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Universidade Ibirapuera Arquitetura e Urbanismo Conforto Ambiental: Insolação e Iluminação MÓDULO 1: INSOLAÇÃO Docente: Claudete Gebara J. Callegaro 2º semestre de 2013 MÓDULO 2: ILUMINAÇÃO NATURAL MÓDULO 3: ILUMINAÇÃO DE INTERIORES

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Universidade Ibirapuera

Arquitetura e Urbanismo

Conforto Ambiental: Insolação e Iluminação

MÓDULO 1: INSOLAÇÃO

Docente: Claudete Gebara J. Callegaro

2º semestre de 2013

MÓDULO 2: ILUMINAÇÃO NATURAL

MÓDULO 3: ILUMINAÇÃO DE INTERIORES

MÓDULO 1: INSOLAÇÃO

Radiação Solar Geometria Solar

Carta Solar

Insolação de fachadas - Máscaras

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Principais conceitos Construção de carta solar Leitura de carta solar

CARTA SOLAR

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PRINCIPAIS CONCEITOS

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ESFERA CELESTE - OBSERVADOR

A visão antropocêntrica que os antigos tinham do céu continua servindo para os estudos de insolação.

A referência principal para o estudo do céu e da trajetória solar é o OBSERVADOR.

www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm

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www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm

SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS

As cartas solares são construídas para latitudes terrestres definidas. Cada latitude tem sua carta solar.

O desenho da carta solar é feito a partir da observação quanto à posição do Sol na

esfera celeste em relação a um observador na esfera terrestre:

nas horas do dia > longitude em relação ao meridiano de Greenwich

em cada dia do ano > variação da declinação solar em relação ao Equador

para a latitude do observador na Terra > Zênite na esfera celeste

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SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS

Os planos equatoriais celeste e terrestre são paralelos, assim como os eixos de rotação.

O ângulo de declinação solar é medido em relação ao Equador Celeste, que é fixo e acompanha o Equador Terrestre.

FROTA, 2004:31

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SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS

MONTEIRO, 1998:58, 59.

As cartas solares consistem na projeção das trajetórias aparentes do Sol em relação ao Observador.

Cada dia do percurso do Sol é representado por uma circunferência que representa as 24 horas do dia, marcada na Esfera Celeste, com centro no Observador.

Uma parte da circunferência é visível do Plano do Horizonte (do nascer do Sol ao ocaso) e a parte não visível corresponde à noite naquela situação (latitude do Observador e dia do ano).

O plano de projeção é o Plano do Horizonte desse Observador.

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PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA Existem vários tipos de sistemas de projeção cartográfica. Para a construção de cartas solares é utilizado o método estereográfico.

http://pt.scribd.com/doc/19051146/praticaestereogramas

Esse mesmo raciocínio vale para a projeção de posições no hemisfério

norte da esfera.

Na Carta Solar, o referencial é o Nadir ao invés

do Polo Norte.

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SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS

altitudes

divisão em ângulos do plano do horizonte > distância do Sol em relação ao Zênite

http://analisegeo.wordpress.com/dados-cartograficos/

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MONTEIRO, 1998:62.

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DISTÂNCIA ZENITAL – ALTURA DO SOL A distância zenital indica a altura do Sol tomada ao meio dia, caso a caso, pois depende do Zênite no lugar do observador. Ao invés de ter como referência o plano do horizonte do observador, adota o plano vertical perpendicular ao eixo Norte-Sul, que inclui o observador e o ponto zenital na esfera celeste. A distância zenital varia no ano, sendo que seus limites são marcados pelos solstícios de inverno e de verão. Ao invés de trabalhar com a distância zenital é possível utilizar a altura entre plano do horizonte e o Sol.

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LATITUDE

Os ângulos de declinação solar mais significativos para nossos estudos são aqueles que definem a latitude dos lugares terrestres, tendo por referência a o plano equatorial:

•Equador: latitude 0°

•Trópico de Câncer: latitude 23°27’ (ao norte do Equador)

•Trópico de Capricórnio: latitude -23°27’ (ao sul do Equador)

•Círculo Polar Ártico: latitude 66°33’ (ao norte do Equador)

•Círculo Polar Antártico: latitude - 66°33’ (ao norte do Equador)

Por convenção, a latitude segue o mesmo princípio da declinação solar:

•Equador = 0° (d=0)

•ao norte do Equador é positiva (d>0)

•ao sul do Equador é negativa (d<0)

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http://www.cienciaviva.pt/equinocio/lat_long/cap4.asp

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LATITUDE A latitude de um lugar é a medida do ângulo que se percorre quando se vai do Equador até o paralelo que passa por esse lugar, perpendicularmente ao Equador.

Imagem captada do video http://www.youtube.com/watch?v=6i0qtbsoy64

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LATITUDE A declinação solar nos Equinócios define o Equador (90°, ou seja, Sol a pino ao meio-dia, no zênite, 2 vezes por ano). A declinação solar nos Solstícios define: •os trópicos (90° no verão, ou seja, o Sol a pino ao meio-dia, no zênite) e •os círculos polares (0° no inverno, ou seja, a partir desse ponto as radiações não atingem o solo).

Imagens captadas do video http://www.youtube.com/watch?v=6i0qtbsoy64

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LATITUDE + DECLINAÇÃO

MONTEIRO, 1998:69, 71.

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LATITUDE + DECLINAÇÃO

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4 MONTEIRO, 1998:19.

LONGITUDE

A longitude de um lugar é medida comparando-se a posição do Sol ao meio-dia solar do local com a posição do astro ao meio-dia, do mesmo dia, do ponto de referência adotado internacionalmente: Meridiano de Greenwich.

