Fernando O. Ruttkay Pereira, PhD Professor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade...

Fernando O. Ruttkay Pereira, PhDProfessor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo

Universidade Federal de Santa Catarina

Conforto Ambiental: Iluminação

O ser humano e o seu entorno imediato

Conforto Visual pode ser interpretado como uma recepção clara das mensagens visuais de um ambiente luminoso

Iluminação inadequada Fadiga Visual

Desconforto

Dor de Cabeça

Ofuscamento

Redução da Eficiência Visual

Acidentes

Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?

Boa Iluminação Aumenta a produtividade Gera um ambiente agradável Salva vidas

Responsabilidade:

- Projetistas

- Administradores

- Autoridades

6 12 18 24 6 12 18 24 6

cortisol

m elatonin

alertness

body tem p.

Funções biológicas humanas com ritmos circadianos CIE. TC 6-11 (CIE, 2003)

Influências

psico-fisiológicas

da luz sobre o organismo

humano


Resposta visual relativa e supressão de Melatonina relativa em função da iluminância ao nível do olho

(Lighting Research Center)


Eficácia luminosa Fotópica, Scotópica e de supressão

de Melatonina (Lighting Research Center)



Para emocionar....

LUZ – A base física

Teoria Corpuscular

Princípios:Princípios:

Corpos luminosos emitem energia radiante em partículas;

Estas partículas são lançadas intermitentemente em linha reta;

As partículas atingem a retina e estimulam uma resposta que produz uma sensação visual.

Newton (1642-1727)


Teoria das Ondas


A luz era resultante da vibração molecular de materiais luminosos;

Esta vibração era transmitida através de uma substância invisível e sem peso que existia no ar e no espaço, denominada “éter luminífero”;

As vibrações transmitidas atuam na retina, simulando uma resposta que produz uma sensação visual.

Cristiaan Huygens (1629-1695)


Teoria Eletromagnética


Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante;

A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnéticas;

As ondas eletromagnéticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz uma sensação visual.

James Clerk Maxwell (1831-1879)


Teoria Quântica

Princípio:Princípio:

energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton.

“ A energia na radiação não é contínua, mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. ”

Max Planck (1858-1947)

LUZ – A base físicaEspectro Eletromagnético

Balanço de energia nos processos de emissão, propagação e absorção da radiação;

A quantidade de radiação pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu efeito sobre o receptor:

O olho humano; unidades fotométricas

A película fotográfica; unidades fotográficas

A pele humana; unidades eritêmicas

Pierre Bouguer (1698 –1758) Elaborou a teoria fotométrica;

J.H. Lambert (1728 –1777) Formulou matematicamente;

Esquecida até a invenção da lâmpada (meados do século XIX).


“área da óptica que trata da medição da energia radiante, avaliada de acordo com seu efeito visual e relacionada somente com a parte visível do espectro”

FOTOMETRIA

Grandezas Fotométricas


Fluxo Radiante (watt [W])

“ é a potência da radiação eletromagnética emitida ou recebida por um corpo ”

O fluxo radiante contem frações visíveis e invisíveis.


“ é a parcela do fluxo radiante que gera uma

resposta visual ”

Fluxo luminoso - ( lumen [lm] )

Eficiência luminosa ( [lm/W] )

“ é a capacidade da fonte em converter potência em luz”


1 W 0,3 lm

1 W 25,9 lm

1 W 220 lm

1 W 683 lm

1 W 430 lm

1 W 73 lm

1 W 2,8 lm

Eficiência luminosa ( [lm/W] )


Fonte Fluxo luminoso

Eficiência luminosa

Incandescente 100 W 1.350 lm 13,5 lm/W

Fluor. compacta 23 W 1.400 lm 61 lm/W

Fluor. TL5 28 W 2.900 lm 103 lm/W

HID 250 W 19.000 lm 76 lm/W

Sódio 150 W 16.000 lm 107 lm/W

Luz natural ------ 100 – 140 lm/W

Intensidade luminosa ( candela [cd] ou [lm/sr] )

“ é a propagação da luz em uma dada direção dentro de um ângulo sólido unitário ”


Ângulo Sólido ( [sr] )

1 esterradiano1 esterradiano

“ é o ângulo espacial que tem seu vértice no centro da esfera,

cuja a área superficial é igual ao quadrado de seu raio ”

Iluminância ( lumen/m2 ou lux [lx] )

“ é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área ”


A 1m de uma vela 1 lux

Numa mesa de escritório 500 lux

No exterior sob céu encoberto

10.000 lux

No sol no verão 100.000 lux

Valores típicos

Representação de Iluminâncias: mapas Isolux

Luminância ( [cd/m2] )

“ é uma medida física de brilho de uma superfície, sendo através dela que os seres humanos enxergam ”

LuminânciaLuminância

é uma excitação visual

BrilhoBrilho

é a resposta visual desse estímulo


Superfície Difusa

Valores de luminâncias de algumas Valores de luminâncias de algumas fontesfontes

Limite inferior 0,000001 cd/m2

Limite superior 1.000.000 cd/m2

Ofuscamento 25.000 cd/m2


Representação de Luminâncias

Foto com lente “olho-de-peixe”

Luminancímetro


Grandeza

Nome Símbolo Significado Unidade

Fluxo

luminoso

Componente do fluxo radiante que gera uma resposta visual.

Esfera de Ulbricht: a fonte luminosa é colocada dentro de uma grande esfera, cujo o interior é pintado de branco perfeitamente difusor. Mede-se a iluminância produzida pela luz difusa através de uma pequena abertura, protegendo os raios que saem diretamente da fonte, esta iluminância é proporcional ao fluxo luminoso emitido pela fonte.

Eficiência

Luminosa

É a razão entre o fluxo luminoso "" produzido por uma fonte e a potência "P" consumida.

A eficiência luminosa é deduzida juntamente com a medição do fluxo luminoso com a esfera de Ulbricht, medindo-se a potência consumida pela fonte luminosa e seus equipamentos auxiliares, através de um wattímetro.

Intensidade

Luminosa

É o fluxo luminoso "" emitido por uma fonte numa certa direção, dividido pelo ângulo sólido "", no qual está contido.

cd

Banco fotométrico: a fonte luminosa em exame é comparada com uma fonte de intensidade conhecida. No caso de aparelhos de iluminação, a medição é feita por meio de um fotogoniômetro: uma célula fotovoltaica gira em volta do aparelho e mede a intensidade luminosa emitida em todas as direções.

Iluminância

É o fluxo luminoso incidente "" numa dada superfície, dividida pela área "A"da mesma.

lux Luxímetro: é formado por uma fotocélula que transforma a energia luminosa em energia elétrica, indicada por um galvanômetro cuja a escala está marcada em lux.

Luminância

É a intensidade luminosa "I" (de uma fonte ou de uma superfície iluminada) por unidade de área aparente "A'" numa dada direção.

Luminancímetro: aparelho que reproduz a imagem da superfície projetada e cuja a luminância deve ser medida. A energia elétrica produzida pelo fotosensor é ampliada e medida por um galvanômetro calibrado em candelas por m2.

Como medir

P

I

AE

I

E

L

lm

W

lm

2m

cd

'AI

L


Tôdas as grandezas são produtos Tôdas as grandezas são produtos de de áreaárea ou ou ângulo sólidoângulo sólido

Excitância luminosa (M)Excitância luminosa (M)

M = x E

M = x E

p/ superfícies perfeitamente difusorasp/ superfícies perfeitamente difusoras

M = x L

x E

L

A taxa vetor iluminação/iluminação escalar é um parâmetro utilizadopara estimar adirecionalidadeda luz e suasqualidadesde modelaçãode objetos.

ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO


ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO

24 rES

E1

E2

2rEV

EMÁX = E1 – E2

S

V

E

Evaria entre

0 ambiente totalmente uniforme, sem sombras

4 ambiente de iluminação monodirecional

direção do vetor


Lei do inverso do Lei do inverso do quadrado da distânciaquadrado da distância

Lei do Lei do cossenocosseno

Lei da AditividadeLei da Aditividade

Leis fundamentais da iluminação

Iluminação produzida por fonte superficialIluminação produzida por fonte superficial

Leis fundamentais da iluminação

ângulo sólido

)cos.cos.

( 2D

ALE

fontefonteP

MODELO ANALÍTICO PARA O FENÔMENO DA

ILUMINAÇÃO NATURAL

).cos.cos.

( 2D

ALE céucéu

P

1

ângulo sólido

Refletância

Absortância

Transmitância

Propriedades óticas dos materiais

ρ + α + τ = 1

Propriedades óticas dos materiais

Mecanismos de controle da luz

- Reflexão

- Transmissão

(a) especular (b) difusa (c) semi

- Refração

1

1

2

1

2

1

(a) especular (b) difusa (c) semi

Benefícios do uso da cor

COR

“O uso adequado da cor ajuda na captura da antenção das pessoas, pode enfatizar e organizar as informações visuais, produzindo:- interesse visual;- valorização estética e decorativa;- aumento de produtividade;- redução do índice de acidentes.”

Imitar a realidade (aparência verdadeira)

COR

grama roxa??

grama é verde!!

COR

Imitar a realidade (aparência verdadeira)

Organizar e enfatizar as informações

COR

Contrastes Cromáticos e de Brilho

COR

Contraste Cromático

Alto Baixo

Contraste de Brilho

Alto Baixo

CLASSIFICAÇÃO DAS CORES

Percepção das cores

Cor pigmento

Cor luz(luz branca)


Mistura Aditiva (cor luz)

Mistura Subtrativa (cor pigmento)


Método de Munsell

RGBRed, Green & Blue

CMYKCian, Magenta, Yellow & Black

Atributos:- Croma- Saturação- Valor (brilho)


Refletância Refletância das Coresdas Cores


Modelo Espaço L*a*b (CIELAB)


Comparação entre as

medições de croma

maçã

limão

Reprodução de Cor

Luz natural Lâmpada incandescente

Lâmpada fluorescente

Lâmpada vapor de mercúrio

Índice de Reprodução de Cor - IRC

IRC = 100% IRC = 60 - 90%

IRC = 30 - 60% IRC = 30 - 60%

Reprodução de Cor

Aparência de cor TCC [K]

Fria (Branca-azulada) > 5.000

Intermediária (Branca) 3.300 - 5.000

Quente (branca-avermelhada) < 3.000

Cor da luz TC [K]

Vermelho 800 - 900

Amarelo 3.000

Branco 5.000

Azul 8.000 - 10.000

Temperatura de Cor [K]

Aparência de Cor

Reprodução de Cor

Aparência de cor da luz

Quente Intermediária Fria

< 500 agradável neutra fria

500 - 1.000

1.000 - 2.000 estimulante agradável neutra

2.000 - 3.000

> 3.000 inatural estimulante agradável

Iluminância [lux]

Iluminância X Aparência de Cor

Temperatura de Cor


COR

Produção de Efeitos

HARMONIA DRAMATICIDADE

Usar cores próximas no modelo de cor

Usar cores de alto contraste de luminosidade

Usar a mesma cor e variar o brilho

Usar cores de alto contraste cromático (cores complementares ou opostas na "roda das cores"

Usar a mesma cor e variar a saturação

Usar cores encontradas na natureza

Usar cores de maior comprimento de onda (vermelho, amarelo, laranja)

Não usar bordas de limite ou separação

Usar bordas de limite ou separação

Luz, visão e comportamento

Extrato físico

Extrato fisiológico

Extrato psicosocial

Comportamento fotométrico do conjunto

lâmpada + luminária (iluminâncias e luminâncias)

Níveis de Iluminância no interior

Geometria do ambiente interno e propriedades óticas

dos materiais

Aparência visual

(percepção)

Nível de adaptação

visual

Atitude

COMPORTAMENTO

Aproveitamento efetivo da luz

Visão

abertura

diafragma

filmelente

pálpebracórnea

írispupila Área foveal

(cones)

Área parafoveal(bastonetes)

Área parafoveal(bastonetes)

- foco distância lente – filme;

- abertura da lente controlada fotômetro.

- formato do cristalino;

- abertura da pupila controlada pela retina.

Campo visual

visão foveal

sobrancelhas

nariz e bochechas

Visão

CÂMERA

Vê e registra a cena

OLHO

Vê e o cérebro percebe e interpreta a cena:

- Memória

- Experiência

- Capacidade intelectual

Tendência à complementação

Visão

Visão

Contraste simultâneo

Visão

VisãoAs coisas que o nosso cérebro faz...!!!!Se os seus olhos seguirem o movimento do ponto rotativo cor de rosa, só verá uma cor: rosa. Se o seu olhar se detiver na cruz negra do centro, o ponto rotativo muda para verde.Agora, concentre-se na cruz do centro. Depois de um breve período de tempo, todos os pontos cor de rosa desaparecerão e só verá um único ponto verde girando. É impressionante como o nosso cérebro trabalha. Na realidade não há nenhum ponto verde, e os pontos cor de rosa não desaparecem. Isto deveria ser prova suficiente de que nem sempre vemos o que acreditamos ver...

Visão

Adaptação ao “brilho”

É a característica dominante da visão humana

“processo pelo qual os olhos se ajustam às condições de iluminação variáveis”

(1) Resposta neural rápida;

(2) Resposta média através da pupila;

(3) Resposta lenta pela produção/remoção de substâncias fotoquímicas na retina

(a) Faixa de adaptação;

(b) Velocidade de adaptação.

Desempenho da Tarefa Visual

Os “4” suficientes

ILUMINÂNCIA

LEVANTAMENTO DAS ILUMINÂNCIAS

K No de Pontos K 1 9

1 K 2 16 2 K 3 25

K 3 36

Malha de pontos

ANÁLISE DAS ILUMINÂNCIAS

Intervalo de iluminância Zona Classificação <(70% EM – 50 lux) insuficiente ruim

(70% EM – 50 lux) a 70% EM transição inferior regular 70% EM a 130%EM suficiente aceitável

130%EM a 1.000 lux transição superior bom > 1.000 lux excessiva ruim

Zoneamento de Iluminâncias

Diferença entre aluminância (brilho) de umobjeto e a luminância doentorno imediato desteobjeto.

CONTRASTE

TAMANHO

d

D

1' tand

D

OFUSCAMENTO

Quando o processo de adaptação não

transcorre normalmente devido

a uma variação muito grande da iluminação, pode

haver uma perturbação,

desconforto ou perda de visibilidade.

contraste saturação

OFUSCAMENTO

Tipo INABILITADOR, ou seja,impede a visão!!

Pode ocorrer por...

ÍNDICES DE OFUSCAMENTO

Luminância de “Véu”

Eo - iluminância da fonte de ofuscamento no plano da pupila; - ângulo entre a direção da visão e a fonte;

)5,1(

2,9 0V

EL

OFUSCAMENTO

Tipo PERTURBADOR ou DESCONFORTÁVEL, ou seja, não impede a visão mas coloca o sistema visual em esforço contínuo de ajuste (stress)

Pode ser caracterizado em função de 4 parâmetros...

1) Luminância da fonte;

2) Luminância do fundo;

3) Tamanho aparente fonte/fundo;

4) Direção de visão do observador;


A maioria dos índices de baseia-se na Constante G

Ls - luminância da fonte; Lb - luminância do fundo; s - tamanho aparente da fonte; f() - função de posição (P) que representa a influência da direção de visão do observador;

)(fL

LG

gb

fs

es

e, f, g - coeficientes

CONTROLE DE OFUSCAMENTO

Método Europeu

(Söllner) para controle de

ofuscamento direto

provocado pelo sistema de iluminação

artificial


Os índices mais usados foram obtidos para fontes artificiais (pequenas dimensões):

- BRS ou BGI (1950);

- Cornell equation GI/DGI (1972);

- CIE Glare Index (1979);

- VCP: Visual Comfort Probability (IES,1972);

DGR

VCPln3227,1374,6

2/2

2

100dte t


- UGR: Unified Glare Rating (ISO/CIE1992)


GI = 11,5 (< 21) GI = 27,5 (> 21)


Parece haver consenso nos estudos já realizados de que não deve haver desconforto por ofuscamento caso:- VCP seja maior que 70;- luminâncias máximas não excedam os valores:

Ângulo do nadir (graus) Luminância (cd/m2)

4555657585

77105500386025701695


70

ADAPTAÇÃO DA VISÃOCORREDOR E SALA ARQ-07 (ARQUITETURA E URBANIMO) - MANHÃ

ABSTENÇÃOACIONAMENTOLEGENDA

PONTOS0 Ev1 Ev2 Ev3 Ev4

cor.

cor.

porta

sl.

100

10

1000

10.000

100000

500

5.000

50.000 54% 46%

ADAPTAÇÃO DA VISÃO

SALA 248 (CCE) - MANHÃ


PONTOS0 Ev1 Ev2 Ev3 Ev4

cor.

cor.

porta

sl.

10

100

1000

10.000

500

5.000 21%

79%

ADAPTAÇÃO DA VISÃO

CORREDOR E SALA 5A (NDI)


PONTOSEv1 Ev2 Ev3 Ev40

cor.

cor.

porta

sl.

10

100

1000

10.000

500

5.000 23%77%

Luz, visão e comportamento

Extrato físico

Extrato fisiológico

Extrato psicosocial

Comportamento fotométrico do conjunto

lâmpada + luminária (iluminâncias e luminâncias)

Níveis de Iluminância no interior

Geometria do ambiente interno e propriedades óticas

dos materiais

Aparência visual

(percepção)

Nível de adaptação

visual

Atitude

COMPORTAMENTO

Aproveitamento efetivo da luz

Desempenho Custo

Escolha do equipamento

Lâmpadas

Luminárias

Instalações auxiliares

?

Classificação das lâmpadas

LED

A iluminação incandescente resulta do aquecimento de um filamento até um valor capaz de produzir irradiação na porção visível do espectro. O aquecimento se dá pela passagem da corrente elétrica pelo filamento que está dentro de um bulbo onde existe vácuo ou um meio gasoso apropriado (argônio e nitrogênio e em alguns casos criptônio). Este filamento deve possuir um elevado ponto de fusão, baixa pressão de vapor, alta resistência e ductibilidade (Tungstênio).

Lâmpadas Incandescentes

Incandescentes comuns Incandescentes refletoras

Incandescentes Halógenas

Vantagens

Desvantagens

“Estas lâmpadas não possuem filamento, a luz é produzida pela excitação de um gás (pela passagem da corrente elétrica) contido entre dois eletrodos. Esta excitação do gás contido no tubo de descarga produz radiação ultravioleta que, ao atingir a superfície interna do tubo, revestida por substâncias fluorescentes (geralmente cristais de fósforo), é transformada em luz (radiação visível).”

Lâmpadas de descarga gasosa

Dispositivos Auxiliares

Efeito estroboscópico

Controlado pelos reatores eletrônicos

Lâmpadas fluorescentes

Vantagens

Desvantagens

Lâmpadas a Vapor Mercúrio

VantagensDesvantagens

Lâmpadas a Vapor de Sódio

VantagensDesvantagens

Lâmpadas a Vapor Metálico

Características

Eficiência luminosa atinge 110 lm/W Durabilidade de 10.000h Espectro semelhante ao da luz do Sol

Lâmpadas a Microondas

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting Diode

São semicondutores em estado sólido que convertem energia elétrica diretamente em luz. O primeiro LED que se tem notícia foi produzido em 1907 e observado como um fenômeno de eletroluminescência, quando um cristal de SIC (carborundum) emitiu uma luz amarelada ao ser aplicada uma pequena corrente elétrica.

Na década de 60 – 70 diversas empresas foram pioneiras em usar LED’s vermelhos, baseados na tecnologia GaArP (Gálio, Arsênio e Fósforo).

Só em 1993, a empresa NICHIA, inventou o LED azul, que abriu caminho para o LED branco, o grande marco na indústria da iluminação.

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting Diode

LED indicador tradicional

LED de potência

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting Diode

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting DiodeÓtica Secundária

Refletores

Lentes+ eficientesmenores dimensões

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting Diode

Vida útil ~ 50.000 h Eficiência luminosa só maior que incandescentes Ausência de radiação UV (250 – 380 nm) e IV (> 780 nm) Acionamento instantâneo Cores saturadas, não há necessidade de filtros de cor Baixa tensão de operação Alto índice de reprodução de cor (ICR = 85% a 90%, para LED Branco com TC = 3000K, com fluxo mais baixo) componentes robustos

Lâmpadas tipo LED

Light Emiting Diode

Vantagens

Desvantagens

Gráfico comparativo de Eficácia Luminosa

LED

Tabela comparativa

L E DL E D

Temperatura de Cor

LEDRGB

Fósforo

7000

3000

70

90

Temperatura de Cor


Luminária é toda aquela aparelhagem que serve para modificar (controlar, distribuir e filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas: desviá-lo para certas direções (defletores) ou reduzir a quantidade de luz em certas direções para diminuir o ofuscamento (difusores).

Luminárias

Requisitos básicos:

Rendimento

Classificação das Luminárias

Classificação de luminárias parailuminação geral de acordo com odirecionamento do fluxo luminosoproposta pela CIE

Encarte Fotométrico

Um bom sistema de iluminação

Iluminação natural complementada com luz artificial;

Uso adequado de cores e criação dos contrastes;

Proporcionar um ambiente confortável com pouca fadiga, monotonia e sem acidentes.

Iluminação geral

Distribuição regular das luminárias garantindo um nível de

iluminamento uniforme sobre o plano de trabalho.

Planejamento da Iluminação

Plano de trabalho

Iluminação localizada

Concentra maior nível de iluminação sobre a tarefa.

A iluminação geral é em torno de 50% da iluminação sobre a

tarefa.

Iluminação combinada (geral + tarefa)A iluminação geral é complementada com focos de luz localizada.

A luz complementar é de 3 a 10 vezes superior a iluminação geral.

Este tipo de iluminação é recomendada:

• E > 1000 lux;

• A tarefa exige luz dirigida;

• Existência de obstáculos dificultando a propagação da iluminação geral

Planejamento da Iluminação

Iluminação Zenital (Iluminação de grandes áreas)

Iluminação Lateral

Iluminação Natural

Métodos de cálculo luminotécnico

Métodos

Método ponto-a-ponto

Método da Iluminância Média ou dos Lúmens

Roteiro

Catálogo


K ou

OU

( N )

Luminária

Pht

CU.PL.

ÁreaEN

( e < 1,5 Hm )

Método da Iluminância Média ou dos Lúmens


Tabela de Coeficiente de Utilização - TBS 050/M2 - 2 x T8 32W

Ex: IA ou K = 1,71 e refletâncias de teto = 70%, parede = 50% e piso = 20%


Determinação de Perda Luminosa (PL)

Com o tempo, paredes e tetos ficarão sujos. Os equipamentos de iluminação acumularão poeira. As lâmpadas fornecerão menor quantidade de luz. Alguns desses fatores poderão ser eliminados por meio de manutenção. Admitindo-se uma boa manutenção periódica, podemos adotar os fatores de depreciação ou perda luminosa de acordo com a tabela a seguir:

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