Instituto de Artes | Unicamp · LUZ NATURAL e PROJETO DE ARQUITETURA: Estratégias para...

Universidade de Brasília

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo

Programa de Pesquisa e Pós-graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo

Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre pelo Curso de Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Brasília.

Juliana Saiter Garrocho

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Cláudia Naves David Amorim

Brasília, 2005

��

II

JULIANA SAITER GARROCHO

LUZ NATURAL e PROJETO DE ARQUITETURA: Estratégias para Iluminação Zenital em Centros de Compras

Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre pelo Curso de Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Brasília.

Orientadora: Cláudia Naves David Amorim

Brasília, 2005

III

TERMO DE APROVAÇÃO

Juliana Saiter Garrocho

LUZ NATURAL e PROJETO DE ARQUITETURA: Estratégias para Iluminação Zenital em Centros de Compras

Dissertação aprovada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre pelo Curso de Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Brasília.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Cláudia Naves David Amorim

Departamento de Tecnologia, FAU-UnB

Prof.ª Dr.ª Marta Adriana Bustos Romero

Departamento de Tecnologia, FAU-UnB

Prof. Dr. Paulo Sérgio Scarazzato

Departamento de Tecnologia, FAU-USP

Brasília, 21 de dezembro de 2005

IV

Ao Lú, com amor.

Aos meus pais, com carinho.

À vovó Ângela (in memorian) com saudades.

V

AGRADECIMENTOS

À profª Cláudia Amorim, pela orientação, apoio e amizade.

À professora Marta Romero pela amizade, compreensão e pela possibilidade que me foi dada de trabalhar com a luz natural.

Ao Roberto Boldo, pela colaboração em desvendar o Rayfront.

Ao Grego, pela amizade e disponibilidade.

Ao amigo, Zé Carlos, pelo companheirismo e troca de conhecimento.

Ao PROCEL Edifica, do convênio FUB/Eletrobrás pela concessão da bolsa de mestrado (2005).

Ao CNPQ pela bolsa de pesquisa fornecida durante o ano de 2003.

À secretaria da PPG-FAU, em especial, o Junior e o João.

Aos profs. Ian Edmonds, Renato Castanheira e Fernando Rutkay pelas informações cedidas.

Ao profº Scarazzato por ter aceitado fazer parte da banca examinadora.

Aos queridos Liza, Marcos, Nina e Aninha pelo carinho de sempre e por toda amizade.

À amiga Darja pela constante solidariedade e amizade.

À amiga Delayse pelo carinho sempre maternal

Aos amigos Paulinha, Valério, Rejane e Ana Price pela torcida incondicional.

Aos queridos Gi, Claúdio, Dani, Gabi e Teteu; Beto, Dri e Luiza e a Kika que mesmo estando de longe sempre deram muito apoio e carinho.

Ao meu pai (seus gloriosos “jornais”) e à minha mãe, pelo amor, preocupação e dedicação.

Por fim, ao Lú, pelo seu imenso amor, companheirismo e, principalmente paciência durante esses anos...

VI

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS IX

LISTA DE TABELAS XII

RESUMO XIII

ABSTRACT XIV

INTRODUÇÃO 1

Justificativa 5

Objetivos 6

Estrutura do trabalho 7

CAPÍTULO 01 - CLIMA, LUZ NATURAL E ARQUITETURA 9

1.1. O CLIMA COMO CONDICIONANTE DE PROJETO 9

1.1.1 Radiação Solar: 10

1.1.2 Temperatura 11

1.1.3 Vento 12

1.1.4 Umidade 12

1.2 CARACTERIZAÇÃO DO CLIMA 13

1.2.1 Clima de Brasília 13

1.2.2 Zoneamento Bioclimático: estratégias de projeto para Brasília 15

1.2.3 Brasília: caracterização do céu e disponibilidade de luz natural 17

1.3 LUZ NATURAL 22

CAPÍTULO 02 - LUZ NATURAL: Conforto Visual , Fontes e Grandezas Físicas 24

2.2 GRANDEZAS FÍSICAS 24

2.2.1 Componente Celeste – CC 25

2.2.2 Componente Refletida Externa - CRE 25

2.2.3 Componente Refletida Interna - CRI 25

2.2.4 Fator de luz do dia (DF) 25

2.2.5 Iluminância (E) 26

2.2.6 Luminância (L) 27

2.2.7 Uniformidade: 28

2.2.8 Contraste (C) 28

2.2.9 Ofuscamento 29

2.3 LUZ NATURAL: fontes 29

2.3.1 Luz do Sol 30

2.3.2 Luz do Céu 30

2.4 FENÔMENOS FÍSICOS DA LUZ 33

2.4.1 Reflexão, Transmissão e Absorção 33

2.4.2 Lei do Cosseno 35

2.4.3 Refração 36

2.4.4 Difração 36

CAPÍTULO 03 -ILUMINAÇÃO ZENITAL E SUA APLICAÇÃO NA ARQUITETURA 37

3.1 ILUMINAÇÃO NATURAL E ARQUITETURA 37

VII

3.2 ILUMINAÇÃO LATERAL 37

3.3 ILUMINAÇÃO ZENITAL 38

3.3.1 Tipologias de Aberturas Zenitais 39

3.3.1.1 Lanternin 39

3.3.1.2 Sheds para Sul 40

3.3.1.3 Clarabóia 40

3.3.1.4 Átrio ou Teto de dupla inclinação 40

3.3.2 Tipologias de edifícios com iluminação zenital 41

3.3.2.1 Museus – espaços culturais 41

3.3.2.2 Edifícios de escritórios 43

3.3.2.3 Edifícios comerciais 44

3.3.2.3.1 Evolução histórica dos centros de compras 44

3.3.2.3.2 Tendências atuais 46

3.3.2.3.3 Centros de compras em Brasília 47

3.3.3 Conclusão 49

CAPÍTULO 04 -TECNOLOGIAS E SISTEMAS PARA USO DA LUZ NATURAL 51

4.1 CARACTERÍSTICAS DOS FECHAMENTOS TRANSPARENTES 51

4.2 MATERIAIS CONVENCIONAIS 53

4.2.1 Vidros 53

4.2.1.1 Vidro Comum 53

4.2.1.2 Vidro Termo - absorvente 53

4.2.1.3 Vidro Laminado 53

4.2.1.4 Vidro Refletivo 53

4.2.2 Acrílico 54

4.2.3 Policarbonato 54

4.3 COMPONENTES ARQUITETÔNICOS E SISTEMAS PARA A LUZ NATURAL 54

4.3.1 Componentes de Condução 55

4.3.2 Componentes de Passagem 55

4.3.3 Elementos de Controle 56

4.4 SISTEMAS AVANÇADOS PARA USO DA LUZ NATURAL 56

4.4.1 Prateleiras de luz (light shelf) 58

4.4.2 Painéis Prismáticos 59

4.4.3 Laser Cut Panel (LCP) 60

4.4.4 Zenital Angular Seletivo (LCP) 63

4.4.4.1 Laser Cut Panel em aberturas zenitais em Brasília: exemplos de aplicação 64

4.4.4.2 Sistema Laser Cut Panel e as Aberturas Zenitais 65

4.4.4.2.1 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Equinócio de Outono e Primavera. 66

4.4.4.2.2 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Solstício de Inverno. 67

4.4.4.2.3 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Solstício de Verão 69

4.4.4.2.4 Conclusões do estudo geométrico 71

4.4.5 Plexiglas Daylight (Inglas Y) 72

4.4.6 Okasolar 72

VIII

CAPÍTULO 05 - ILUMINAÇÃO NATURAL: FERRAMENTAS E METODOLOGIAS 75

5.1 METOLOGIAS E FERRAMENTAS DISPONÍVEIS 75

5.1.1 Modelo em escala reduzida 75

5.1.2 Métodos Manuais: métodos gráficos, analíticos ou matemáticos convencionais. 76

5.1.3 Simulação Computacional 76

5.1.4 Programas computacionais estudados e trabalhados 78

5.1.4.1 3DSOLAR versão 1.2.8 Hochschul 80

5.1.4.2 RAYFRONT versão 1.04 81

5.2 PROCEDIMENTO DE ESTUDO 85

5.2.1 Elaboração do Modelo 86

5.2.2 Escolha das configurações dos zenitais 86

5.2.3 Critérios de análise da iluminação natural 88

5.2.4 Simulações computacionais 88

5.2.4.1 Condições de contorno 90

CAPITULO 06 - ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÕES 93

6.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES 93

6.1.1 Zenital 1 – Teto de dupla inclinação 100

6.1.1.1 Vidro incolor 100

6.1.1.2 Painel Prismático 101

6.1.1.3 Okasolar 103 6.1.2 Zenital 2 - Lanternin 103



6.1.2.3 Okasolar 104

6.1.3 Zenital 3 – Shed para Sul 105



6.1.3.3 Okasolar 106

6.2 CONCLUSÕES SOBRE OS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES 108

6.2.1 Material utilizado nas superfícies iluminantes 108

6.2.2 Configuração das aberturas zenitais 108

6.2.3. Utilização do software Rayfront 109

6.3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 110

6.4. SUGESTÕES PARA PROSSEGUIMENTO DO ESTUDO 111

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 112

IX

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Dados de Radiação Solar mensal num plano horizontal para a cidade de Brasília. Figura 1.2 - Zona Bioclimática 4 Figura 1.3 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando

a cidade de Brasília, Figura 1.4 - Carta solar de Brasília Figura 1.5 - Valores de iluminâncias do outono para Brasília no plano horizontal Figura 1.6 - : Valores de iluminâncias do inverno para Brasília no plano horizontal Figura 1.7 - Valores de iluminâncias da primavera para Brasília no plano horizontal. Figura 1.8 - Valores de iluminâncias do verão para Brasília no plano horizontal Figura 2.1 - Fontes de luz natural que alcançam o edifício. Figura 2.2 - Esquema do campo de visão em função dos níveis aceitáveis de luminância numa dada superfície Figura 2.3 - Modelo de céu claro Figura 2.4 - Modelo de céu claro Figura 2.5 - Modelo de céu parcialmente encoberto Figura 2.6 - Modelo de céu parcialmente encoberto Figura 2.7 - Modelo de céu encoberto Figura 2.8 - Modelo de céu encoberto Figura 2.9 - Processo que ocorre na superfície com a incidência da luz absorção, reflexão e transmissão. Figura 2.10 - Interação da luz incidente na superfície. Figura 2.11 - Lei do cosseno. Figura 2.12 - Refração numa superfície. Figura 2.13 - Difração da luz Figura 3.1 - Relação profundidade X altura do vão da abertura. Figura 3.2 - Relação do nível de distribuição da iluminação lateral A e iluminação zenital B em um ambiente. Figura 3.3 - Modelo de Lanternin Figura 3.4 - Exemplo de Shed. Figura 3.5 - Exemplo de Clarabóia. Figura 3.6 - Exemplo de átrio com teto com dupla inclinação. Figura 3.7 - Clarabóia da Pinacoteca do Estado de São Paulo Figura 3.8 - Clarabóia da Pinacoteca do Estado de São Paulo Figura 3.9 - Clarabóia da Pinacoteca do Estado de São Paulo Figura 3.10 - Cobertura tipo domus revestida com painéis prismáticos. Figura 3.11 - Iluminação zenital ao longo do Escritório Técnico da Gartner. Figura 3.12 - Edifícios de escritórios da Audi Headquarters. Figura 3.13 - Edifícios de escritórios da Audi Headquarters. Figura 3.14 - Edifício do Conjunto Nacional, centro de compras pioneiro na cidade de Brasília, está localizado na área central, às margens do Eixo Monumental. Figura 3.15 - Edifício do Conjunto Nacional, centro de compras pioneiro na cidade de Brasília, está localizado na área central, às margens do Eixo Monumental. Figura 3.16 - Edifício do Conjunto Nacional, centro de compras pioneiro na cidade de Brasília, está localizado na área central, às margens do Eixo Monumental. Figura 3.17 - Brasília Shopping, vista externa do complexo: centro de compras e torre composta por salas comerciais. Figura 3.18 - Vista interna da edificação; a abertura zenital proporciona entrada de luz tanto no 1º pavtº quanto no 2º pavtº. Figura 3.19 - Vista interna da edificação; a abertura zenital proporciona entrada de luz tanto no 1º pavtº quanto no 2º pavtº. Figura 4.1 - Classificação dos componentes arquitetônicos proposta por Baker et al

X

Figura 4.2 - Corte esquemático da prateleira de luz e seu funcionamento. Figura 4.3 - Exemplo de utilização de prateleira de luz abaixo de aberturas zenitais e seu funcionamento. Figura 4.4 - Esquemas com reflexão e refração da luz incidente num painel prismático. Figura 4.5 - Esquemas com reflexão e refração da luz incidente num painel prismático. Figura 4.6 - Esquemas com reflexão e refração da luz incidente num painel prismático. Figura 4.7 - Laser Cut Panel (LCP), sistema de re-direcionamento da luz natural. Figura 4.8 - Funcionamento do laser cut panel Figura 4.9 - Frações de luz refletida (f) e transmitida (1-f). Figura 4.10 - Fração de luz refletida X inclinação do ângulo de luz incidente em um laser cut panel colocado na vertical. Figura 4.11 - Transparência e amostragem do material. Figura 4.12 - Esquema de posicionamento do laser cut de acordo com a estação do ano. Figura 4.13 - Corte esquemático do laser cut panel fixado na janela com inclinação de 20º. Figura 4.14 - Corte esquemático do laser cut panel fixado na janela com inclinação de 20º. Figura 4.15 - Corte esquemático do laser cut panel fixado na janela com inclinação de 20º. Figura 4.16 - A luz solar direta A é refletida pelo componente enquanto a luz difusa B penetra na

edificação. Figura 4.17 - Laser cut panel colocado num zenital invertido – voltado para o interior da edificação. Figura 4.18 - Tentativa de simulação com laser cut panel no programa computacional Rayfront. Figura 4.19 - Equinócios de outono e primavera nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de inclinação. Figura 4.20 - Equinócios de outono e primavera nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 50º de inclinação. Figura 4.21 - Equinócios de outono e primavera nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 55º de inclinação. Figura 4.22 - Solstício de inverno nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de

inclinação. Figura 4.23 - Solstício de inverno nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 50º de inclinação. Figura 4.24 - Solstício de inverno nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 55º de inclinação. Figura 4.25 - Solstício de verão nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de inclinação. Figura 4.26 - Solstício de verão nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 50º de inclinação. Figura 4.27 - Solstício de verão nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 55º de inclinação. Figura 4.28 - Plexiglas colocado na parte superior da janela – luz difusa direcionada para o fundo da edificação. Croquis esquemáticos: comportamento da luz nos sistema fixado na vertical e horizontal. Figura 4.29 - Corte esquemático do sistema - fixação entre vidros. Figura 4.30 - Exemplo do Okasolar fixado em aberturas laterais e zenitais com ângulos de incidência solar a 15º, 45º e 60º. Figura 4.31 - Exemplo do Okasolar fixado em aberturas laterais e zenitais com ângulos de incidência solar a 15º, 45º e 60º. Figura 5.1 - Fluxograma de simulação. Figura 5.2 - Janela do Projeto Figura 5.3 - Janela que permite editar as propriedades dos objetos. Figura 5.4 - Visualização da modelagem. Figura 5.5 - Exportação do objeto modelado em 3D e lançamento para o programa Rayfront de simulação da luz natural. Figura 5.6 - Interface de ajuste dos parâmetros geográficos. Figura 5.7 - Seleção do tipo de céu, data e hora. Figura 5.8 - Seleção de materiais. Figura 5.9 - Janela com os parâmetros de simulação. Figura 5.10 - Janela de edição de dados referentes ao plano de medição. Figura 5.11 - Malha de pontos de medições lumínicas.

XI

Figura 5.12 - Fluxograma da metodologia de estudo. Figura 5.13 - Desenho esquemático da planta baixa e perspectiva do modelo elaborado. Figura 5.14 - Zenital 1 (teto de dupla inclinação). Figura 5.15 - Zenital 2 (lanternin). Figura 5.16 - Zenital 3 (shed p/ sul) Figura 5.17 - Imagem sintetizada – human sensitivity. Figura 5.18 - Imagem - greyscale. Figura 5.19 - Imagem – iso contour. Figura 5.20 - Imagem sintetizada – false color Figura 5.21 - Janela do programa DLN com dados de iluminâncias Figura 6.1: 22 de junho - 12h – céu claro. Superfície iluminante simulada com vidro incolor. Figura 6.2: Representação em false color do ambiente em 22 de junho - 12h – céu claro Figura 6.3: 22 de março - 16h – céu parcialmente encoberto Figura 6.4: Valores de iluminância no ambiente em 22 de março - 16h – céu parcialmente encoberto. Figura 6.5: Simulação com o painel prismático na superfície iluminante do teto de dupla inclinação – 23/09 – 12h – céu parcialmente encoberto. Figura 6.6: Simulação com o painel prismático na superfície iluminante do teto de dupla inclinação – 23/09 – 12h – céu parcialmente encoberto. Figura 6.7: Valores de iluminância obtidos no plano de medição para simulações com o software Rayfront Figura 6.8: Zenital 1: 22/12 -12h – céu encoberto Figura 6.9: Zenital 1: 22/12 -12h – céu encoberto Figura 6.10: Zenital 2: 22/06 -16h – céu claro – incidência de luz solar direta no ambiente. Figura 6.11: Zenital 2: 22/06 -16h – céu claro – incidência de luz solar direta no ambiente. Figura 6.12: 22 de junho - 9h céu claro Figura 6.13: 22 de junho - 9h céu claro Figura 6.14: Simulação em 22 de junho - 9h -céu claro com o sistema Okasolar nas superfícies iluminantes. Figura 6.15: Valores de iluminância na simulação do dia 22 de junho - 9h - céu claro lar. Figura 6.16: Simulação do dia 22 de junho - 9h -céu claro com vidro incolor nas superfícies iluminantes. Figura 6.17: Simulação do dia 22 de junho - 9h -céu claro com vidro incolor nas superfícies iluminantes. Figura 6.18: Valores de iluminância no ambiente simulado no dia 23 de setembro - 12h -céu parcialmente encoberto com painel prismático nas superfícies iluminantes. Figura 6.19: Valores de iluminância no ambiente simulado no dia 23 de setembro - 12h -céu parcialmente encoberto com painel prismático nas superfícies iluminantes. Figura 6.20: Simulação - 22 /12 (solstício de verão) - 12h -céu encoberto. Figura 6.21: Simulação - 22 /12 (solstício de verão) - 12h -céu encoberto. Figura 6.22: Valores de iluminância obtidos no plano de medição para simulações com o software Rayfront.

XII

LISTA DE TABELAS Tabela 1.1 - Dados climáticos de Brasília (valores mensais)

Tabela 1.2 - Estratégias bioclimáticas para Brasília.

Tabela 1.3 - Tempo de insolação, radiação solar incidente e altura solar ao meio-dia nos solstícios e equinócios para a latitude de Brasília.

Tabela 2.1 - Impressão visual em relação aos valores de Fator de luz Diurna (FLD).

Tabela 2.2 - Iluminâncias por classe de tarefas visuais.

Tabela 2.3 - Eficácia luminosa de diversas fontes de luz.

Tabela 4.1 - Incidência solar e indicação de envidraçados.

Tabela 4.2 - Classificação dos componentes para a luz natural.

Tabela 4.3 - Classificação dos Sistemas Avançados para a Luz Natural

Tabela 4.4 - Comparativo de materiais empregados em aberturas zenitais.

Tabela 5.1 - Softwares de simulação computacional da luz natural.

Tabela 5.2: Parâmetros adotados para análise da iluminação natural nos modelos simulados.

Tabela 5.3 - Respectivos índices de nebulosidade e condição de céu para Brasília.

Tabela 5.4 - Valores de iluminância para Brasília no plano horizontal.

Tabela 6.1 - Resultados simulações no programa RAYFRONT – Zenital 1.

Tabela 6.2 - Continuação dos resultados simulações – Zenital 1.





1

INTRODUÇÃO

A luz natural é uma das fontes de energia mais importantes para o homem desenvolver suas

atividades, pois é ela que proporciona a visão nítida do mundo. Além disso, todo ser vivo

depende da exposição à luz natural para ativar o ciclo de funções fisiológicas.

A luz natural sempre teve um papel importante na arquitetura, do ponto de vista estético e

simbólico, e em relação ao conforto e à iluminação funcional. Pois, a luz natural pode

proporcionar efeitos singulares em um determinado espaço, dando-lhe identidade própria,

criando aspectos cenográficos e características relevantes marcantes.

No entanto, para se projetar com a luz natural garantindo uma iluminação eficiente na

realização de qualquer tarefa proporcionando um ambiente visual agradável, torna-se

necessário conhecer suas vantagens e desvantagens.

Segundo Majoros (1998), dentre os aspectos positivos da luz natural pode-se dizer que a

qualidade da iluminação obtida é melhor, pois a visão humana desenvolveu-se com a luz

natural e a constante mudança da quantidade de luz natural no tempo e espaço é favorável,

pois proporciona efeitos estimulantes no ambiente. Todavia, é necessário também, conhecer

seus inconvenientes, como direcionalidade e altíssima intensidade, pois de acordo com

Amorim (2002c), a maior desvantagem da luz natural é sua imprevisibilidade.

Monitorar a iluminação natural numa edificação existente pode não ser um trabalho fácil;

mas, é importante considerar os instrumentos disponíveis aos arquitetos utilizados para o

maior aproveitamento da luz natural. Dentre os componentes arquitetônicos1 classificados por

Baker et al (1993) – componente de condução, de passagem e elementos de controle – optou-

se pesquisar o componente de passagem zenital, pelo fato de permitir uma maior

uniformidade de distribuição da luz natural em relação à iluminação lateral, uma vez que, em

geral, segundo Vianna e Gonçalves (2001), as aberturas estão uniformemente distribuídas pela

área de cobertura e têm suas projeções paralelas ao plano de utilização ou de trabalho.

Existem diferentes configurações de aberturas zenitais como modalidade de iluminação

natural para serem utilizadas como solução de projeto favorável na melhoraria da quantidade

e da qualidade de luz no espaço interno. Entretanto, a iluminação zenital é pouco estudada, e

verifica-se uma carência na literatura portuguesa de publicações sobre suas características e

desempenho ambiental, diferentemente da iluminação lateral, que é encontrada em extenso

volume.

Do ponto de vista ambiental, a edificação deve proporcionar ao usuário, acima de tudo, uma

condição mínima de habitabilidade seguida de uma sensação contínua de bem estar. Vale

1 Componentes arquitetônicos - têm como função o controle da quantidade e qualidade da luz natural empregada e o papel que vão exercer na arquitetura projetada (BAKER et al, 1993).

2

ressaltar que, com relação aos aspectos de iluminação, conforto térmico e luminoso2 (subáreas

do conforto ambiental), no projeto arquitetônico devem ser considerados conjuntamente. Esta

visão integrada torna possível também, o bom desempenho energético da arquitetura que,

sendo adequada às necessidades do usuário, resulta, sobretudo, em ambientes mais

confortáveis e eficientes energeticamente.

Nesse sentido, é importante frisar que, para se obter a eficiência energética em uma

edificação, a iluminação natural deve ser projetada em conjunto com o sistema de iluminação

artificial. Pois, através do uso otimizado da luz natural, consegue-se a redução do uso da luz

artificial, de forma que quando a luz natural é suficiente em um determinado ambiente, a luz

artificial pode ser desligada ou diminuída.

No contexto brasileiro3, principalmente, a utilização da iluminação natural reflete-se

diretamente na energia gasta em ar condicionado e iluminação artificial. Em grande parte das

cidades brasileiras, como Brasília - cidade foco deste estudo -, por exemplo, a luminosidade

do céu é intensa, anualmente a radiação solar é de 2365,3 horas por ano4, o que permite

reduzir bastante o uso da luz artificial na maioria dos edifícios. Podem-se reduzir também os

custos com ar condicionado, pois de acordo com Amorim (2002c), a luz natural produz menos

calor por unidade de iluminação do que a maioria das luzes artificiais, reduzindo, portanto,

também a carga do ar condicionado.

Verifica-se que, atualmente, têm se desenvolvido principalmente na Europa Central, nos

Estados Unidos e Austrália, diversas tecnologias e sistemas avançados5, apropriados para

serem empregados no melhor aproveitamento e otimização do uso da luz natural. Esses

sistemas, como por exemplo - os painéis prismáticos, o laser cut panel e o Okasolar -

geralmente, podem ser aplicados tanto em aberturas laterais quanto zenitais, e têm como

principais características bloquear a entrada de luz solar direta e conduzir a luz difusa para o

interior do edifício. E ainda, podem ser utilizados como estratégia de projeto, tanto em novos

edifícios como em reformas, para obter maior conforto ambiental e eficiência energética em

edificações.

2 Conforto luminoso (visual) é o principal determinante da necessidade de iluminação em um edifício. É entendido como a existência de um conjunto de condições, num determinado ambiente, no qual o ser humano pode desenvolver suas tarefas visuais com o máximo de precisão visual, com o menor esforço, com menor risco de prejuízos à vista e com reduzidos riscos de acidentes. Estas condições, segundo Lamberts et al (1997) estão relacionadas aos requisitos necessários para ocorrência tranqüila do processo visual (visão), podendo ser classificadas como: iluminância suficiente (em atendimento à norma brasileira NB 57); uniformidade de iluminação; ausência de ofuscamento; modelagem dos objetos (as sombras são importantes para definir a forma e posição dos objetos no espaço, quando não há outras referências). 3 Na Europa, por exemplo, o maior consumo de energia em edifícios não residenciais é a iluminação artificial: quase 50% (AMORIM, 2002d). Desta forma, os maiores propósitos dos projetos arquitetônicos que buscam eficiência energética são a otimização da luz natural, além do aquecimento solar passivo e o resfriamento passivo. (Sistema passivo – sistema que utiliza meios não mecânicos e não elétricos para satisfazer as cargas de aquecimento, iluminação e esfriamento). 4 Normais Climatológicas de Brasília (1961-1990). INMET. Brasília. DF, 2004. 5 Um sistema avançado para a luz natural é uma adaptação na janela ou no zenital que tem como objetivo otimizar a quantidade e a distribuição de luz natural. Estes sistemas utilizam a luz do zênite e do céu de maneira eficiente, guiando-a com maior profundidade e uniformidade para o interior dos ambientes (BAKER et al, 1993).

3

Estes sistemas, no entanto, requerem um estudo detalhado com relação ao seu posicionamento

na construção, pois a sua utilização otimizada depende da latitude e orientação em que serão

empregados. Diante disso, optou-se utilizar a simulação computacional como metodologia de

estudo para avaliação de tecnologias e sistemas avançados para o uso otimizado da luz

natural, em superfícies iluminantes de aberturas zenitais.

O uso da simulação computacional propicia a visualização dos efeitos da entrada de luz difusa

e direta através das aberturas zenitais ao longo do ano em um processo relativamente

instantâneo, que permite a verificação da adequação do dimensionamento e localização de

aberturas, os efeitos do uso de materiais, texturas e cores na iluminância e na distribuição de

luz nos ambientes. A realidade virtual criada por computadores e programas específicos

facilita amplamente a obtenção de uma imagem sintetizada do projeto de arquitetura e dos

cálculos relativos à iluminação natural de ambientes.

Estudos anteriores realizados por Cobella e Yannas (1998), Amorim (2000) e Christakou

(2004) de análise de edifícios tendo em vista a aplicação de sistemas naturais de iluminação,

utilizando a simulação computacional como ferramenta para o cálculo da iluminação natural,

deixaram explícita a importância do emprego de estratégias e tecnologias passivas no projeto

arquitetônico, desde sua concepção, para a diminuição do consumo de energia e dos impactos

ao meio ambiente natural, como também, na obtenção de ambientes com maiores condições

de conforto.

A preocupação com o consumo de energia elétrica e com o meio ambiente natural é,

atualmente, uma questão relevante. Não é raro observar diversos países com suas legislações

reformuladas, com uma preocupação notória com as questões energético-ambientais,

incluindo a busca pelo conforto nos ambientes construídos. Estudado em diversos níveis, de

acordo com Frota (1995) o conforto ambiental6 é considerado como um dos principais

objetivos da arquitetura; busca parâmetros adequados para o projeto e avaliação do

desempenho do espaço construído, visando ao máximo o bem estar do usuário.

Um novo paradigma surgiu na década de 70, obrigando a uma reavaliação, em todos os

níveis, das estratégias energéticas de produção e consumo de energia utilizadas até então.

Segundo Pessoa et al (2002), o uso indiscriminado e predatório das fontes convencionais e a

disseminação das instalações nucleares colocaram de forma enfática o problema do impacto

ambiental e da limitação das fontes energéticas exploradas inadequadamente há tempos.

O desafio no cenário atual é mudar e substituir o comportamento convencional dos

consumidores, característico do padrão produtivo e de consumo massivo, visando racionalizar

6 Conforto Ambiental - compreende o estudo das condições térmicas, acústicas, luminosas e energéticas e os fenômenos físicos a elas associados como um dos condicionantes da forma e da organização do espaço. O conceito de conforto ambiental em Arquitetura está ligado à questão de proporcionar ao usuário de uma edificação, as condições básicas necessárias de habitabilidade, utilizando-se racionalmente os recursos disponíveis (FROTA, 1995).

4

o uso da energia e apontar medidas de utilização mais responsável, considerando não só o

presente momento, mas seu impacto global no futuro.

O crescimento acumulado no consumo de energia elétrica mais alto nos últimos anos é do

setor comercial - cresceu de 70,1%, em 1988, para 89,7%, em 1993 - segundo dados do BEN

– Balanço Energético Nacional (1999). Os principais fatores que influenciaram o crescimento

deste setor, segundo Lomardo et al (1998), foram: expansão e abertura de novos centros de

compras (shopping centers7) com forte crescimento do sistema franchising; aumento da

terceirização na economia e uso crescente dos portos marítimos.

De acordo com a ABRASCE, Associação Brasileira de Shopping Centers (1998), os centros

de compras do país consomem cerca de 100,5 GWh/mês, energia suficiente para abastecer

uma cidade de 1 milhão de habitantes; 1 milhão de m3/mês de água; 200 mil TR de ar-

condicionado. Além disto, os edifícios não residenciais, em geral, são os que apresentam

maior potencial de economia energética, nos usos finais de iluminação e de ar condicionado.

Os centros de compras, em especial, possuem recursos financeiros para investir em novas

tecnologias para conforto e economia energética.

Pode-se, então, questionar quais as soluções que estão sendo propostas para se amenizar os

impactos causados por este setor e, principalmente, pelas edificações do tipo centros de

compras, consideradas grandes vilãs em termos de consumo energético.

Em edifícios comerciais, analisa Lamberts et al (1997), o uso de ar condicionado decorre,

muitas vezes, da necessidade de aumentar as condições interiores de conforto e,

conseqüentemente, de produtividade. Nestes edifícios, o isolamento do ar exterior pode evitar

a poluição sonora e ambiental, principalmente nos grandes centros urbanos.

Entretanto, através deste estudo, pôde-se identificar nas tipologias de centros de compras,

somente “tímidas” tendências em direção a uma arquitetura sustentável8. O que se verifica,

tanto no Brasil quanto no exterior, são preocupações com relação a uma maior utilização da

iluminação natural. No exterior, devido às normas e leis que permeiam esta questão e, no

Brasil, pela recente preocupação com o racionamento de energia9.

7 Entende-se como shopping centers, um centro de compras planejado; desenvolvido em um único edifício, ou grupo de edifícios devidamente articulados, contendo lojas de diversos varejistas, com serviços de estacionamento, segurança, manutenção, etc - em comum - pensado como unidade e administrado por um único dono. Na Inglaterra, a nomenclatura shopping centers é usada para designar os distritos comerciais, planejados ou não; enquanto na América é usado para definir o estabelecimento comercial do tipo shopping center voltado, fundamentalmente, para a administração do negócio e marketing comercial. (VARGAS, 2001) 8 De acordo com Sabatella (2002), a arquitetura sustentável estuda as possibilidades de se efetuar de maneira eficiente as interfaces de um projeto, sejam através da escolha do sítio, utilização de materiais de construção adequados, da orientação da edificação, da eficiência das aberturas, do estudo da ventilação e da insolação, dos ganhos e perdas térmicas, do estudo do microclima e do macroclima, do impacto ambiental, da vegetação e/ou dos aspectos culturais. 9 O consumo energético de iluminação nesse setor (centros de compras) gira em torno de 49%, segundo Lamberts et al

(1997), valor este altíssimo, pois é praticamente a metade do consumo total das edificações. Aproximadamente 34% deste consumo é computado para ar condicionado e o restante para os demais equipamentos, como escadas rolantes e elevadores.

5

Portanto, como as edificações do tipo centro de compras utilizam basicamente a iluminação

zenital como modalidade de iluminação, devido às suas características arquitetônicas,

pretende-se analisar o desempenho de diferentes tipologias de aberturas zenitais nestes

edifícios, com relação aos aspectos de iluminação, objetivando a otimização do conforto

ambiental e eficiência energética.

JUSTIFICATIVA

No intuito de se racionalizar o uso da energia e apontar medidas de utilização mais

responsável, não só no presente, mas considerando seu impacto global no futuro, passou a

existir uma preocupação mundial em modificar e substituir o comportamento convencional

dos consumidores, característico do padrão produtivo e de consumo massivo.

O uso contínuo de energia é possivelmente o maior impacto ambiental característico de um

edifício, e por isso o projeto energeticamente eficiente deve ser a prioridade máxima. Isto está

relacionado com diversos aspectos, dentre eles, a utilização de fontes renováveis de energia, a

minimização das cargas de resfriamento e a otimização da luz natural.

Se buscamos a criação de uma sociedade ecologicamente sustentável, porque não usarmos

tecnologias que reforcem e ampliem o uso da luz natural? A luz natural oferece enormes

vantagens, e pode ser utilizada como estratégia para obter maior qualidade ambiental e

eficiência energética em edifícios. Dentre os outros pontos positivos (já anteriormente

citados) da luz natural, temos que: a luz natural permite valores mais altos de iluminação, se

comparados à luz elétrica; além disso, a carga térmica gerada pela luz artificial é 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 artificial; a luz natural é fornecida

por fonte de energia renovável: é o uso mais evidente da energia solar. (MAJOROS, 1998).

Além disso, tanto a reestruturação ou reabilitação quanto a construção de novos edifícios

oferecem muitas oportunidades para melhorar o desempenho da iluminação natural; inúmeras

intervenções são possíveis, e muitas tecnologias e componentes arquitetônicos para o uso da

luz natural estão disponíveis.

Um grande impasse, é que muitas vezes, os projetistas desconhecem tais tecnologias ou

encontram dificuldades em empregá-las. A disseminação de informações é muito importante

para que a utilização destas estratégias em larga escala possa tornar-se de fato concreta

contribuindo para a sustentabilidade da arquitetura de forma tangível.

Propõe-se a cidade de Brasília como contexto de estudo, devido a várias razões:

primeiramente, observa-se que tanto em prédios públicos quanto em prédios comerciais, de

maneira geral, ocorre a adoção de soluções padronizadas (como as fachadas envidraçadas e

janelas fixas, por exemplo), gerando desperdício energético e desconforto para os usuários;

6

em segundo lugar, quase toda a energia elétrica distribuída10 em Brasília provém de usinas

hidrelétricas, do sistema das regiões Sul e Sudeste do país; devido especialmente a sua

vulnerabilidade com relação ao armazenamento de energia. (Balanço Energético do Distrito

Federal, 2002)

Em projetos de centros de compras, em especial, verifica-se que há muita ênfase na

arquitetura interna e no projeto de iluminação. Esta última tendência tem ocasionado o retorno

da luz natural, mais por uma questão de otimização da condição de conforto do ambiente do

que por razões de consumo energético. De acordo com Amorim (2000), existe uma certa

uniformidade na arquitetura dos centros de compras em todo o mundo, quase como se fosse

um “estilo internacional”, ignorando a peculiaridade climática e ambiental de um determinado

lugar.

A utilização de aberturas zenitais em centros de compras para entrada da luz natural é uma

forte tendência atual. Mas a maior parte destes elementos são projetados de forma arbitrária,

sem um sistema efetivo de controle da luz direta e proteção solar do ambiente. Além disso, a

iluminação zenital é sempre vista como uma intervenção de custo inicial alto sendo muito

pouco discriminada e estudada pelos projetistas.

Os centros de compras, particularmente, possuem capacidade financeira para investir em

novas tecnologias para conforto e economia energética. É interessante notar que uma efetiva

integração do dispositivo de controle solar nestes edifícios poderia ajudar a obter um eficaz

equilíbrio entre resfriamento e iluminação natural, especialmente em climas quentes.

OBJETIVO GERAL

Como objetivo geral pretende-se avaliar o desempenho de configurações de aberturas

zenitais nos projetos arquitetônicos de edifícios do tipo centros de compras em Brasília, bem

como, a utilização de tecnologias e sistemas avançados em suas superfícies iluminantes para a

obtenção de conforto térmico e luminoso dos mesmos.

OBJETIVO ESPECÍFICO

Como objetivos específicos busca-se:

1. Estudar a iluminação zenital, considerando a configuração de suas aberturas e seu

desempenho ambiental no edifício; explorar como a forma arquitetônica pode auxiliar

ou guiar a entrada da iluminação natural na edificação.

10 O Distrito Federal é especialmente vulnerável com relação ao armazenamento de energia. A Companhia Energética de Brasília (CEB) atua como distribuidora de energia, adquirindo 98,3% da energia -conforme o Balanço Energético do Distrito Federal (2002) -, que é distribuída aos consumidores. Isto reflete o alto grau de dependência da região com relação à energia elétrica. Para agravar este quadro, o consumo de energia elétrica cresceu muito na região nos últimos anos, devido à criação de novas áreas urbanas no entorno.

7

2. Investigar estratégias de projeto, tais como componentes arquitetônicos ou sistemas

avançados para o uso da luz natural em aberturas zenitais ou em conjunto com as

mesmas, no intuito de encontrar equilíbrio entre a otimização da luz natural e a

artificial, como também a redução da carga térmica no edifício;

3. Pesquisar os softwares de simulação de iluminação existentes, a fim de escolher o

instrumento adequado para realizar as simulações das estratégias projetuais e

tecnológicas escolhidas para os edifícios; fazer uma análise de desempenho do

software escolhido para as situações examinadas;

4. Estudar o painel prismático e o Okasolar, sistemas considerados promissores para o

uso otimizado da luz natural, avaliando seu desempenho com relação ao contexto

climático da cidade de Brasília;

5. Realizar simulações com o software escolhido para as configurações de aberturas

zenitais e componentes e sistemas mais promissores, elaborando recomendações para

o uso dos mesmos e para aberturas zenitais em geral, considerando o clima de Brasília;

6. Realizar uma análise paramétrica11 das diversas soluções e estratégias de projeto,

utilizando-se a simulação computacional como instrumento de auxílio na melhoria da

iluminação natural desta tipologia de edifício.

ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho estrutura-se em seis capítulos:

Capítulo 01 - Clima, Luz Natural e Arquitetura

Aborda as questões relativas ao clima de maneira geral, e mais especificamente o da cidade de

Brasília, foco do estudo de caso, enfatizando a disponibilidade de luz natural e a

potencialidade da região no uso de sistemas passivos como condicionante de projeto.

Capítulo 02 -Luz Latural: Conforto Visual, Fontes e Grandezas Físicas

Abrange o conforto luminoso e as condições mínimas necessárias para o ser humano poder

desenvolver suas tarefas visuais, descrevendo algumas grandezas físicas e termos

correlacionados com a luz natural e suas fontes.

Capítulo 03 -Iluminação Zenital e sua Aplicação na Arquitetura

Relata o uso da iluminação através de aberturas zenitais, suas principais características e

diferentes tipologias. E enfatiza a constante aplicação da iluminação zenital em tipologias de

centros de compras, através de uma breve descrição de sua arquitetura, características e

tendências atuais.

11 Paramétrico - relativo a parâmetro. Todo elemento cuja variação de valor modifica a solução dum problema sem lhe modificar a natureza. (Dicionário Aurélio de Língua Portuguesa)

8

Capítulo 04 -Tecnologias e Sistemas para uso da Luz Natural

Descreve as tecnologias e sistemas avançados disponíveis, atualmente, para o uso otimizado

da luz natural no projeto de arquitetura.

Capítulo 05 - Iluminação Natural: Ferramentas e Metodologias

Analisa as ferramentas e metodologias existentes para o cálculo da luz natural. Definição da

simulação computacional como metodologia de trabalho, e descrição desta.

Capítulo 06 - Análise dos Resultados e Conclusões

Desenvolve a análise e conclusão dos resultados obtidos com a simulação computacional de

tecnologias e sistemas avançados para o uso otimizado da luz natural, em superfícies

iluminantes de aberturas zenitais.

9

CAPÍTULO 01

CLIMA, LUZ NATURAL E ARQUITETURA

Este capítulo aborda as questões relativas ao clima de maneira geral, e mais especificamente o

da cidade de Brasília, foco do estudo de caso, enfatizando a disponibilidade de luz natural e a

potencialidade da região no uso de sistemas passivos como condicionante de projeto. Em

seguida descreve-se a luz natural e sua relação com o projeto de arquitetura.

1.1. O CLIMA COMO CONDICIONANTE DE PROJETO

A Terra abastece o homem de alimentos, água e oxigênio necessários para viver, mas isto não

basta para assegurar sua sobrevivência. As condições climáticas nas distintas regiões do

mundo podem variar muito e serem bastante inóspitas para os seres humanos.

O corpo humano tem desenvolvido suas próprias estratégias (como a pigmentação, por

exemplo) para estar bem preparado na luta por sua sobrevivência. Mas, a proteção mais

importante contra as condições externas desfavoráveis ainda são as vestimentas e as

habitações.

Em todo o mundo, as habitações humanas devem cumprir as mesmas necessidades básicas:

proteção e conforto (BEHLING, 2002). Entretanto, as formas e elementos tipológicos das

edificações variam visivelmente de uma região para outra e dependem ainda das diferentes

culturas, dos materiais locais disponíveis e das condições climáticas predominantes.

Não foi por acaso que homens de diferentes continentes e culturas, diante de situações

climáticas similares, chegaram independentemente a soluções parecidas, todavia,

desenvolvendo formas de construção específicas para cada região.

De acordo com Romero (2001) a otimização do ambiente interno é um dos objetivos mais

importantes do projeto arquitetônico. Sua realização depende de um profundo conhecimento

do clima e de seus efeitos sobre os elementos construídos. Entende-se por clima o conjunto de

fenômenos meteorológicos que definem a atmosfera de um lugar determinado. Não há duas

zonas que tenham o mesmo clima; os parâmetros que o determinam sempre apresentam

valores diferentes (RIVERO, 1986).

Uma das principais funções de uma edificação é a de atenuar as condições negativas e

aproveitar os aspectos positivos oferecidos pela localização e pelo clima. Portanto, trata-se de

neutralizar as condições climáticas desfavoráveis e potencializar as favoráveis, tendo em vista

o conforto dos usuários.

Olgyay (1969:41) comenta que: “se querem encontrar soluções arquitetônicas que resolvam

os problemas apresentados por um clima específico, para obter construções climáticas

10

balanceadas, é necessário estabelecer um método que relacione os distintos fatores do clima

e os ordene em importância”. Para isso, é necessário considerar, que o clima afeta o corpo

humano pela interação de seus fatores.

De acordo com Lamberts et al (1997), para entender os fatores e os processos que determinam

as particularidades dos diferentes climas, deve-se separar e estudar, individualmente, os

elementos que interferem nesse processo; denominados também de variáveis climáticas. O

conhecimento destes elementos é indispensável para se iniciar qualquer projeto de

edificações, são eles: a radiação solar, a temperatura, o vento e a umidade.

1.1.1 Radiação Solar:

A radiação solar é a energia transmitida pelo sol sob a forma de ondas eletromagnéticas, ou

seja, ondas constituídas de campos elétricos e magnéticos oscilantes, e se propagam com uma

velocidade constante no vácuo (BITTENCOURT, 2004).

As várias formas de radiação, caracterizadas pelo seu comprimento de onda, compõem o

espectro eletromagnético. A radiação eletromagnética do sol chega em todos os comprimentos

de onda ou freqüências, mas principalmente entre 200 e 3000 nanômetros (nm) subdivididos

em: radiação ultravioleta (UV): UVA, UVB e UVC – 200 a 380 nm; radiação térmica

(infravermelho): 700 a 10.000 nm; radiação visível: 380 a 770 nm. A radiação (UV)

ultravioleta corresponde a uma parte muito pequena do índice total de energia proveniente do

sol, aproximadamente 8% - 9%; a escala visível representa 46% - 47% e os 45% restantes

estão na escala infravermelha (ROBBINS, 1986).

De acordo com Caram (1997) a parcela de UV, de comprimento de onda entre 290nm e

380nm, não representa uma fonte de calor e tampouco uma fonte de luz, mas deve ser evitada

porque compromete a durabilidade dos materiais. A parcela de radiação visível do espectro

corresponde aos comprimentos de onda compreendidos entre 380nm e 780nm e representa

apenas uma fonte de luz. Esta faixa do espectro para a qual o olho humano é sensível, garante

as condições de iluminação natural dos ambientes, assim como o contato entre o meio externo

e o interior das edificações. A parcela de infravermelho próximo, cujo comprimento de onda

vai de 780nm a 2500nm, representa apenas uma fonte de calor e não pode ser captada pelo

olho humano. Acima de 2500nm (2500 a 3000nm) existem radiações infravermelhas longas

que são emitidas pelos corpos já aquecidos pela radiação solar (como o piso do entorno, as

edificações vizinhas, etc).

A radiação solar que atinge a atmosfera terrestre pode de alguma forma: alcançar o solo (com

as devidas filtragens); ser difundida pela atmosfera, ser espalhada pelas nuvens, ou então, ser

refletida pelo solo. Desta maneira, a intensidade com que a radiação atinge a Terra dependerá:

da densidade do ar através do qual os raios devem penetrar, da nebulosidade local, da

quantidade de partículas em suspensão e do meio circunstante.

11

O eixo de rotação da Terra em relação ao sol está inclinado mais ou menos 23,5º (em relação

ao sol) o que modifica a forma como a Terra recebe a radiação influenciando na duração do

dia e das estações do ano. Nos equinócios (22/03 e 23/09) os dias têm a mesma duração que

as noites, o que não ocorre nos solstícios (22/06 e 22/12). O recebimento de energia em

qualquer localidade do planeta depende da posição do sol no céu, independentemente de sua

latitude e é esta posição que define a altura do sol em relação aos observadores na superfície

da Terra.

A radiação solar que atravessa diretamente e completamente a superfície da Terra é

denominada de radiação solar direta. A radiação que foi dispersa fora do feixe direto é

chamada radiação solar difusa. A soma da componente de luz solar direta e a componente

difusa da luz do dia que incide sobre uma superfície horizontal resultam na radiação solar

global, bem como na quantidade incidente desta radiação.

A radiação solar direta chega em linha reta, atravessando a atmosfera desobstruída. A

radiação difusa chega a Terra após ser dispersa na atmosfera por moléculas de ar, partículas

de nuvens e outros. A radiação difusa é medida tipicamente em uma superfície horizontal, ou

seja, uma superfície horizontal recebe inteiramente a radiação difusa da abóbada celeste

(180°). Por outro lado, a superfície vertical receberá somente a radiação difusa de metade da

abóbada do céu, independente de sua orientação. A radiação direta também pode ser medida

em um plano horizontal ou em uma superfície atingida pelos feixes de luz (ROBBINS, 1986).

1.1.2 Temperatura

A variação da temperatura na superfície da Terra resulta basicamente dos fluxos das grandes

massas de ar e da diferente recepção da radiação do Sol de local para local.

Através dos dados climáticos obtidos nas normais climatológicas ou em Anos Climáticos

(TRY – Test Reference Year)12, pode se conhecer o comportamento da temperatura do ar para

um determinado local ao longo do ano.

Vale ressaltar que, para uma mesma temperatura, a sensação de conforto térmico, tanto no

meio externo quanto no meio interno, pode ser diferente em função de variáveis como o vento

e a umidade do local.

De acordo com Rivero (1986) em climas secos, a diferença entre as temperaturas mínima e

máxima diária é maior do que em climas úmidos. Durante o dia a radiação solar incidente no

plano horizontal é menor no clima úmido por causa da nebulosidade, aumentando também a

perdas por evaporação. Durante a noite, as nuvens num clima úmido impedem a perda de

calor por radiação.

12 Ano Climático de Referência é a base de dados mais precisa, segundo Lamberts et al (1997), para uma análise completa da adequação da edificação ao clima local.

Radiação direta

Radiação difusa

12

1.1.3 Vento

Direção, velocidade, variação e freqüência são as características mais importantes em relação

aos ventos. As variações a que estão sujeitos os ventos são refletidas nos dados velocidade e

direção, direção esta que sempre se refere à sua origem.

As características dos ventos são determinadas em qualquer lugar por fatores locais e gerais,

momentâneos ou sazonais, responsáveis pelas suas modificações.

Fatores como as diferentes pressões atmosféricas, a rotação da Terra, a diferença entre a

temperatura da terra e do mar e a topografia, são os agentes mais importantes das alterações

no movimento do ar. Embora a interação destes fatores seja algo muito complicado, pode-se

dizer que há padrões regulares que representam uma média na maioria dos lugares, podendo

servir de guia para um projeto arquitetônico específico, apropriado para cada clima.

Geralmente, existem dados mensais da freqüência e da velocidade dos ventos e de sua direção

dominante.

1.1.4 Umidade

A umidade atmosférica tem relação com a quantidade de vapor contido na atmosfera em

função da evaporação, da chuva e da transpiração das plantas. Qualquer que seja a

temperatura há um limite de saturação do ar, ou seja, ao aquecer-se e expandir-se, o ar pode

tolerar mais vapor, sendo que, ao esfriar-se e contrair-se, sua capacidade de conter vapor fica

reduzida.

Existem duas expressões para referir-se à umidade: a umidade absoluta, que é a medida da

massa do vapor total num volume fixo de ar em uma dada temperatura; e umidade relativa,

que é a relação entre o vapor existente e o limite da saturação total do ar na mesma

temperatura. Esta última é expressa como uma porcentagem e é o valor mais útil para se

determinar as conseqüências do clima em relação ao conforto.

Considerados os elementos climáticos, verifica-se que o clima apresenta características muito

diversas, constituindo então, no primeiro elemento verdadeiramente particular para cada

região (a ele vão se somar fatores como os materiais de construção, desenvolvimento

tecnológico, entre outros, que imprimem ao espaço arquitetônico identidade própria do lugar).

Dentro da faixa tropical (entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio), onde o Brasil está

inserido, costuma-se identificar três tipos climáticos básicos principais: o quente seco, o

quente e úmido e o composto ou de monções. Koenigsberger (1973) cita uma classificação

cujas três zonas climáticas principais estão subdivididas ainda em três subgrupos onde o clima

quente e seco apresenta o subgrupo quente e seco marítimo de deserto; o clima quente úmido

identifica-se o subgrupo quente úmido de ilha e o clima composto, o subgrupo tropical de

altitude.

13

Inserida no clima Tropical de Altitude está a cidade de Brasília, situada no Planalto Central

brasileiro na latitude 15º52’S e longitude 47º 53’O, escolhida para estudo de caso onde a

seguir faz-se sua caracterização climática.

1.2 CARACTERIZAÇÃO DO CLIMA

Para caracterização e análise do clima da cidade de Brasília utilizaram-se dados do Instituto

Nacional de Meteorologia (INMET) com base no período de 1960 a 1990, de pesquisas

realizadas por Ferreira (1965), Romero (2000), Amorim (1998), Goulart (1997) e atualizadas

por Maciel (2002) - estudo este que abrange um período de dezesseis anos, de 1982 a 1997,

onde foram tratados e atualizados os dados climáticos da cidade-, e a norma NBR 15.220-3

(ABNT, 2005) que diz respeito ao Zoneamento Bioclimático Brasileiro.

1.2.1 Clima de Brasília

A cidade de Brasília, construída na década de 60 para ser a capital do Brasil, apresenta uma

altitude média de 1100 metros. Seu clima é classificado como Tropical de Altitude,

caracterizado por um período quente e úmido, de outubro a abril, com predominância de céu

parcialmente encoberto e um período seco, de maio a setembro, com céu claro.

Na tabela 1.1 abaixo, encontra-se um resumo dos valores mensais dos dados climáticos

relativos à cidade de Brasília.