Para facilitar, a esfera terrestre é dividida em 24 partes, com uma diferença de 1 hora entre as linhas divisórias ou meridianos.

O intervalo compreendido entre meridianos é conhecido como fuso horário.

Por convenção internacional, as horas do dia iniciam no Meridiano de Greenwich, centro do

fuso 0°. http://www.apolo11.com/tictoc/fuso_horario_mundial.php

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CONSTRUÇÃO DE CARTA SOLAR

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O que queremos saber é onde está o Sol, num determinado período desejado, de maneira a garantirmos em projeto a justa cota de Sol e de ar necessários a um ambiente propício às atividades ali previstas: cuidado com as fachadas muito ou pouco expostas, definição de aberturas, sombras... Para isso, é necessário conhecer a direção dos raios do Sol, representando-a nos planos horizontal e vertical, visualizando assim a insolação em planta e corte. A Carta Solar é um instrumento criado para esse fim.

http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf

corte

planta

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As coordenadas angulares utilizadas para localizar o Sol na abóbada celeste são:

•azimute (ângulo γ em relação ao Norte) > PLANTA

•altura (ângulo α em relação ao azimute ou ao horizonte) > almocântara= lugar geométrico dos pontos da abóbada celeste com a mesma altura > CORTE

CORBELLA e YANNAS, 2003:213

posição angular direta

posição por projeção

estereográfica

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1º passo: Criar transferidor auxiliar de alturas. Desenhar projeção estereográficas das alturas solares na abóbada, de 10 em 10 graus (sugestão) > desde o Horizonte = 0° até o Zênite = 90°.

FROTA, 2004:58

almocântara = lugar geométrico de alturas iguais

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2º passo: Criar transferidor auxiliar de azimutes. Desenhar os azimutes, de 10 em 10 graus (sugestão) > desde o Norte = 0° até 360° em sentido horário.

NORTE

http://trekkingbrasil.com/orientacao-com-bussola-e-mapa-parte-4-final/

linhas de azimute

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4 CORBELLA e YANNAS, 2003:213

3º passo: Escolher uma latitude e o desenho do Sol na esfera celeste.

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3º passo: Escolher uma latitude e o desenho do Sol na esfera celeste.

zênite

plano do horizonte

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esfera celeste

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Transferidor de azimutes

Transferidor de alturas

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Projeção estereográfica dos fusos horários – latitude 0° (Equador)

18 h 6 h

deslocamento do vértice dos fusos 40 graus para o Norte

Projeção estereográfica dos fusos horários – latitude 40° ao Sul do Equador

deslocamento do vértice dos fusos 20

graus para o Sul

Projeção estereográfica dos fusos horários – latitude 20° ao Norte do Equador

HORÁRIOS

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DEFINIÇÃO DA COORDENADA HORIZONTAL: Linha do horizonte (limite do plano do horizonte do observador) > sugestão de divisão a cada 5° (T=360 °)

360 ° <> 0 °

270 °

180°

90 °

Plano do horizonte do Observador

Neste caso, às 12 horas de 22dez, o Sol está a pino, ou seja, no zênite do lugar > solstício de verão. Isto significa que os raios solares estão incidindo sobre o plano do observador com um ângulo de 90°, ou seja, com a máxima capacidade de insolação.

Azimutes

Observador em pé no centro do plano do horizonte,

olhando para o Norte

DEFINIÇÃO DA COORDENADA VERTICAL: Almocântaras (= altura na abóbada)

0 °

90 ° http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Tropical-area-mactan-philippines.jpg

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LEITURA DE CARTA SOLAR

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LOCALIZAÇÃO DE DATA E HORA EM DETERMINADA LATITUDE

http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf

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DETERMINAÇÃO DO AZIMUTE PARA DATA E HORA EM DETERMINADA LATITUDE

Ângulo de 18 graus a leste do eixo Norte-Sul

pode ser transferido diretamente para a

PLANTA

http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf

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DETERMINAÇÃO DA ALTURA DO SOL PARA DATA E HORA EM DETERMINADA LATITUDE

Identificar a que círculo de alturas corresponde o ponto e transferir o ângulo para o

CORTE. No caso do ponto vermelho,

altura é de aproximadamente 35 graus em relação ao

horizonte (0 grau) http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf

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http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf

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A insolação na face oeste ocorre das 12 às 17 horas no solstício de inverno e das 12 até

aproximadamente 19 horas no solstício de

verão, para a longitude de -30 graus.

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Relógio de Sol em papel para uso didático. RIVERO, 1986:73.

O relógio de sol do exercício é praticamente o rebatimento da carta solar daquela latitude, em duas direções. O hemisfério fica trocado e as horas invertidas, pois ele indica a sombra de um objeto, ou seja, o caminho que o raio solar faria até o solo se não houvesse o obstáculo.

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CORBELLA, Oscar; YANNAS, Simos. Em busca de uma Arquitetura Sustentável para os trópicos - conforto ambiental. Rio de Janeiro: Revan, 2003.

FROTA, Anésia Barros. Geometria da Insolação. São Paulo: Geros, 2004.

MONTEIRO, Celso Antonio. Método de observação simulada do movimento aparente diurno do sol para estudos de insolação e iluminação solar, por meio de maquetes, em projetos arquitetônicos. Dissertação de Mestrado . Universidade Mackenzie. São Paulo, 1998.

http://www.apolo11.com/tictoc/fuso_horario_mundial.php

http://www.cienciaviva.pt/equinocio/lat_long/cap4.asp

Centro de Divulgação da Astronomia. Universidade de São Paulo. CDA - CDCC - USP /SC - 16/06/2000 http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm

https://maps.google.com/

http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf

http://pt.scribd.com/doc/19051146/praticaestereogramas

http://analisegeo.wordpress.com/dados-cartograficos/

http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf