. No caso de atividades laborais podemos citar outras

questões como boa a distribuição da luz, ausência de contrastes excessivos, como a

incidência do sol direta no plano de trabalho, pois causam o cansaço visual (PEREIRA,

2017).

O nível de adaptação dos olhos é controlado pela distribuição das luminâncias

no campo da visão e por isto é um fator importante a ser considerado para o conforto

visual. Portanto a luminância do campo de trabalho deve estar relacionada com o seu

entorno imediato. Esta distribuição bem balanceada amplia a acuidade visual e a

sensibilidade ao contraste permitindo uma maior nitidez da visão. Diferenças muito

altas entre as luminâncias no campo da visão podem ocasionar ofuscamento e fadiga

visual devido à contínua readaptação dos olhos (ABNT, 2005).

45

O conceito de boa distribuição da luz depende da atividade e o partido proposto

a ser realizado no espaço. Em locais de trabalho uma iluminação mais homogênea,

isto é, distribuída de forma uniforme para evitar grandes contrastes é desejável.

Em relação à iluminância, a uniformidade é a razão entre o valor mínimo e o

valor médio (Emin/Emax). A norma de iluminação artificial (NBR ISO/CIE 8995-1)

recomenda relações entre a iluminância da área da tarefa e o seu entorno. Na área

da tarefa a uniformidade não pode ser menor do que 0,7 e no entorno não pode ser

inferior a 0,5 (ABNT NBR 15215-2, 2005).

O ofuscamento é o desconforto resultante causado por luz muito contrastante

com o fundo, sem, entretanto, afetar a habilidade de desenvolver uma atividade

visual, é uma sensação visual causada por uma inadequada distribuição da

luminância com um excessivo e incontrolável brilho ou o contraste entre uma área

brilhante e outra escura no campo da visão. Ele causa desconforto ou reduz a

habilidade de ver objetos e por este motivo é um aspecto importante no conforto visual,

pois dificulta a realização de determinadas tarefas (PEREIRA, 2017).

O ofuscamento pode ser dividido em duas categorias: o inabilitador e o

desconfortável, o que se diferenciam entre eles é o grau de perturbação que

provocam. O inabilitador é o ofuscamento por redução da capacidade para ver ou

ofuscamento fisiológico - efeito de veladura que obscurece a visão dos objetos no

entorno imediatamente próximo à fonte luminosa. O desconfortável ou

deslumbramento é o ofuscamento por sensação de desconforto visual. (PEREIRA,

2017; MOORE, 1991).

O ofuscamento pode ser direto ou indireto, direto quando a fonte incide

diretamente na visão, indireto quando a fonte é proveniente da reflexão de uma

superfície num ambiente.

Veitch e Newsham (1998), apontam outros fatores que precisam ser levados

em consideração na qualidade da iluminação, entre eles a reprodução de cor,

espectro da radiação, temperatura de cor e a aceitação do usuário. As características

46

da cor de uma fonte de luz podem ser determinadas por alguns conceitos: temperatura

de cor (K) e o índice de reprodução de cor (IRC), saturação, desvio individuais de cor

(IESNA TM30-15, 2015).

A TM-30-15 é um procedimento adotado pela IESNA, porém, não pode ser

considerado como padrão para indústria de iluminação, uma vez que a entidade

responsável pela normatização de colorometria é a CIE. Além disso, não podemos

afirmar também que a TM-30-15 seja a melhor forma de avaliar o comportamento de

uma fonte de luz quanto à sua reprodução de cor, entretanto, podemos assegurar que

é bem mais precisa do que o sistema IRC (IESNA TM30-15).

O sistema usado hoje, para avaliação de cores é o CIE (Commission

Internationale de L’eclairage) Color Rending Indez (CRI), conhecido no Brasil como

Índice de Reprodução de Cor (ICR). Ele utiliza 15 amostras de cores, onde cada uma

delas possui seu próprio valor. A média das 8 primeiras cores (R1 a R8) é considerada

no cálculo do IRC, resultando em um índice normalmente identificado como Ra. Vale

lembrar, que tanto o termo Ra quanto IRC são comumente utilizados para definir o

mesmo conceito, porém são coisas diferentes (CIE 224, 2017).

A temperatura de cor é uma grandeza que indica a aparência de cor de uma

fonte de luz sendo ela compara à cor emitida pelo corpo negro radiador, pois este

muda de cor ao mudar de temperatura. Há uma relação entre temperatura e a cor da

luz emitida; quanto mais alta a temperatura em Kelvin mais branca azulada será a luz

e quanto mais baixa mais amarela e avermelhada (VIANNA; GONÇALVES, 2001).

A temperatura de cor pode ter uma variedade de tonalidades ou aparência de

cor: quente, neutra e fria. As fontes de luz com temperatura de cor mais baixa têm

aparência de cor quente, são mais acolhedoras e remetem ao descanso. Por este

motivo são recomendadas para atividades não laborativas. As cores neutras e frias

são mais estimulantes, sendo recomendadas para atividades laborativas (VIANNA,

2008).

47

O IRC, ou índice de reprodução de cor é a capacidade das fontes de luz em

reproduzir as cores do objeto, tendo a referência a luz do sol. Possui uma relação

direta com a reprodução de cores obtida com a luz natural. A escala qualitativa varia

de 0 a 100, portanto a luz natural tem o IRC=100 e quanto mais longe deste valor pior

será a reprodução de cores (VIANNA; GONÇALVES, 2001).

A qualidade do conforto visual está relacionada à fisiologia de conforto, à idade.

Porém sabe-se que o conforto também sofre influência dos aspectos psicológicos,

pois depende da interpretação subjetiva que os indivíduos fazem do meio que os

cerca, atribuindo significados a um determinado estímulo ambiental (VIANNA 2008).

2.4 Iluminação Natural e Qualidade Ambiental: Eficiência Energética e Conforto

A luz natural é essencial para a economia de energia e eficiência energética,

além de oferecer vantagens e estratégias para a uma maior obtenção de qualidade

ambiental nos edifícios. Dentre os pontos positivos da luz natural, citamos alguns

(TOLEDO, 2008).

A qualidade da iluminação obtida é melhor, pois a visão humana desenvolveu-

se com a luz natural, a constante mudança da quantidade de luz natural é favorável,

pois proporciona efeitos estimulantes nos ambientes, a luz natural permite valores

mais altos de iluminação, se comparados à luz elétrica, pois além disso, a carga

térmica gerada pela luz artificial pode ser maior do que a da luz natural, o que nos

climas quentes representa um problema a mais, um bom projeto de iluminação natural

pode fornecer a iluminação necessária durante 80/90% das horas de luz diária,

permitindo uma enorme economia de energia em luz artificia, a luz natural é fornecida

por fonte de energia renovável: é o uso mais evidente da energia solar (TOLEDO,

2008).

A radiação solar deve ser analisada sob dois pontos de vista técnicos: o da

iluminação natural e o do conforto térmico, pois o balanço entre estes dois quesitos

resulta em um ponto ótimo, no qual o edifício terá uma maior eficiência energética.

48

Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014, p. 5):

“A Eficiência energética na arquitetura pode ser entendida como um atributo inerente à edificação representante de seu potencial em possibilitar conforto térmico, visual e acústico aos usuários com baixo consumo de energia. Portanto um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia.”

A arquitetura tem o objeto de conectar e interligar os ambientes internos e

externos, dando assim uma resposta ambiental (térmica, luminosa) mais adequada,

considerando as condições climáticas e o contexto do local aonde será inserida. O

projeto bioclimático e de menor impacto ambiental resulta de uma análise do contexto

local, considerando as questões ambientais envolvidas (clima, entorno) para propor

soluções apropriadas que respondam a todas estas questões. Ele nasce a partir do

partido do projeto e não após sua concepção. As principais variáveis que interferem

nesta análise climática são: a radiação solar, os ventos, a temperatura, a umidade, a

orientação solar, a latitude, a nebulosidade, a disponibilidade de iluminação natural, a

precipitação e a altitude (TOLEDO, 2008).

É importante que algumas estratégias sejam traçadas em busca de um projeto

de menor impacto ambiental e que considere o clima como fator fundamental no

lançamento do partido do projeto. Estas estratégias devem contemplar as seguintes

questões: implantação e orientação da edificação, a tipologia arquitetônica e

construtiva, a relação exterior/ interior, a relação entre cheios e vazios, a relação

espacial entre as diversas atividades da edificação, forma e volume do edifício, a

localização e o dimensionamento das aberturas, o desenho de cobertura, as

proteções solares, o paisagismo, o uso de cores, a especificação dos materiais, entre

outras. As estratégias de projeto devem priorizar o uso de estratégias passivas para

obter o conforto ambiental de forma a minimizar o consumo da energia elétrica. Caso

isto não seja contemplado nas estratégias projetuais, o edifício tende a depender mais

da energia elétrica ou de outras fontes para propiciar o conforto aos seus usuários

(TOLEDO, 2008).

49

No contexto das salas de aula, a eficiência energética nas edificações

compreende conceitos relacionados às seguintes variáveis: desempenho térmico dos

materiais, ventilação natural, iluminação natural e artificial eficientes, uso de recursos

renováveis de energia e o uso de aparelhos energeticamente eficientes (LAMBERTS;

TRIANA, 2007).

O aproveitamento da luz natural aparece como uma ferramenta eficiente na

diminuição do consumo energético de uma edificação, porém esta economia só ocorre

se o uso da iluminação artificial for reduzido em decorrência do uso da luz natural. Por

meio da luz natural é possível reduzir o dimensionamento e sobrecarga do sistema de

iluminação artificial, durante o dia e diminuir o dimensionamento do sistema de

refrigeração nos meses quentes, pois um sistema de iluminação adequado terá a luz

artificial desligada ou diminuída, considerando a quantidade de luz natural presente

no momento de execução da tarefa (TOLEDO, 2008).

A estratégia de uso da iluminação natural visando à eficiência energética ocorre

apenas quando há a integração da luz natural com a artificial, que pode ser feita de

forma manual ou automatizada. Para tal é necessário a instalação de um sistema com

circuitos independentes e reatores dimerizáveis que respondam às variações de

iluminação natural do ambiente devido ao uso de sensores fotossensíveis. Esta

estratégia de dimerização tem algumas vantagens importantes: a melhoria na

distribuição de luz pelo local, o menor consumo possível de energia de todo o sistema

e um incremento da vida útil das lâmpadas acarretando ganhos econômicos em

função da diminuição da necessidade de reposição das mesmas (TOLEDO, 2008).

Os sistemas de iluminação artificial têm um grande peso no consumo

energético total das edificações, principalmente nos edifícios não residenciais. Os

sistemas de iluminação artificial são responsáveis pelo consumo de grandes

quantidades de energia no setor comercial e a maioria destes edifícios ainda está

equipada com sistemas de iluminação energeticamente ineficientes (GHISI; TINKER,

2004).

50

A demanda por energia no Brasil vem crescendo a cada ano e para suprir esta

demanda é necessário substituir os produtos ineficientes por aqueles com melhor

desempenho.

2.4.1 Eficiência Energética por meio do Uso da Luz Natural Controlada

Num país com enorme disponibilidade de luz natural como o Brasil, nota-se que

este recurso é muitas vezes subutilizado, ou utilizado de maneira equivocada, gerando

problemas para os edifícios. Pode-se obter maior eficiência através do uso da luz

natural controlada, basicamente em dois modos:

• Economia Direta: por meio do uso otimizado da luz natural, há uma redução

do uso da luz artificial. É necessário que haja um sistema de controle da luz artificial

incorporado, de forma que quando há suficiente luz natural, a luz artificial seja

desligada ou diminuída. Desta forma, é importante que o projeto de luz artificial seja

integrado desde o início com o estudo do comportamento da luz natural.

• Economia Indireta: através da redução da carga do ar condicionado. Quando

se tem um bom projeto de luz natural, proporcionando a entrada de luz natural difusa

controlada, há menores ganhos de calor solar e reduzem-se os ganhos de calor

gerados pela iluminação artificial. Isto diminui a carga de refrigeração do ar

condicionado.

51

CAPÍTULO 3

3. Projeto luminotécnico integrado: iluminação natural e artificial

A questão da eficiência energética em edificações de ensino, está diretamente

relacionada à sustentabilidade, entre outros aspectos. O projeto de iluminação tem

ação direta sobre o impacto do uso da energia elétrica nas edificações em diversos

pontos: uso consciente da luz natural visando à redução da necessidade da

iluminação artificial; a especificação do sistema de iluminação natural; a especificação

de um sistema de iluminação artificial que garanta máxima eficiência energética dentro

dos objetivos da proposta projetual; e a especificação de sistemas de controle e

automação da iluminação artificial que façam a conexão da operação desse sistema

com a luz natural disponível. Outro aspecto importante relativo à eficiência energética

que também precisa ser considerado em projetos luminotécnicos diz respeito ao

aumento da carga térmica no interior de um ambiente causado pelas fontes luminosas,

sejam elas a luz natural ou luminárias do sistema de iluminação artificial. Um estudo

do LANL - Los Alamos National Laboratoty (2002) revelou que o ganho de calor gerado

por um sistema de iluminação artificial considerado eficiente corresponde a quase o

dobro do calor provocado por um bom sistema de iluminação natural (TOLEDO, 2008).

O sistema de iluminação artificial integrado à automação deverá suplementar

as oscilações no nível de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo

constante o nível de iluminância prescrito para cada ambiente, utilizando tecnologias

de iluminação artificial mais eficientes e as estratégias de controle disponíveis (LANL,

2002; TOLEDO, 2008).

“A definição do sistema de iluminação artificial quando elaborado na fase do

estudo preliminar ou anteprojeto realimenta o processo de projeto nas decisões

do arquiteto. Pode criar uma rotina de verificação da proposta de iluminação

natural, integrando os dois sistemas na concepção espacial. Durante o período

diurno, a iluminação artificial suplementar torna-se parâmetro importante de

projeto. A integração dos dois sistemas, através de um desenho integrado, de

contribui para uma racionalização no consumo de energia elétrica. A concepção

52

dada à iluminação em qualquer projeto tem de ser ÚNICA, ou seja, a iluminação

natural DEVE ser pensada JUNTAMENTE com a artificial para que possamos

propor uma solução INTEGRADA” (HOPKINSON, 2011).

Para que ocorra esta integração é necessário que o sistema da luz artificial,

dimerize e controle a luz artificial de forma que ela seja ajustada para suplementar os

níveis disponíveis pela luz natural, alcançando a iluminância desejada no ambiente,

resultando na redução do consumo de energia e a eficiência energética do edifício

(IESNA, 2013; PEREIRA, 2017).

Alguns edifícios, não os sistemas de controle da luz artificial e sim utilizam a luz

natural, porém a iluminação artificial continua acionado durante todo o período em uso

contínuo, mesmo que os níveis de iluminação natural possam suprir parcialmente ou

totalmente a quantidade necessária para a realização das tarefas. Para que ocorra

economia de energia, a iluminação artificial deve ser desligada ou dimerizada, de

acordo com a luz natural disponível. A conservação de energia está intimamente

relacionada com a disponibilidade de luz natural, as características do edifício, a

tipologia da abertura e do entorno. Além destes aspectos deve-se considerar um

sistema de iluminação artificial projetado para complementar a luz natural, com

circuitos independentes e sistemas de controle por meio a automação (PEREIRA,

2017).

O sistema de comando da iluminação artificial, corresponde às formas de

acionamento ou dimerização das lâmpadas existentes no projeto, por meio de

equipamentos que ligam e desligam, chamados de sistemas de controle elétrico. Os

comandos da iluminação artificial, também conhecidos como sistemas de controle

elétrico ou automação, podem ter duas formas de acionamento: manual e

automático. O acionamento manual é realizado pelo usuário, que tem a

responsabilidade de ligar ou desligar o sistema. O acionamento automático é acionado

por meio de uma programação do sistema de controle, podendo ser ligado ou

desligado de acordo com o nível de iluminação proveniente da luz natural e/ou devido

a presença ou ausência de usuários no ambiente (PEREIRA, 2017).

53

Os interruptores convencionais não devem ser usados para fazer a integração

com a luz natural, para isso é necessário o uso de pulsadores, ele tem a função de

interruptor inteligente, permitindo a integração. Porém para que isto ocorra de forma

adequada é necessário que os circuitos sejam independentes e as luminárias estejam

dispostas no sentido paralelo às aberturas, de modo que os circuitos possam ser

ligados ou desligados de acordo com uma maior ou menor proximidade da abertura

que propiciará níveis diferentes de iluminação (PEREIRA, 2017).

O controle automático por meio de acionamento corresponde à sensores que

detectam ou identificam a incidência de lua natural em determinados pontos do

ambiente e ajustam o fluxo luminoso das lâmpadas ou o seu desligamento para atingir

um nível pré-determinado nível de iluminância no ambiente. Para que isto ocorra de

forma satisfatória é necessário que os reatores e lâmpadas sejam dimerizáveis

(imagem 09). (PINTO, 2008; PEREIRA, 2017).

imagem 09 - Imagem da integração da luz natural e artificial.

fonte: GHOSHAL, 2013

Existem vários tipos de sensores, os mais utilizados são os sensores de

presença que usam, usam detectores de movimento com ondas ultrassônicas ou

radiação infravermelha para identificar a presença ou ausência de pessoas no

ambiente, evitando que os ambientes vazios permanecem com a iluminação ligada.

Os temporizadores e minuterias desligam o sistema de iluminação após um

tempo preestabelecido, podendo ser acionados pelos usuários através de

54

interruptores ou controle automático ou por sistema remoto via 4G ou 5G

(LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014).

imagem 10 - Zonas de iluminação com características semelhantes.

fonte: Pereira e Mueller, 2007

Para estabelecer uma estratégia de controle da luz artificial mais eficiente, é

necessário dividir o ambiente em zonas de iluminação, cada zona deve ter um

circuito independente para que o mesmo seja controlado pelo sistema de automação,

que pode ser feita de acordo com as características semelhantes de distribuição da

luz ou outro critério, como por exemplo setorização funcional, layout dos ambientes e

disposição do mobiliário. Após fazer esta divisão do ambiente deve-se distribuir as

luminárias, separando-as por circuitos independentes dependendo da zona de

iluminação na qual estas se encontram (MUELLER, 2007; PEREIRA, 2017).

Segundo Souza (2003) é possível estimar o potencial de economia de energia

com a integração da iluminação natural e artificial por meio de uma metodologia

específica. Ele utiliza o PALN (percentual de aproveitamento da luz natural) para

estimar a quantidade de energia economizada com o aproveitamento da luz natural,

que pode ser por substituição ou complementação da iluminação elétrica. Para

ambientes com janelas únicas o maior potencial de aproveitamento da luz natural

(PALN) obtido nos modelos avaliados foi de 68%, para a iluminância do ambiente de

55

300lux. Ambientes com janelas opostas atingiram um potencial de aproveitamento da

luz natural (PALN) máximo de 87%.

Didoné (2009) em sua dissertação de mestrado analisou a

eficiência energética de edificações não residenciais por meio de softwares de

simulação computacional. Nos modelos avaliados, chegou-se a conclusão que é

possível chegar numa redução do consumo de energia de 20% a 62% no consumo

de energia com a iluminação artificial por meio do devido aproveitamento da luz

natural.

Rocha (2012) verificou por meio da aplicação do conceito de zoneamento da

iluminação natural, foi possível uma redução de até 55% do consumo de

energia com com sistema de controle que dimeriza automaticamente a iluminação

artificial, suplementando sempre quando necessário a luz natural. Portanto é possível

afirmar que o uso da luz natural pode proporcionar economia de energia significativa

nas edificações, especialmente quando consideramos uma integração efetiva entre

luz natural e a artificial (PEREIRA, 2017).

3.1 Sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural

A economia de energia elétrica em projetos luminotécnicos está diretamente

associada ao aproveitamento da luz natural, da escolha do sistema de luz artificial e

do sistema de controle que vai automatizar essa integração. A interação do usuário,

uso do local e horários de funcionamento também devem ser avaliados para a escolha

do melhor sistema de controle da iluminação artificial para determinado ambiente

(TOLEDO, 2008).

Sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural são

sistemas inteligentes, que permitem uma ação automática que controlam ou

dimerizam o sistema de iluminação artificial em função da luz natural disponível no

ambiente. Tal sistema de controle deve manter a iluminância de projeto em qualquer

circunstância. todo o tempo. em toda a área de trabalho sem causar qualquer

56

transtorno ao usuário, sendo preferencialmente imperceptível a ele (IEA,

2001; TOLEDO, 2008).

Existem dois tipos de controle de iluminação que operam a integração da luz

natural e artificial: manual, operado pelo usuário; e o automático, ideal onde a luz

natural é a principal fonte, (LANL, 2002). Moore (1993) recomenda sistemas de

controle automático da iluminação artificial quando se deseja atingir uma economia de

energia significativa em edifícios não residenciais. Souza (2003) reitera o uso do

controle automático "com base em vários critérios de necessidade de iluminação, tais

como a iluminância média do ambiente ou ocupação da sala."

Segundo Souza (2003) Os controles podem ser: liga/desliga, acionamento de

degraus, ou dimerizáveis. O sistema de passos é usado em luminárias com mais de

uma lâmpada, e funciona ligando ou desligando parte das lâmpadas. Como exemplo,

imaginemos um ambiente onde luminárias com duas lâmpadas podem estar (1)

apagadas quando a luz natural for suficiente para atingir a iluminância de projeto, (2)

com apenas uma lâmpada acesa, ou (3) com ambas as lâmpadas acesas conforme

necessidade de suplementar a iluminação natural. Cada um desses estágios é

conhecido com um degrau (TOLEDO, 2008).

Um sistema de automação, utiliza um dispositivo chamado dimmer, ele permite

o controle da corrente elétrica e por fim controla o fluxo luminoso ou intensidade da

lâmpada. O uso de dimerizadores deve observar a compatibilidade com o tipo de

lâmpada a ser especificada. Lâmpadas de descarga dependem de equipamentos

complementares, tais como reatores dimerizáveis, para que essa função seja

realizada (TOLEDO, 2008).

Alguns dispositivos são necessários para o funcionamento do sistema de

automação ou controle da iluminação artificial: interruptores manuais, pulsadores,

processadores centrais, fotossensores, sensores de presença, sensores de

movimento, e temporizadores (IESNA, 2000). Pulsadores manuais podem ser do tipo

liga/desliga ou dimerizáveis. Para maior eficácia na redução do consumo energético

a iluminação ambiente deve ser controlada automaticamente, enquanto pulsadores

57

manuais podem ser utilizados "em pequenas áreas, dando ao usuário a sensação de

posse da luminária que está acima do seu posto de trabalho, encorajando-o a ligá-la

ou desligá-la conforme a sua necessidade." (SOUZA, 2003).

Central de processadores são responsáveis por controlar várias zonas de

iluminação no ambiente, o dispositivo recebe um sinal vindo de um sensor (tal como

um fotossensor ou temporizador), a informação é analisada de acordo com uma

programação pré-estabelecida e uma mudança no sistema é iniciada (IESNA, 2000;

TOLEDO, 2008).

Sensores de movimento ou presença têm em sua composição componentes

eletrônicos que por meio da corrente elétrica acionará a luz, através de processadores

centrais. Um sistema de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural

pressupõe o uso de fotossensores. Sensores de presença/ movimento acionam o

sistema de iluminação artificial quando detectam o calor emitido por pessoas

(sensores com tecnologia de infravermelho) ou no caso de sensores ultrassônicos,

que emite ondas ultrassônicas, quando percebem a frequência de ondas refletidas,

acusando movimento de um corpo no recinto (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).

O posicionamento dos sensores e sua calibração influenciam ao tipo de

estratégia estabelecida para o sistema de automação ou controle: laço fechado

(individual ou para um número limitado de luminárias que podem ser de passo ou

dimerizável), ou laço aberto (para sistemas centrais). Cada um dos sistemas expressa

uma relação diferente entre o sinal do sensor fotoelétrico e a saída da luz artificial

(IEA, 2000; TOLEDO, 2008).

Os temporizadores ou timers são dispositivos que controlam os circuitos de

forma individual ou em grupo, permite que desligam automaticamente o sistema de

iluminação artificial após um período programado de funcionamento. As estratégias

de controle da iluminação artificial serão formadas pelo uso conjunto de dois ou mais

desses equipamentos, em função dos objetivos e condicionantes de projeto para

garantir a integração entre os sistemas de iluminação natural e artificial (TOLEDO,

2008).

58

Sistemas de controle, podem variar em capacidade, funções e

complexidade. Sistemas mais complexos podem controlar não somente a iluminação

como o ar condicionado e protetores solares, oferecendo a possibilidade do uso de

controles remotos, cenários pré-estabelecidos, dentre outras facilidades (IEA, 2005).

Tipos de iluminação para diferentes usos

Segundo Toledo (2008), depois de estabelecidos os níveis de iluminância

necessários para cada ambiente a ser tratado de forma individual, será o momento de

identificar a tipologia de iluminação adequada ao uso do espaço. De acordo com o

Guia de Desenho Sustentável desenvolvido pelo LANL (2002), os tipos de iluminação

podem ser divididos em quatro categorias:

• Iluminação ambiente - tipicamente usada para circulação e iluminação geral,

promove a percepção espacial do ambiente e deve ser planejada antes dos

demais tipos de iluminação que deverão complementá-la;

• Iluminação de tarefa - complementa a iluminação geral para conferir os níveis

adequados de iluminância para o desenvolvimento de determinadas tarefas

especificamente nas áreas de trabalho;

• Iluminação de destaque - utilizada com o propósito de dar ênfase ao espaço

e realçar detalhes da arquitetura;

• Iluminação de emergência - usada para criar uma rota de escape nos edifícios

para situações de emergência.

A divisão do sistema de iluminação em tipologias e circuitos, assim como a

compartimentação do ambiente em zonas luminosas, são estratégias que viabilizam

a integração dos sistemas de iluminação natural e artificial desde que devidamente

associadas a um sistema automático de controle da iluminação artificial. Como

exemplo, a iluminação natural pode suprir a maior parte ou toda a carga da iluminação

ambiente nas horas em que há disponibilidade de luz natural (LANL, 2002),

59

dispensando a necessidade de acionamento da luz artificial naquela situação. Mas a

redução do consumo de energia só acontecerá se o sistema de iluminação artificial

previr que a iluminação de tarefa e demais tipologias possam ser acionadas e

controladas separadamente (TOLEDO, 2008).

3.1.1 Métodos para integração da luz natural e artificial

Diversos métodos já foram propostos para resolver a questão da integração

dos sistemas de iluminação natural e artificial, visando à economia de energia,

abordando a necessidade do uso da iluminação artificial suplementar à natural; a

maioria das propostas baseia-se na definição de zonas luminosas, áreas que

apresentam uma distribuição semelhante de iluminação natural (ROBBINS, 1986).

A escolha do sistema de integração e a compreensão de um método de

integração da iluminação natural e artificial como uma das questões fundamentais

para que a luz natural seja utilizada plenamente em edificações. Para ele a interface,

ou melhor, a estratégia de controle que integra os sistemas de iluminação natural e

artificial é a responsável por viabilizar o sistema de iluminação natural como um

sistema de iluminação do edifício (TOLEDO, 2008).

Segundo Toledo, 2008 os métodos mais utilizados e conhecidos que abordam

a questão da integração da iluminação natural e artificial são os métodos IASPI -

Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores, e PALN - Percentual de

Aproveitamento da Luz Natural. O método IASPI, originalmente conhecido por PSALI

- Permanent Supplementary Artificial Lighting in Interiors, propõe a divisão do

ambiente em zonas de diferentes níveis de iluminância (iluminação natural) mostrando

onde há necessidade do uso da iluminação artificial suplementar para a execução de

determinada tarefa. Apesar de superficial, o método tem como vantagens a rápida

aplicação e o fácil entendimento. O método PALN atua de forma diversa, avaliando o

consumo energético inerente ao tipo de controle utilizado para um sistema de

iluminação artificial. Permite avaliar em profundidade os tipos de controle para a

iluminação artificial aplicados ao ambiente em questão, auxiliando na escolha da

alternativa que proporciona maior economia de energia.

60

3.1.2 IASPI - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores

Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores - IASPI é a tradução

conhecida para o método PSALI - Permanent Supplementary Artificial Lighting in

Interiors (MOORE, 1993). IASPI, faz parte de um sistema que integra a iluminação

artificial à natural, de modo complementar, durante o dia, nas áreas das tarefas

visuais. Procura eliminar áreas sombreadas indesejáveis e adequar as luminâncias

internas para minimizar os ofuscamentos decorrentes da visão do céu através de

janelas. O método IASPI parte do princípio fundamental de que a luz artificial deve ser

considerada suplementar à luz natural e nunca o contrário. É guiado pelas seguintes

hipóteses básicas:

• Em relação à luz natural, a grande variação da iluminância que ocorre ao longo

de um dia típico não afeta o desempenho visual mesmo quando esta se

encontra abaixo da aceitação recomendada, em função da habilidade de

adaptação da visão humana;

• As iluminâncias de tarefa são aquelas recomendadas pela IESNA, e as

iluminâncias gerais são 1/3 da iluminância recomendada para a tarefa visual;

• A luz elétrica pode ser usada para suplementar a luz natural com sucesso

quando esta for insuficiente.

Na imagem a seguir resume o princípio de funcionamento do método,

representando em gráfico a queda da iluminância média a partir da luz natural,

evidenciando a necessidade de iluminação suplementar artificial na porção mais

afastada das janelas no ambiente em questão (imagem 11). Mesmo em mínimas

condições de iluminação natural haverá luz suficiente para atender à iluminância

recomendada a uma distância igual à altura da janela acima do plano de trabalho, e

neste caso, a primeira fileira de luminárias será usada somente no período noturno. A

segunda e terceira luminárias podem ser acionadas por controle automático e

sensores, enquanto a última poderá permanecer ligada ao longo das horas de uso do

ambiente (MOORE, 1993; TOLEDO, 2008).

61

imagem 11 - Iluminação Artificial Suplementar Permanente em Interiores – IASPI.

(fonte: TOLEDO, 2008).

O Método IASPI delineia a concepção do zoneamento do ambiente para que

sejam implantadas as estratégias de controle da iluminação artificial. O conceito de

zonas luminosas, sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz

natural e outras questões fundamentais para a integração dos sistemas de iluminação

(TOLEDO, 2008).

3.1.3 PALN - Percentual de Aproveitamento da Luz Natural

O método PALN foi desenvolvido tendo como referência o método DUF -

Daylight Utilization Fraction proposto por Robbins (1986). O Percentual de

Aproveitamento da Luz Natural (PALN) indica a quantidade de energia que pode ser

economizada mediante o aproveitamento da luz natural e permite a comparação entre

diversas estratégias de controle da iluminação artificial. O método é usado para

analisar o desempenho da iluminação a partir do uso dos sistemas de controle para a

iluminação artificial e o potencial de conservação de energia para cada opção

(TOLEDO, 2008).

Segundo Robbins, recomenda-se que a simulação do comportamento da luz

natural no ambiente ao longo do ano em datas representativas das estações

climáticas, em pelo menos dois horários. Dessa forma a análise poderá ser

demarcadas as zonas luminosas caracterizadas por áreas de mesmo padrão de

62

desempenho da luz natural. O número de zonas luminosas de um ambiente é

proporcional à possibilidade de economia de energia com o sistema de controle da

iluminação artificial. Portanto, quanto maior o número de zonas, maior a eficiência do

sistema de iluminação (TOLEDO, 2008).

Para o cálculo do PALN, e consequentemente do potencial de conservação de

energia de um sistema de iluminação integrado, determina-se dentro do horário de

utilização do ambiente, o período no qual a luz natural poderá substituir ou

suplementar a luz artificial (AMORIM, 2000).

Para a medida da iluminância proporcionada pela luz natural (através de

simulação) deve-se escolher um ponto de referência em cada zona luminosa. "A

iluminância mínima fornecida pelo sistema artificial dependerá da estratégia de

controle adotada para cada zona..." (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).

O PALN deve ser calculado para cada zona e para três condições de céu: céu

claro, parcialmente encoberto e encoberto (que correspondem ainda às quatro datas

representativas das estações climáticas). Para que a comparação entre as várias

estratégias de controle (liga/ desliga; passos; ou dimerização) possa ser feita, são

atribuídos pesos aos PALNs correspondentes à probabilidade de ocorrência de cada

tipo de céu (SOUZA, 2003; TOLEDO, 2008).

3.2 Desempenho da luz natural em ambientes internos e o conceito de zonas

luminosas

Para Robbins (1986) Os métodos de integração da iluminação natural e

artificial, e a escolha das características de desempenho do sistema integrado de

iluminação, como elementos cruciais ao projeto luminotécnico, a partir dos quais

poderá ser definida a melhor estratégia de controle da iluminação artificial e estimado

o uso resultante de energia elétrica (TOLEDO, 2008).

Segundo o mesmo autor, o sistema de controle voltado para a iluminação

artificial integrados pela luz natural é formado por dois componentes: zonas de

63

controle integradas e estratégias de controle automático para cada zona. As zonas de

controle integradas ou zonas luminosas (lighling zones) são áreas do edifício que

usam a luz natural e artificial em conjunto para prover níveis de iluminância adequados

para iluminação geral, de fundo ou de tarefa (TOLEDO, 2008).

O primeiro passo para um projeto integrado é os conhecimentos do

desempenho e a potencialidade da luz natural nos ambientes internos. As áreas onde

está integração ocorre devem ser divididas em zonas luminosas. Para a determinação

do zoneamento deve-se buscar por padrões de desempenho da luz natural

agrupando-se as áreas de igual desempenho. O conceito de zonas luminosas é

utilizado por alguns métodos de integração da iluminação natural e artificial (TOLEDO,

2008).

Cada zona deverá ter um tratamento único e individualizado, considerando

todas as características individuais por zona e o sistema de controle utilizado. Assim,

os conjuntos de luminárias de diferentes zonas luminosas deverão ser distribuídos de

tal forma que possam ser acionados de forma individual. Num ambiente ortogonal com

aberturas unilaterais, a distribuição das luminárias em zonas de maior e menor

luminosidade natural deverá possibilitar o acionamento das luminárias de cada zona

separadamente. A região mais afastada das janelas estará mais escura que a porção

mais próxima das aberturas na maior parte do dia, a redução do consumo de energia

se dará com o acionamento gradual das luminárias à medida que for necessária a

complementação ou substituição pela iluminação artificial (TOLEDO, 2008).

Robbins (1986) recomenda, para garantir um contraste razoável dentro de uma

zona luminosa, a relação entre os pontos de maior e menor iluminâncias seja de 3:1,

mas esta regra poderá mudar dependendo do tipo de tarefa visual. Quando essa razão

for maior que 9:1, o autor recomenda que a área seja novamente dividida em mais

zonas (TOLEDO, 2008).

Toledo (2008) explica em seu trabalho de mestrado, como determinar as zonas

luminosas de um ambiente a ser analisado:

64

1.Dividir o ambiente de trabalho (normalmente a 75 cm do piso) do ambiente a ser

analisado em parcelas de 33 x 33 cm (para ambientes com profundidade entre 4 e 7

metros) ou 50 x 50 cm (para ambientes com profundidade de 8 a 10 metros);

2.Calcular e simular a luz por meio de programas computacionais a iluminância nos

pontos centrais de cada parcela do ambiente, a cada hora, nas datas escolhidas como

representativas do ano.

3.Identificar no projeto a iluminância mínima Emin, calculada. Estabelecer um valor

mínimo de 50 lux caso a mínima detectada seja inferior a esse número;

3.Determinar as divisões e limites das zonas luminosas de cada hora simulada. Os

limites de cada zona serão calculados a partir da iluminância mínima, multiplicando-

se seu valor por múltiplos de 3: (Emin); (3 x Emin); (9 x Emin); (27 x Emin); (81 x Emin)

e assim sucessivamente até que se atinja a iluminância máxima encontrada no

ambiente (imagem 12);

imagem 12 - Liminites das zonas luminosas. (fonte: TOLEDO, 2008).

5. Delimitar as zonas no plano de trabalho para cada hora simulada. A identificação

das zonas luminosas poderá ser feita atribuindo-se cores às parcelas pertencentes a

cada zona (imagem 13). As parcelas com iluminâncias inferiores a 50 lux serão

endereçadas a uma nova zona luminosa, identificada na imagem a seguir como zona

0;

65

imagem 13 - Delimitação das zonas luminosas no plano de trabalho.


6.Gerar gráficos de distribuição de zonas luminosas para cada tipo de céu. Após a

identificação das zonas em cada hora simulada, deve-se vincular cada parcela do

plano de trabalho, a zona que nela incidiu com maior intensidade. Deverão ser

gerados gráficos de distribuição das zonas luminosas, sendo um para cada tipo de

céu (claro, parcialmente encoberto e encoberto);

7.Finalmente, depois de consideradas a distribuição de iluminâncias para cada hora

dos dias representativos do ano, e para as condições de céu, será gerado um gráfico

de distribuição de zonas do ambiente analisado. Diante dos gráficos é necessário,

considerar visualmente a distribuição definitiva das zonas luminosas no plano de

trabalho (imagem 14). Para isso deve-se considerar os tipos de céu para a localidade

em questão (consultar normais climatológicas);

imagem 14 - Mapas das zonas luminosas para três tipos de céu.


66

8.Deve-se buscar que neste gráfico de distribuição de zonas luminosas, a diferença

das iluminâncias máxima e mínima dentro de uma mesma zona seja de 3:1 conforme

recomendação de Robbins (1986).

3.2.1 Método do Fator de luz Natural (Daylight Factor) e a Contribuição de

Iluminação Natural - CIN

O Método do Fator de Luz Natural - FLN é o mais utilizado para a estimativa de

iluminâncias internas a partir da luz natural. Recomendado pela CIE, o FLN expressa

a razão entre a iluminância horizontal interna em um ponto e a iluminância horizontal

externa, medidas simultaneamente sob condição de céu encoberto e desobstruído,

que permanece constante independente de mudanças da luminância do céu

(ROBBINS, 1986; MOORE, 1993; TOLEDO, 2008).

Segundo Moore (1993), o Fator de Luz Natural foi considerado, como uma

medida mais realista da iluminância percebida uma vez que o olho humano possui a

habilidade de adaptação que torna mudanças relativas mais significativas

percentualmente que em valores absolutos (TOLEDO, 2008).

A ABNT (2005 b) sugere o uso do Daylight Factor, como é conhecido

originalmente, como critério de comparação de desempenho entre diferentes sistemas

de iluminação natural, podendo ser convertido em iluminâncias internas quando

multiplicado pela iluminância externa adequada.

Considerando apenas as condições de céu uniforme e encoberto, o Daylight

Factor torna-se um parâmetro inválido para medidas de iluminação natural em

condições de céu claro. Por esse motivo, a ABNT (2005 b, p. 2) estendeu "...o conceito

da medida proporcional da iluminação natural, possibilitando a sua predição para

qualquer condição de céu não uniforme conhecida..." e o nomeou Contribuição de

Iluminação Natural, CIN. Desta forma, recomenda-se o uso do método da CIN ao invés

do FLN para projetos luminotécnicos em qualquer região brasileira (TOLEDO, 2008).

67

Segundo Toledo (2008) O método da CIN conjuga diagramas e fórmulas

matemáticas para a obtenção de resultados. O método do fluxo dividido adotado na

norma para cálculo da iluminação natural em ambientes internos (ABNT, 2005 b)

corresponde a CIN em Componente do Céu (CC), Componente Refletida Externa

(CRE) e Componente Refletida Interna (CRI) (imagem 15).

imagem 15 - Fontes de luz natural que alcançam o edifício.

(fonte: TOLEDO, 2008)

Para condições de céu encoberto a CIN comporta-se como FLN,

permanecendo em qualquer ponto do ambiente. Para condições de céu encoberto e

desobstruído a CIN comporta-se como o FLN, permanecendo constante em qualquer

ponto interno ao ambiente, independente de mudanças da luminância do céu. Para o

cálculo da iluminância horizontal interna em condições de céu encoberto e de céu

claro, a norma da ABNT (2005 b) apresenta um método que utiliza cartas de trajetórias

solares aparentes (cartas solares), diagramas de obstrução (máscaras de sombra) e

tabelas de distribuição de luminâncias (diagramas de contribuição relativa de luz -

DCRL), todas em mesma escala e mesmo sistema de projeção. A norma utiliza a

projeção estereográfica (TOLEDO, 2008).

3.2.2 Métricas e métodos para a avaliação da iluminação natural

Nos últimos anos, ocorreram diversos avanços em relação à pesquisas da

iluminação natural, que resultou no desenvolvimento de uma unidade de medida, uma

métrica para analisar o desempenho do ambiente arquitetônico relacionado neste

quesito.

Segundo Reinhart (2014, p. 29) Métrica é um "Sistema de medidas que facilita

a quantificação de alguma característica particular". Mardaljevic, Heschong e Lee

(2009, p.262) definem métrica como’’ uma combinação matemática de medidas e/ ou

68

dimensões e/ ou condições (potencialmente díspares) representadas numa escala

contínua. Métricas da iluminação natural tem como objetivo avaliar o desempenho das

edificações por meio de medidas relacionadas, com o objetivo de informar aspectos

quantitativos, qualitativos da iluminação e eficiência energética das

edificações (PEREIRA, 2017).

A iluminação natural tem um comportamento dinâmico, que ao longo das horas

do dia e épocas do ano, muda constantemente a intensidade e padrão de distribuição

da luz. As dinâmicas das métricas proporciona uma análise mais completa do

desempenho da iluminação natural ao longo do ano, pois leva em consideração as

variações diárias e sazonais da luz natural que ocorrem em uma determinada

localidade, considerando os eventos meteorológicos irregulares. Para simular as

métricas dinâmicas é necessário utilizar dados climáticos do local, que possui séries

temporais de luminâncias e iluminâncias ao longo de todo o ano (PEREIRA, 2017).

Avaliações de desempenho da iluminação utilizam métodos muito

simplificados, que predizem as condições para um determinado momento (método

singlepoint-in-time), não levando em consideração as mudanças ao longo do tempo

dos níveis de iluminação natural (MARDALJEVIC; PEREIRA, 2017).

Os métodos single-point-in-time são baseados em valores de iluminância e

apresentados como valores calculados em uma grade no plano de trabalho. Aqueles

baseados em luminância apresentam resultados como renderizações e imagens com

cores falsas (imagem 16), que junto ao aspecto visual disponibilizam também

resultados numéricos (PEREIRA, 2017).

imagem 16 - Renderização de um espaço de trabalho e a representação

desta vista em cores falsas - (fonte: PEREIRA, 2017)

69

Entre os vários exemplos de métricas estáticas podemos citar o Daylight Factor

(DF) ou Fator de luz do dia (FLD), que é uma das formas de avaliação mais antigas

da iluminação natural. A métrica Daylight Factor (DF) é definida como a razão da

iluminância em um ponto interno no edifício e a iluminância em um ponto externo

desobstruído, sob a condição de céu encoberto, esta métrica pode ter os seus valores

expressos em porcentagem, demonstrando a quantidade de luz interna disponível no

ambiente em comparação à luz disponível no exterior. (PEREIRA, 2017).

O conceito principal a ser expresso por meio da razão da iluminância interna e

externa, em vez de um valor absoluto é para evitar a dificuldade de lidar com as

frequentes variações de intensidade da luz natural (WALDRAM, 1950; PEREIRA,

2017).

Podemos citar que algumas métricas são baseadas em valores de iluminância:

Daylight Autonomy (DA), Useful Daylight Illuminance (UDI), Continuous Daylight

Autonomy (cDA), Maximum Daylight Autonomy (mDA), Daylight Availability, Temporal

Map, Spatial Daylight Autonomy (sDA), Annual Sunlight Exposure (ASE), Annual Light

Exposure (ALE) (PEREIRA, 2017).

O que define o sucesso de um projeto em termos de iluminação natural é a

definição dos objetivos a serem alcançados claramente definidos. Estes objetivos

devem considerar questões quantitativas, que consideram níveis de iluminância a

serem atingidos, relacionados aos aspectos energéticos da edificação. As questões

qualitativas, também de igual importância, complementam as informações

quantitativas, abordando questões como controle da radiação solar direta e

distribuição da luz no espaço, que devem ser consideradas no quesito conforto visual

(PEREIRA, 2017).

3.3 Métodos de avaliação da iluminação natural

É importante estudar a iluminação natural na fase preliminar do projeto, pois as

decisões tomadas nesta fase têm impacto decisivo no desempenho luminoso da

edificação. Nessa fase é discutido a concepção do projeto, definindo as estratégias

70

que serão adotadas em relação ao edifício, definições das aberturas (orientação,

localização, dimensionamento), volumetria da edificação que impactam no resultado

final da luz natural no interior dos ambientes, assim ferramentas de projeto podem ser

utilizadas com o intuito de obter um projeto mais qualificado do ponto de vista da

iluminação natural. As ferramentas utilizadas nas etapas de cálculo e avaliação da

iluminação natural podem ser divididas em nas seguintes categorias: ferramentas

manuais, modelos físicos em escala reduzida, ferramentas digitais e ferramentas

computacionais (PEREIRA, 2017).

Os programas para simulação da luz natural e artificial consideram o

comportamento físico da luz e o comportamento dinâmico da luz, ou seja, como a luz

se comporta no decorrer do ano de acordo com o horário, localidade, tipo de céu,

mês do ano, por meio de algoritmos implementados nestes programas. Há uma

diferenciação entre os softwares de rendering que disponibilizam imagens realísticas

do objeto simulado, mas sem precisão numérica dos resultados e os programas

específicos para o cálculo da iluminação, que através dos seus algoritmos

representam os fenômenos físicos da luz, sendo assim, existe uma relação entre os

algoritmos que são fisicamente fundamentados: o método da radiosidade e o método

da perseguição do raio conhecido por ray tracing. O método da radiosidade considera

todas as superfícies difusoras e o ray tracing permite o cálculo de superfícies com a

transmissão e reflexão especular (PEREIRA, 2017).

A seguir se faz necessário definir qual o programa será utilizado para fazer a

modelagem do objeto em questão, cada programa tem suas características, recursos

e ferramentas variadas que podem facilitar a construção do modelo ou permitir a

importação do modelo já pronto.

Após a elaboração do modelo, com todas as informações necessárias,

dimensões, acabamentos, texturas é necessário definir alguns parâmetros para

realização da simulação dinâmica, como: localidade, dados sobre a longitude e

latitude da região e principalmente a posição do norte.

71

Na tabela 02, são apresentados os principais dados, que devem ser considerados

para simulações da iluminação natural.

DADOS DA EDIFICAÇÃO CONDIÇÃO DO CÉU

• Características geométricas da edificação • Data, hora

• Características ópticas das superfícies dos

materiais • Localização geográfica

• Características do sistema de iluminação • Dados da radiação solar

• Características dos dispositivos de

sombreamento • Distribuição luminosa do céu

Tabela 02 - Principais dados de entrada para simulação da luz natural

(fonte: PEREIRA, 2017)

3.3.1 Programas computacionais

Uma das principais relevâncias dos programas de simulação computacional do

ambiente arquitetônico é sem dúvida a visualização antecipada dos efeitos, os

programas de simulação são grandes laboratório de efeitos onde o arquiteto pode

visualizar de fato o que vai acontecer no ambiente construído. Na geração de uma

imagem foto realística a iluminação pode assumir uma representação idealizada da

realidade, criada por aproximações empíricas, ou pode simular os fenômenos físicos

da luz na interação com o ambiente (TOLEDO, 2008).

Programas de simulação da iluminação precisam ser apropriados para o uso

em diversas atividades e aplicações, baseados em parâmetros fundamentados para

uma representação correta da quantidade e da distribuição da luz no espaço

construído. Tais ferramentas utilizam modelos de iluminação que descrevem o

comportamento da luz na superfície dos objetos, a intensidade da cor dos objetos, a

partir de informações sobre as propriedades óticas das superfícies, sobre a fonte

luminosa e a posição e orientação do observador da cena (LIMA, 2003; TOLEDO,

2008).

72

Os modelos criados nesses programas, utilizam algoritmos de programação

para o cálculo efetivo da iluminação, por meio de tramas de cálculos que consideram

todas as características do ambiente construído e a fonte a ser utilizada. Modelos de

iluminação global analisam toda a iluminação que chega a um dado ponto,

considerando não somente a luz proveniente diretamente da fonte luminosa, mas toda

a luz indireta derivada da inter-reflexão da luz entre as superfícies. (CHRISTAKOU,

2004; TOLEDO, 2008).

3.3.2 A escolha dos programas de simulação de iluminação

É necessário escolher um programa que seja validado como ferramenta de

simulação. A validação do programa computacional diz respeito à confiabilidade dos

resultados obtidos na simulação. Porém a exatidão da imagem final não depende

apenas da validade do método, mas é relativa à "qualidade dos dados de entrada e

dos métodos adotados para transformar os resultados do cálculo em pixels"

(CHRISTAKOU, 2004; TOLEDO, 2008).

As ferramentas de simulação servem tanto para testar e desenvolver projetos

arquitetônicos como acadêmicos. Através das simulações realizadas é possível

observar características de cada ferramenta e a finalidade a que se destinam, e por

meio dessas observações podem ser destacadas situações que melhor se adaptam a

uma ou outra. Vale destacar ainda que no ambiente científico, a investigação ocorre

em todos os níveis e as imagens geradas devem ter base de dados confiável para que

possam ser desenvolvidas ideias de trabalho a partir de tais dados (TAVARES, 2007)

Recentemente, a CIE publicou o relatório 171:2006 - Test Cases to Assess the

Accuracy of Lighting Computer Programs, que apresenta uma abordagem da

validação de programas computacionais de simulação da iluminação natural e

artificial, onde diversos aspectos da propagação da luz (iluminação artificial

direta, iluminação natural direta, reflexões e inter-reflexões difusas) são testados

separadamente. Esse conceito permite avaliar a aplicabilidade de um programa

computacional testado, ressaltando seus pontos fortes e fracos (IEA, 2005; TOLEDO,

2008).

73

Foram utilizados como referência dados baseados em cálculo analítico,

testados em cenários teóricos, e dados baseados em medições experimentais

realizadas em cenário real. Os cenários propostos são devidamente descritos quanto

à sua geometria, fonte luminosa, pontos de referência e os dados de referência

relacionados (IEA, 2005; TOLEDO, 2008).

Cabe destacar que as simulações de iluminação colaboram para a diminuição

do consumo de energia, pois esteticamente, demonstram que duas lâmpadas com o

mesmo efeito podem consumir energias diferentes, e permitem avaliar a eficiência,

quantidade de iluminância e distribuição da luz no ambiente construído, evitando que

existam excessos o que o sistema consuma energia desnecessária. Ao mesmo tempo

em que a simulação computacional colabora para a compreensão do problema de

iluminação, deve-se perceber as características específicas de cada

ferramenta (TAVARES, 2007)

74

CAPÍTULO 4

Os estudos de casos foram escolhidos, de acordo com os tipos de soluções

luminotécnicas, apresentada em cada sala de aula de projeto, em relação ao sistema

de iluminação natural e artificial empregados no ambiente arquitetônico e as

características individuais de cada edifício com o objetivo de apresentar uma análise

completa abrangendo vários aspectos da arquitetura e iluminação.

O método foi aplicado em análises realizadas em três estudos de caso

desenvolvidos nas salas de aula de projeto do curso de Arquitetura e Urbanismo das

seguintes universidades: Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP, Universidade

de São Paulo - USP e Universidade Presbiteriana Mackenzie. O modelo foi produzido

por meio do uso do software de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2, considerado

hoje, um dos melhores software de simulação de luz artificial e natural.

A simulação dinâmica realizada tem como referência a metodologia de

Simulação Dinâmica de Reinhart (Dynamic Daylight Performance Metrics for Sustaina-

ble Design, C.F. Reinhart), que se caracteriza pela utilização de arquivos climáticos

como base de dados. Foram consideradas as refletâncias, tendo como referência o

ambiente real por meio de fotos.

4.1 ESTUDO DE CASO - FAAP

Nesse sentido desenvolve-se o seguinte estudo de caso, este é um método

quantitativo de estudo de caso, que consiste, geralmente, em uma forma de

aprofundar o conhecimento de uma determinada unidade. Este estudo serve para

responder questionamentos ao pesquisador, buscando conhecer o possível controle

sobre o fenômeno.

Pode-se assim, contribuir para se compreender melhor os fenômenos

individuais, os processos organizacionais e políticos da sociedade. Como isto é uma

ferramenta utilizada para se entender a forma e os motivos que levaram a determinada

decisão de iluminação. Conforme Yin (2001) o estudo de caso é uma estratégia de

75

pesquisa que compreende um método que abrange tudo em abordagens especificas

de coletas e análise de dados. É um método útil quando o fenômeno a ser estudado

é amplo e complexo, devendo ser estudado no contexto em que ocorre, naturalmente.

Tratar-se de um estudo empírico que busca determinar ou testar uma teoria,

investigando um fenômeno contemporâneo a partir do seu contexto real, utilizando

múltiplas fontes de evidências.

No presente estudo de caso, propõe-se analisar o comportamento da luz

natural e sua potencialidade em umas das salas de projeto do curso de Arquitetura e

Urbanismo da Fundação Armando Alvares Penteado - FAAP. A sala escolhida foi a,

sala de projeto (sala 3207), localizada no 3° andar do prédio 3.

Observa-se a implantação do estudo de caso na imagem 17 abaixo, com o

posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação

diária.

imagem 17 - Implantação da edificação - FAAP

fonte: www.faap.com.br

http://www.faap.com.br/

76

4.1.1 Parâmetros de Simulação

Alinhamento do norte: 20°

Tipo do céu: Nublado

Longitude: -47.90

Latitude: -15.80

Comprimento: 13 metros

Largura: 11 metros

Pé direito: 2.90 metros

4.1.2 Levantamento Fotográfico

Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado,

para construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores,

acabamentos, texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma

simulação mais precisa, veja imagem 18 – abaixo.

imagem 18 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva

fonte: Acervo pessoal do autor, 2018

77

imagem 19 - Sala de aula de projeto - vista frontal


imagem 20 - Sala de aula de projeto - vista perspectiva


78

imagem 21 - Sala de aula de projeto - vista lateral e aberturas


imagem 22 - Sala de aula de projeto - detalhe das aberturas


79

4.1.3 Medições in loco

Além disso, é preciso conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no

local. Assim foram feitas medições in loco no dia 01 de abril de 2018 às 16h, para se

avaliar os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de

medição luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de

iluminâncias em cada ponto, no plano de trabalho.

Foram realizadas duas medições: a imagem 23, medindo os níveis de

iluminância, considerando apenas a iluminação natural e a imagem 24, medindo

somente a luz artificial do ambiente. Comparando-se essas medições com as

especificações normatizadas pela NBR15215-4 (2003), que determina calcular-se a

quantidade mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a dimensão

do ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa distribuição, pontual,

nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 18 pontos, a fim de obter

resultados suficientes de iluminância, como mostra a imagem 23 abaixo.

As medições foram realizadas na altura do plano de trabalho a 0,80 cm do chão,

foram considerados 18 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T8 de 32W. As

medições se fazem importante para entendermos as reais condições da iluminação

no ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem influenciar

no resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.

80

imagem 23 - Malha de pontos de medição (Luz Natural)


81

imagem 24 - Malha de pontos de medição (Luz Artificial)


4.1.4 Modelagem e Simulação por meio do Software Dialux EVO

Realiza-se a modelagem e simulação da iluminação natural e artificial a partir

dos dados coletados em visita in loco, respeitando as refletâncias dos acabamentos

em relação à cor do piso, parede, teto e mobiliário. Foi usado o software Dialux Evo

8.2 para realização das modelagens e simulações, assim como para a obtenção dos

resultados de iluminância.

82

Simulação da Iluminação Natural

imagem 25 - Simulação da Iluminação Natural


Simulação da Iluminação Artificial

imagem 26 - Simulação da Iluminação Artificial


83

4.1.5 Resultado da Iluminância média geral (luz natural)

Após realização das simulações, verificamos os resultados de iluminância

média no ambiente, considerando nesse momento somente a luz natural. Observe na

imagem 27, uma grande incidência de luz natural, proveniente das aberturas da sala

de aula, chegando a mais de 1000 lux. Essa iluminância vai diminuindo ao afastar-se

das aberturas, chegando a 20 lux em alguns pontos, como mostra na imagem 6,

podemos considerar que esse ambiente tem pouca uniformidade, sendo necessária a

utilização de luz artificial para suplementar a luz natural em alguns pontos.

imagem 27 - Iluminância média geral, gráfico de cores falsas (luz natural)


84

imagem 28 - Iluminância média geral, grelha de valores em lux (luz natural)


4.1.6 Conceito de zonas de iluminação

Nessa etapa do estudo de caso é necessário definir a estratégia a ser utilizada

para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo necessário a

criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz por zonas.

A partir da distribuição espacial da luz natural no ambiente interno, é possível

identificar áreas cujas características de iluminação são semelhantes. De acordo com

(Robbins, 1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação

integradas em um edifício. Propõe-se utilizar conjuntamente a luz natural e artificial

para prover a iluminação geral ou de tarefa no ambiente, assegurando assim melhores

condições de conforto e potencializando a economia de energia.

Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra na imagem 29, a

primeira zona localiza, próxima das janelas da sala de aula, a segunda zona no meio

da sala e a terceira zona no canto inferior da sala de aula. Cada zona será analisada

de forma individual para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à

iluminação.

85

imagem 29 - Divisão das zonas de iluminação


Não existe um conjunto de regras para estabelecer as zonas de iluminação

natural. Uma simples observação visual da distribuição dos níveis de luz natural

poderia ser empregada para determinar as zonas de iluminação, a razão entre a

iluminância máxima e a iluminância mínima deve ser sempre menor ou igual a 3:1, o

que garante uma relação de contraste razoável. Esta recomendação pode variar de

acordo com a acuidade da atividade visual realizada na zona, nunca sendo superior a

9:1.

O procedimento proposto por (Souza, 2003), baseando-se em (Robbins, 1986),

foi feito a partir de cálculos de iluminâncias para horário e dia específicos do ano.

Novas formas de aplicar o conceito das zonas luminosas podem ser desenvolvidas

utilizando simulações dinâmicas, o que permitiria a realização de uma análise anual

da iluminação natural e artificial, considerando a variabilidade das duas fontes de luz

- o sol e o céu - e suas interações com a geometria e as propriedades físicas do

ambiente.

86

A partir da distribuição espacial da luz natural e dos níveis de iluminância

requeridos para o estudo, foram propostas três zonas independentes: zona1, zona 2

e zona 3 (imagem 29), cada grupo possui seis luminárias de embutir com duas

lâmpadas fluorescentes de 32W, como mostra a (imagem 30), e o tipo de acionamento

da luz artificial escolhido foi um sistema manual liga/desliga.

Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 31, para

obter-se os resultados individual por zona.

imagem 30 - Simulação Zona 1


87

imagem 31 - Resultado da Simulação Zona 1 - a) cores faltas, b) gelha de valores em lux.


Conforme a imagem 31 acima, percebemos que a maior incidência da luz natural e

artificial, está concentrada nas proximidades das aberturas, causando assim um

contraste lumínico e uma uniformidade muito baixa.



88



Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a

iluminância está muito abaixo do recomentado pela norma NBR ISO/CIE 8995-1

(2013), que recomenda 500lux para a sala de aula.



89



Conforme a imagem acima (zona 3), a iluminância está muito abaixo do recomentado

pela norma (500 lux) chegando no pronto mais escuro à 24 lux.

imagem 36 - gráfico de dimerização por zona


Conforme análise, percebemos que existe uma grande incidência de luz natural

na zona 1, o que possibilita o desligamento das luminárias nessa zona especifica,

sendo assim optamos pelo desligamento do conjunto de luminárias nessa zona, ou

seja, a dimerização da zona 1 será igual a 0% conforme (imagem 36), acima.

90

imagem 37 - gráfico iluminância média (luz artificial)


O gráfico acima demonstra a iluminância média da sala e a iluminância por

zonas, levando em consideração apenas a iluminação artificial, percebemos que a

iluminância média da sala, inclusive cada zona está abaixo da recomendação da

norma NBR ISO/CIE 8995-1.

4.1.7 Simulação dinâmica





ambiente real por meio de fotos.

O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares de cálculo e modelagem

Dialux Evo 8.1 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a simulação da iluminação

artificial, foram considerados 18 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T8 de

32W, o arquivo IES utilizado nas simulações pertence a empresa Lumicenter.

Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do

ano, para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A

primeira simulação foi realizada no período de 01 a 31 de janeiro de 2018, os

resultados foram divididos em 3 gráficos: simulação luz natural, simulação luz natural

e artificial e iluminância média geral – imagem 38.

91

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 31 de janeiro de 2018]

Projeto: Sala de aula de projeto - FAAP (sala 3207)

Dimensão da sala: 11 x 13 metros

imagem 38 - Resultados de iluminância média (janeiro)

a) luz natural, b) luz natural + artificial, c) iluminância média geral


Em 77% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a norma

NBR ISO/CIE 8995-1.

92

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 28 de fevereiro de 2018]



imagem 39 - Resultados de iluminância média (fevereiro)




NBR ISO/CIE 8995-1.

93

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de março de 2018]



imagem 40 - Resultados de iluminância média (março)




NBR ISO/CIE 8995-1.

94

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de abril de 2018]



imagem 41 - Resultados de iluminância média (abril)




NBR ISO/CIE 8995-1.

95

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de maio de 2018]



imagem 42 - Resultados de iluminância média (maio)




NBR ISO/CIE 8995-1.

96

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de junho de 2018]



imagem 43 - Resultados de iluminância média (junho)




NBR ISO/CIE 8995-1.

97

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de julho de 2018]



imagem 44 - Resultados de iluminância média (julho)




NBR ISO/CIE 8995-1.

98

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de agosto de 2018]



imagem 45 - Resultados de iluminância média (agosto)




NBR ISO/CIE 8995-1.

99

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de setembro de 2018]



imagem 46 - Resultados de iluminância média (setembro)




NBR ISO/CIE 8995-1.

100

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de outubro de 2018]



imagem 47 - Resultados de iluminância média (outubro)




NBR ISO/CIE 8995-1.

101

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de novembro de 2018]



imagem 48 - Resultados de iluminância média (novembro)




NBR ISO/CIE 8995-1.

102

Resultado da Simulação: [Período: 01 à 30 de dezembro de 2018]



imagem 49 - Resultados de iluminância média (dezembro)




NBR ISO/CIE 8995-1.

103

Resultado da Simulação: [Período: de janeiro à dezembro de 2018]



imagem 50 - Percentual de iluminância anual (iluminação natural + artificial)


4.1.8 Conclusão:

De acordo com a pesquisa apresentada, percebemos que na maior parte do

tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1 que recomenda 500 lux

para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria uma

grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa

forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário suplementar a

luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.

No projeto integrado, percebemos que na maior parte do tempo 77% (do horário

comercial) a iluminância média da sala atende a recomendação da norma, que

recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os piores meses onde a iluminância

fica abaixo da recomendação na maior parte do tempo são: maio, junho, julho e agosto

chegando a 61%. O mês de outubro é o melhor mês, chegando a 83% do tempo.

Podemos afirmar que esse percentual relacionado ao tempo onde a iluminância

atende a norma, representa uma verdadeira oportunidade de redução de economia

de energia, uma vez que toda iluminância que ultrapassa os 500 lux, poderia ser

dimerizada e assim garantir o aumento da redução do consumo de energia.

104

Segundo análise, em alguns pontos onde a iluminância é maior que 500 lux, o

sistema de controle da automação poderá dimerizar as fontes de luz para que haja

um nível constante de iluminância, seguindo as variações do comportamento da luz

natural, garantindo uma redução do consumo de energia, diminuição da carga térmica

no ambiente e um maior conforto visual por meio do controle do ofuscamento.

4.2 ESTUDO DE CASO - FAU USP

A Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo – FAU,

foi fundada em 1948, tendo se originado do antigo curso de engenheiro-arquiteto da

Escola Politécnica da mesma Universidade. Seu fundador e primeiro diretor foi o

Professor Luiz Ignácio de Anhaia Mello, responsável pela formação urbanística no

antigo curso e principal organizador de novos conteúdos específicos naquele que se

formava. Em seus primeiros anos, o curso da FAU combinava as disciplinas técnicas

originais do antigo modelo, praticamente inalteradas, com elementos do currículo

padrão da Escola Nacional de Belas Artes, organizados em disciplinas como plástica,

modelagem, arquitetura de interiores, grandes e pequenas composições.

No presente estudo de caso, propõe-se analisar o comportamento da luz

natural, artificial e as suas potencialidades em um dos ateliês de projeto do curso de

Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo - FAU USP. O atelier

escolhido, está localizado no último andar do prédio da FAU USP, no terceiro piso. A

FAU USP é referência em iluminação natural por conta do seu sistema de iluminação

zenital que está incorporado na estrutura arquitetônica do prédio.


posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação

diária.

105

imagem 51 - Atelier de projeto - implantação





Longitude: -47.90

Latitude: -15.80


Largura: 11 metros



Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado, para

construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores, acabamentos,

texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma simulação mais

precisa, veja imagem 52 – abaixo.

106

imagem 52 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, lateral direita


imagem 53 - Atelier de projeto - vista em perspectiva frontal


107

imagem 54 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, lateral esquerda


imagem 55 - Atelier de projeto - vista em perspectiva, sistema zenital


108


Torna-se necessário, conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no

local. Assim foram feitas medições in loco no dia 04 de fevereiro de 2019 às 16h, para

se avaliar os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de

medição luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de

iluminâncias em cada ponto, no plano de trabalho.

Foram realizadas duas medições: a imagem 57, medindo os níveis de

iluminância, considerando apenas a iluminação natural e a imagem 58, medindo

somente a luz artificial do ambiente às 19h00. Comparando-se essas medições com

as especificações normatizadas pela NBR15215-4 (2003), que determina calcular-se

a quantidade mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a

dimensão do ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa

distribuição, pontual, nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 32

pontos, a fim de obter resultados suficientes de iluminância, como mostra a (imagem

57).

As medições se fazem importante para entendermos as reais condições da

iluminação no ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem

influenciar no resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.

imagem 56 - Medição - Luz natural


109



110



111






resultados de iluminância.







112


imagem 61 - Simulação da Iluminação Arfiticial





imagem 62, temos uma grande incidência de luz natural no meio do ambiente,

proveniente das aberturas zenitais, chegando ao nível de 1400 lux. Essa iluminância

vai diminuindo ao aproximar-se das extremidades da sala, chegando a 360 lux em

alguns pontos, como mostra na imagem 63, podemos considerar que esse ambiente

tem muita uniformidade, não sendo necessária a utilização de luz artificial para

suplementar a luz natural na maior parte do dia.

113



114



115

Resultado da Iluminância média geral (luz artificial)

Após realização das simulações da iluminação artificial, verificamos os resultados de

iluminância média no ambiente, percebemos que o nível médio de iluminância está

muito abaixo, tendo referência o que a norma NBR ISO/CIE 8995-1, recomenda 500

lux de iluminância para uma sala de aula. Analisando a imagem 65, percebemos que

o menor nível é 34 lux, próximo da extremidade da sala e o maior nível é 413 lux no

centro da ambiente.



116




Segundo os dados coletados, se faz necessário definir a estratégia a ser

utilizada para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo

necessário a criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz

por zonas.

117



(Robbins, 1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação




Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra na imagem 66, a

primeira zona localiza, no final da sala de aula, a segunda zona no meio da sala e a

terceira zona no início da sala de aula. Cada zona será analisada de forma individual

para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à iluminação.









9:1.

118







ambiente.



e zona 3 (imagem 66), sendo a zona 1, possui 30 luminárias de sobrepor para duas

lâmpadas T5 de 28W, zona 2, possui 15 luminárias e a zona 3, possui 30 luminárias,

totalizando 70 luminárias de sobrepor para duas lâmpadas T5 de 28W - 5000k. Cada

grupo possui seu acionamento por meio de interruptor bipolar com sistema manual

liga/desliga. Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 68,

para obter-se os resultados individual por zona.

Zona 1



119




artificial, está no centro da sala, chegando ao nível máximo de 1420 lx, nível muito

superior comparado com as recomendações da norma NBR ISO/CIE 8995-1 que

recomenda 500 lx para uma sala de aula.

120

Zona 2



121



Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a iluminância

está muito alta, chegando ao nível de 1421 lux.

Zona 3



122



Conforme a imagem acima, a iluminância está muito alta do recomentado pela

norma chegando ao nível de 1391 lx.

A estratégia de utilização da luz artificial ocorreu de acordo com a necessidade,

ela foi ligada somente quando o nível de luz natural não foi suficiente para atingir os

500 lux, recomendado pela norma NBR 8998-1. A imagem 73 - abaixo mostra os

níveis de iluminância, utilizando apenas a luz artificial.

123








ambiente real por meio de fotos. O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares

de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.1 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a

simulação da iluminação artificial, foram considerados 75 luminárias de sobrepor para

duas lâmpadas T5 de 28W, o arquivo IES utilizado nas simulações pertence a

empresa Lumicenter.

Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do ano,

para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A




124


Projeto: Ateliê de projeto - FAU USP






NBR ISO/CIE 8995-1.

125








NBR ISO/CIE 8995-1.

126








NBR ISO/CIE 8995-1.

127








NBR ISO/CIE 8995-1.

128








NBR ISO/CIE 8995-1.

129








NBR ISO/CIE 8995-1.

130








NBR ISO/CIE 8995-1.

131








NBR ISO/CIE 8995-1.

132








NBR ISO/CIE 8995-1.

133








NBR ISO/CIE 8995-1.

134







Em 100% do tempo (horário comercial), a iluminância média por zona atende a NBR

ISO/CIE 8995-1.

135








NBR ISO/CIE 8995-1.

136

Resultado da Simulação: [Período: janeiro à dezembro de 2018]





4.2.8 Conclusão:

Segundo a análise feita no atelier de projeto da FAU USP, verificamos que o

sistema de iluminação natural utilizado é responsável por criar um efeito de luz geral

difusa e uniforme, proveniente do sistema zenital de iluminação, que permite que na

maior parte do tempo (horário comercial) o nível de iluminância média atenda a norma

NBR ISO/CIE 8995-1, os melhores meses onde a luz atende em 100% do tempo (das

08h às 18h) é Janeiro, Fevereiro, Novembro e dezembro.

Analisando os gráficos percebemos que não existe a necessidade de deixar a

iluminação artificial ligada entre às 10h00 e 16h00 da tarde, onde o nível

de iluminância é superior a 500 lx, o que possibilita o desligamento do sistema de luz

artificial, ou seja, dependendo do mês do ano, a iluminação artificial pode ser acionada

somente das 08h às 10h e depois das 16h às 18h para suplementar a luz natural e

assim garantir o nível recomendado pela norma.

Porém a iluminância que provém da luz natural é muito excessiva, chegando a

1300 lx, ocasionando ofuscamento direto, fadiga visual, aquecimento do ambiente. O

contato direto com a luz solar, por causa das radiações emitidas, radiações ultra

violeta (UV) e infravermelho (IV) pode ocasionar problemas de pele.

137

4.3 ESTUDO DE CASO - FAU MACKENZIE

O estudo de caso a seguir, propõe-se analisar o comportamento da luz natural,

artificial e sua potencialidade em uma das salas de aula de projeto do curso de

Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie - FAU Mackenzie.

A sala escolhida, está localizada no terceiro andar do prédio, sendo a sala 303.

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana

Mackenzie, FAU-Mackenzie é a primeira Faculdade de Arquitetura e Urbanismo do

Estado de São Paulo, criada em 12 de agosto de 1947. É uma das mais importantes

escolas de Arquitetura e Urbanismo do país. Teve sua origem na Escola de

Engenharia Mackenzie; onde funcionava o curso direcionado à formação de

engenheiros-arquitetos, criado por Cristiano Stockler das Neves em

1917. Comumente denominada Arquitetura Mackenzie, a atual unidade possui mais

de 3.000 alunos e concentra os cursos de Arquitetura e Urbanismo em níveis de

graduação e pós-graduação (mestrado, doutorado e especializações) e o curso de

Desenho Industrial.


posicionamento no Norte magnético que indica o percurso do sol na iluminação diária.

imagem 87 - Imagem aérea (FAU-Mackenzie)


138




Longitude: -47.90

Latitude: -15.80


Largura: 11 metros



Pelo levantamento fotográfico, procura-se conhecer o objetivo a ser estudado, para

construção do modelo a ser simulado, levando em consideração, cores, acabamentos,

texturas e aberturas. Conhecer essas condições permite realizar uma simulação mais

precisa, veja a imagem 88 - abaixo.

imagem 88 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva


139

imagem 89 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe das aberturas


imagem 90 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, lateral direita


140

imagem 91 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, vista frontal


imagem 92 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe abertura


141

imagem 93 - Sala de aula de projeto - vista em perspectiva, detalhe abertura



Torna-se necessário, conhecer a iluminação propriamente dita que ocorre no local.

Assim foram feitas medições in loco no dia 01 de abril de 2018 às 16h, para se avaliar

os níveis de iluminância, considerando os resultados do instrumento de medição

luxímetro (Minipa MLM-1011), que possibilita obtenção de valores de iluminâncias em

cada ponto, no plano de trabalho.

Foram realizadas duas medições: a imagem 94, medindo os níveis de iluminância,

considerando apenas a iluminação natural e a imagem 95, medindo somente a luz

artificial do ambiente. Comparando-se essas medições com as especificações

normatizadas pela NRB15215-4 (2003), que determina calcular-se a quantidade

mínima de pontos necessária para a medição, de acordo com a dimensão do

ambiente. Sendo assim, caracterizou-se uma malha com essa distribuição, pontual,

nas áreas de tarefas dos alunos. Foram estabelecidos, 24 pontos, a fim de obter

resultados suficientes de iluminância, como mostra a imagem 94 abaixo.

142

As medições é faz importante para entendermos as reais condições da iluminação no

ambiente construído, já que existem muitas interferências que podem influenciar no

resultado final como: cor de piso, parede, teto e móveis.



143








resultados de iluminância. Foram considerados para o cálculo 18 luminárias de

sobrepor para lâmpada T8 de 32W.

144







145




imagem 98, uma grande incidência de luz natural, proveniente das aberturas da sala

de aula, chegando a mais de 1000 lux. Essa iluminância vai diminuindo ao afastar-se

das aberturas, chegando a 390 lux em alguns pontos, como mostra na imagem 98,

podemos considerar que esse ambiente tem pouca uniformidade, sendo necessária a

utilização de luz artificial para suplementar a luz natural em alguns pontos.



146



Resultado da Iluminância média geral (luz artificial)

Após realização das simulações da iluminação artificial, verificamos os

resultados de iluminância média no ambiente, percebemos que o nível médio de

iluminância está muito abaixo, tendo referência o que a norma NBR ISO/CIE 8995-1,

recomenda 500 lux de iluminância para uma sala de aula. Analisando a imagem 101,

percebemos que o menor nível é 171 lux, próximo da abertura da sala e o maior nível

é 421 lux no centro do ambiente.

147





148


Segundo os dados coletados, se faz necessário definir a estratégia a ser

utilizada para realização da simulação dinâmica do ambiente em questão, sendo

necessário a criação de zonas de iluminação afim de analisar o comportamento da luz

por zonas.



Robbins (1986), essas áreas são definidas como zonas de controle de iluminação




Sendo assim, dividimos a sala em 3 zonas como mostra a imagem 102, a

primeira zona localiza, próxima das janelas da sala de aula, a segunda zona no meio

da sala e a terceira zona no canto inferior da sala de aula. Cada zona será analisada

de forma individual para entendermos o fenômeno que ocorre em relação à

iluminação.



149







9:1.







ambiente.



e zona 3 (imagem 103), cada grupo possui seis luminárias de embutir com duas

lâmpadas fluorescentes de 32W, como mostra a (imagem 103), e o tipo de

acionamento da luz artificial escolhido foi um sistema manual liga/desliga.

Foi analisada, cada zona de forma individual como mostra a imagem 104, para obter-

se os resultados individual por zona.

ZONA 1



150




artificial, está concentrada nas proximidades das aberturas, causando assim um

contraste lumínico e uma uniformidade muito baixa.

151

ZONA 2





152

Conforme imagem acima, percebemos uma maior uniformidade, porém a iluminância

está muito abaixo do recomentado pela norma NBR ISO/CIE 8995-1.

ZONA 3





153

Conforme a imagem acima, a iluminância está muito abaixo do recomentado pela

norma chegando no pronto mais escuro à 141 lux.

imagem 109 - gráfico de dimerização por zona


Conforme análise, percebemos que existe uma grande incidência de luz natural

na zona 1, o que possibilita o desligamento das luminárias nessa zona especifica,

sendo assim optamos pelo desligamento do conjunto de luminárias nessa zona, sou

seja a dimerização da zona 1 será igual a 0% conforme imagem 109.



O gráfico acima demonstra a iluminância média da sala e a iluminância por

zonas, levando em consideração apenas a iluminação artificial, percebemos que a

iluminância média da sala, inclusive cada zona está abaixo da recomendação da

norma NBR ISO/CIE 8995-1.

154






ambiente real por meio de fotos. O modelo foi desenvolvido por meio dos softwares

de cálculo e modelagem Dialux Evo 8.2 e o Plug-in Diva do Rhinoceros. Para a

simulação da iluminação artificial, foram considerados 18 luminárias de sobrepor para

duas lâmpadas fluorescentes T8 de 32W, o arquivo IES utilizado nas simulações

pertence a empresa Lumicenter.

Foram realizadas, simulações da luz natural e artificial em todos os meses do

ano, para obtenção da iluminância média mensal, em horário comercial, por zona. A




155


Projeto: Sala de aula de projeto - Mackenzie (sala 303)






NBR ISO/CIE 8995-1.

156








NBR ISO/CIE 8995-1.

157








NBR ISO/CIE 8995-1.

158








NBR ISO/CIE 8995-1.

159








NBR ISO/CIE 8995-1.

160








NBR ISO/CIE 8995-1.

161








NBR ISO/CIE 8995-1.

162








NBR ISO/CIE 8995-1.

163








NBR ISO/CIE 8995-1.

164








NBR ISO/CIE 8995-1.

165








NBR ISO/CIE 8995-1.

166








NBR ISO/CIE 8995-1.

167

Resultado da Simulação: [Período: janeiro à dezembro de 2018]



4.3.8 Conclusão

Analisando a sala de projeto da Fau-Mackenzie, percebemos que na maior parte do

tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que recomenda 500

lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria

uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa


luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário. No projeto integrado,

percebemos que na maior parte do tempo a iluminância média da sala atende a

recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os

piores meses onde a iluminância fica abaixo da recomendação na maior parte do

tempo são: março, abril, maio, junho, julho, agosto e setembro chegando a 83%. O

mês de janeiro, novembro e dezembro são os melhores meses, chegando a 100% do

tempo. Podemos afirmar que esse percentual relacionado ao tempo onde a

iluminância atende a norma, representa uma verdadeira oportunidade de redução de

economia de energia, uma vez que toda iluminância que ultrapassa os 500 lux, poderia

ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução do consumo de energia.






168

4.4 Considerações sobre os resultados

A questão da redução do consumo de energia nos edifícios de ensino está

diretamente relacionada ao uso consciente da luz, entre outros aspectos. O projeto de

iluminação tem ação direta sobre o impacto do uso da energia elétrica e

consequentemente a eficiência energética do edifício. O sistema de iluminação

artificial integrado à automação tem o objetivo de suplementar as oscilações no nível

de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo constante o nível de

iluminância prescrito para cada ambiente.

Na imagem abaixo (imagem 124) abaixo, apresentamos o resultado geral

(percentual de iluminância média) dos estudos de casos, levando em consideração a

luz natural e artificial, tendo base os 500 lux, recomendado pela norma NBR ISO/CIE

8995-1.

imagem 124 - Quadro geral de resultados - a) Faap, b)Fau Usp e c) Fau Mackenzie


169

4.4.1 Análise - FAAP

De acordo com a pesquisa apresentada, percebemos que na maior parte do

tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que recomenda 500

lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma individual, cria

uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas, criando dessa


luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.

Na integração da luz natural e artificial, percebemos que na maior parte do

tempo 77% (do horário comercial) a iluminância média da sala atende a

recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, os

piores meses onde a iluminância fica abaixo da recomendação na maior parte do

tempo são: maio, junho, julho e agosto chegando a 61%. O mês de outubro é o melhor

mês, chegando a 83% do tempo. Podemos afirmar que esse percentual relacionado

ao tempo onde a iluminância atende a norma, representa uma verdadeira

oportunidade de redução de economia de energia, uma vez que toda iluminância que

ultrapassa os 500 lux, poderia ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução

do consumo de energia.






4.4.2 Análise - USP

Segundo a análise feita no atelier de projeto da FAU USP, verificamos que o

sistema de iluminação natural utilizado é responsável por criar um efeito de luz geral

difusa e uniforme, proveniente do sistema zenital de iluminação, que permite que na

maior parte do tempo (horário comercial) o nível de iluminância média atenda a norma

NBR ISO/CIE 8995-1, os melhores meses onde a luz atende em 100% do tempo (das

08h as 18h) é Janeiro, Fevereiro, Novembro e dezembro.

170

Analisando os gráficos percebemos que não existe a necessidade de deixar a

iluminação artificial ligada entre às 10h00 e 16h00 da tarde, onde o nível

de iluminância é superior a 500 lx, o que possibilita o desligamento do sistema de luz

artificial, ou seja, dependendo do mês do ano, a iluminação artificial pode ser acionada

somente das 08h às 10h e depois das 16h às 18h para suplementar a luz natural e

assim garantir o nível recomendado pela norma.

Porém a iluminância que provem da luz natural é muito excessiva, chegando a

1300 lx, ocasionando ofuscamento direto, fadiga visual, aquecimento do ambiente. O

contato direto com a luz solar, por causa das radiações emitidas, radiações ultra

violeta (UV) e infravermelho (IV) pode ocasionar problemas de pele.

4.4.3 Análise - MACKENZIE

Analisando a sala de projeto da Fau-Mackenzie, percebemos que na maior

parte do tempo a luz natural não atende a norma NBR ISO/CIE 8995-1, que

recomenda 500 lux para um ambiente de ensino, a utilização da luz natural de forma

individual, cria uma grande incidência de iluminância nas proximidades das aberturas,

criando dessa forma uma baixa uniformidade de luz no ambiente, sendo necessário

suplementar a luz natural com a iluminação artificial, onde se faz necessário.

No projeto integrado, percebemos que na maior parte do tempo a iluminância

média da sala atende a recomendação da norma, que recomenda 500 lux para um

ambiente de ensino, os piores meses onde a iluminância fica abaixo da

recomendação na maior parte do tempo são: março, abril, maio, junho, julho, agosto

e setembro chegando a 83%. O mês de janeiro, novembro e dezembro são os

melhores meses, chegando a 100% do tempo. Podemos afirmar que esse percentual

relacionado ao tempo onde a iluminância atende a norma, representa uma verdadeira

oportunidade de redução de economia de energia, uma vez que toda iluminância que

ultrapassa os 500 lux, poderia ser dimerizada e assim garantir o aumento da redução

do consumo de energia.

171






172

5 Considerações Finais

De acordo com a pesquisa apresentada, concluímos que a eficiência

energética e a conservação de energia no ambiente de ensino, depende de várias

variáveis e não somente a integração dos sistemas, como: posição do edifício em

relação ao norte, dimensão do ambiente como largura, comprimento e altura, tipo de

abertura, tipo de sistema de luz natural (lateral ou zenital), transmitância do vidro e as

refletâncias em relação a cor do piso, paredes e teto. O mobiliário e as texturas,

também influenciam no resultado em relação à iluminância média do ambiente. O

sistema de iluminação artificial integrado à automação tem o objetivo de suplementar

as oscilações no nível de iluminação natural no projeto arquitetônico, mantendo

constante o nível de iluminância prescrito para cada ambiente, que permite a

redução do consumo de energia, cada vez que o sistema de controle entra em ação,

de acordo com suas variações no decorrer do ano.

Para que ocorra esta integração é necessário que o sistema da luz natural,

dimerize e controle a luz artificial de forma que ela seja ajustada para suplementar os

níveis disponíveis pela luz natural, sendo a melhor estratégia a utilização de zonas de

iluminação e acordo com a atividade que será exercida, levando em consideração o

desenho arquitetônico do ambiente e a função do espaço, de forma a alcançar a

iluminância desejada no ambiente projetado de forma eficiente, resultando na redução

do consumo de energia elétrica do sistema de iluminação artificial.

Conforme o estudo apresentado, de três edifícios de ensino, o objetivo principal

não é o controle da luz artificial e sim o controle da luz natural, como o exemplo

apresentado do estudo de caso da FAU-USP, onde a iluminação artificial continua

acionado durante todo o período em uso contínuo, mesmo que os níveis de iluminação

natural possam suprir parcialmente ou totalmente a quantidade necessária para a

realização das tarefas, além do desligamento da luz artificial, se faz necessário o uso

de zonas de iluminação e o controle da iluminação natural, seja por meio de brise ou

sistemas automáticos de controle da luz natural. Para que ocorra economia de

energia, a iluminação artificial deve ser desligada ou dimerizada, de acordo com a luz

natural disponível.

173

A conservação de energia está intimamente relacionada com a disponibilidade

de luz natural, as características do edifício, a tipologia da abertura e do entorno. Além

destes aspectos deve-se considerar um sistema de iluminação artificial projetado para

complementar a luz natural, com circuitos independentes e sistema de controle

elétrico apropriado para cada caso, assim como o uso de zonas e o controle individual

das zonas por meio da automação ou a intervenção direta do usuário. O sistema de

comando da iluminação artificial, corresponde às formas de acionamento ou

dimerização das lâmpadas existentes no projeto, por meio de equipamentos que ligam

e desligam, chamados de sistemas de controle elétrico. Podendo ser usado, timers,

acionamento programado ou sensores de ocupação.

Existem vários tipos de comando, os comandos da iluminação artificial, também

conhecidos como sistemas de controle elétrico ou automação, podem ter duas formas

de acionamento: manual e automático. O acionamento manual é realizado pelo

usuário, que tem a responsabilidade de ligar ou desligar o sistema. Porém mesmo

sendo manual e possível dimerizar a fonte de luz, por meio de um relê de

acionamento, esse tipo de acionamento é considerado um pré-automação. O

acionamento automático é acionado por meio de uma programação do sistema de

controle, podendo ser ligado ou desligado de acordo com o nível de iluminação

proveniente da luz natural e/ou devido a presença ou ausência de usuários no

ambiente, por meio de uso de sensores de presença e movimento.

O controle automático por meio de acionamento corresponde à sensores que

detectam ou identificam a incidência de lua natural em determinados pontos do

ambiente e ajustam o fluxo luminoso das lâmpadas ou o seu desligamento para atingir

um nível pré-determinado nível de iluminância no ambiente. Para que isto ocorra além

da lâmpada ser dimerizável é necessário que o equipamento auxiliar também seja

dimerizável, sendo ele um transformador, reator ou fonte/driver. Lembrando que no

caso dos Leds, mesmo a fonte de luz sendo dimerizavel é necessário verificar e testar

que o sistema de controle é compatível com a fonte de luz especificada.

174

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