Tabela 1.1: Dados climáticos de Brasília (valores mensais)

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Média anual Totais/

Temp. Média (ºC)* 22,47 22,46 22,4 22,02 20,85 18,98 19,01 20,7 22,45 22,95 22,4 22,23

21,6 ºC

Umid. Relativa média (%)*

76 76 78 75 72 67 61 56 58 67 74 76

70 %

Insolação (h)** 157,4 157,5 180,9 201,1 234,3 253,4 265,3 262,9 203,2 168,2 143 138,1

2365,3 h

Radiação solar global (Wh/m2)***

6383 6831 5944 5524 4849 4705 4466 5340 6335 6357 6425 5999

69162 Wh/m2

Nebulosidade (0-10) **

7.0 7.0 7.0 6.0 5.0 3.0 3.0 3.0 4.0 7.0 8.0 8.0

5.0

Precipitação (mm)** 241,4 214,7 188,9 123,8 39,3 8,8 11,8 12,8 51,9 172,1 238 248,6

1552,1mm

2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3

2 e 3 Vento - Velocidade (m/s) e Direção * N -

NE L L L L L L L L L L NO L

Fonte: Adaptado de * Maciel (2002) ** Normais Climatológicas (1960-1990), INMET. *** Colle et al (1998)

Com base na pesquisa feita por Maciel (2002) conclui-se que as amplitudes diárias podem

alcançar valores consideráveis, principalmente na época da seca. No período quente e úmido

as amplitudes variam entre 9ºC (dezembro) e 11ºC (outubro). No período seco as

14

temperaturas diárias apresentam em média maiores oscilações em julho (15ºC) e menores em

maio (12,5ºC).

Contudo, as temperaturas entre 18ºC e 28ºC, situada na Zona de Conforto proposta pela Carta

Bioclimática de Edificações de Baruch Givoni (1992)13 representam os maiores percentuais

mensais para todos os meses do ano, caracterizando, dessa forma, um predomínio de

temperaturas amenas na cidade.

É importante salientar que o mês de setembro pode ser considerado, a partir dos dados

anteriormente interpretados por alguns autores e também através dos dados contidos nas

normais climatológicas, como um dos meses mais desfavoráveis do ponto de vista do conforto

térmico, apresentando elevadas temperaturas e baixa umidade relativa. E, sobretudo também

possui valores elevados de radiação solar, principalmente com relação à radiação direta; por

ser um período seco com céu claro; o céu azul profundo nestas condições tem uma luminância

muito baixa na altura do horizonte até 30º, em torno de meio dia, e por este motivo pode não

ser suficientemente luminoso para ser a principal fonte de iluminação interna (ver fig. 1.1).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Meses do ano

Irra

dia

ção

(W

h/m

2)

0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

27,5

30

Tem

pera

tura

méd

ia (

ºC)

GLOBAL DIFUSA DIRETA Temp. Média média (ºC)

Figura 1.1: Dados de Radiação Solar mensal num plano horizontal para a cidade de Brasília. Fonte: Garrocho et al (2004).

Já no período quente e úmido, ao contrário, na presença de nuvens, a abóbada celeste é muito

luminosa. Vê-se na figura 1.1 que o mês de fevereiro, com valores de temperaturas

13 Carta Bioclimática de Edificações – foi desenvolvida e aprimorada por Baruch Givoni. Baseia-se em temperaturas internas do edifício, propondo estratégias construtivas para adequação da arquitetura ao clima. Contém 9 zonas que indicam estratégias de atuação para melhorar a sensação térmica, são elas: ventilação, resfriamento evaporativo, massa térmica para resfriamento, ar condicionado, umidificação, massa térmica para aquecimento, aquecimento solar passivo e aquecimento artificial. A zona de conforto encontra-se com valores de umidade relativa entre 20% e 80% e temperaturas entre 18ºC e 29ºC (GIVONI, 1992).

15

semelhantes a setembro, possui radiação global aproximando-se dos 7000 Wh/m2 e,

sobretudo, tem valores elevados de radiação solar direta. Conseqüentemente, os usuários dos

edifícios devem ser protegidos dos efeitos da luz direta (através dos elementos do edifício) e

da visão do céu. De antemão pode-se dizer que a única estratégia suficiente para atender a

estas duas exigências é ter elementos de proteção solar reguláveis que possam ser usados de

forma inteligente dependendo das condições prevalecentes no período.

Para um maior e melhor conhecimento das estratégias de projeto que podem ser empregadas

para Brasília, utiliza-se como referência a norma técnica, NBR 15220-3 (ABNT, 2005), que

define o Zoneamento Bioclimático Brasileiro descrevendo as principais diretrizes

construtivas, com objetivo de otimizar o desempenho térmico das edificações, através de sua

melhor adequação climática.

1.2.2 Zoneamento Bioclimático: estratégias de projeto para Brasília

A NBR 15220-3 (ABNT, 2005) estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro

abrangendo um conjunto de recomendações de diretrizes e estratégias construtivas. Propôs-se

a divisão do território brasileiro em oito zonas relativamente homogêneas quanto ao clima e,

para cada uma destas zonas, formulou-se um conjunto de recomendações técnico-construtivas

que otimizam o desempenho térmico das edificações, através de sua melhor adequação

climática.

Para a classificação bioclimática adotou-se uma Carta Bioclimática a partir da sugerida por

Givoni (1992). A carta bioclimática, construída sobre um diagrama que relaciona temperatura

do ar e umidade relativa, foi adaptada e classificada nas seguintes zonas: zona de aquecimento

solar da edificação; de massa térmica para aquecimento; de conforto térmico (baixa umidade);

zona de conforto térmico; de desumidificação (renovação do ar); de resfriamento evaporativo;

zona de massa térmica de refrigeração; de ventilação; de refrigeração artificial e zona de

umidificação do ar.

Para a formulação das diretrizes construtivas, para cada zona bioclimática brasileira e, para o

estabelecimento das estratégias de projeto, foram considerados os parâmetros e condições de

contorno: tamanho das aberturas para ventilação; proteção das aberturas; vedações externas

(tipo de parede externa e tipo de cobertura)14; e estratégias de condicionamento térmico

passivo.

As estratégias podem ser classificadas em naturais (sistemas passivos) e artificiais (sistemas

ativos). As estratégias naturais são as que não gastam energia para seu funcionamento:

ventilação natural, resfriamento evaporativo, aquecimento solar passivo, etc. Os sistemas

artificiais de uso mais comum na arquitetura são ventilação mecânica, aquecimento e

refrigeração.

14 Transmitância térmica, atraso térmico e fator solar.

16

A cidade de Brasília está situada na Zona Bioclimática 4 (ver figs. 1.2 e 1.3) que tem como

estratégias de condicionamento térmico passivo para o período quente e úmido (verão) -

resfriamento evaporativo e massa térmica para resfriamento – onde temperaturas internas

mais agradáveis podem ser obtidas através do uso de paredes (externas e internas) e

coberturas com maior massa térmica, de forma que o calor armazenado em seu interior

durante o dia seja devolvido ao exterior durante a noite, quando as temperaturas externas

diminuem. Ventilação seletiva (nos períodos quentes em que a temperatura interna seja

superior à externa) - a ventilação cruzada é obtida através da circulação de ar pelos ambientes

da edificação. E no período seco (inverno) - aquecimento solar da edificação - a forma, a

orientação e a implantação da edificação, além da correta orientação de superfícies

envidraçadas (indica-se como adequado a orientação norte-sul), podem contribuir para

otimizar o seu aquecimento no período frio através da incidência de radiação solar. E

vedações internas pesadas (inércia térmica) - a adoção de paredes internas pesadas pode

contribuir para manter o interior da edificação aquecido.

Figura 1.2: Zona Bioclimática 4.

Figura 1.3: Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Brasília, DF.

Fonte: NBR 15220-3 (ABNT, 2005).

Ainda como recomendações para adequação da edificação ao clima local, sugerem-se

aberturas médias para ventilação, ou seja, entre 15% e 25% da área de piso, bem como o seu

sombreamento. Já a cobertura necessita apenas de maior isolamento térmico que corte o pico

de temperatura diurno, especialmente nos horários entre 11:00h e 13:00h e conserve calor no

período noturno.

Maciel (2002) em sua pesquisa baseando-se na carta bioclimática de edificações elaborada

por Givoni (1992), realizou a análise bioclimática do clima da cidade de Brasília para o

período de 1982 a 1997, onde definiu o ano de 1987 como o Ano Climático de Referência

(ACR)15. A partir dessa análise observou-se que Brasília apresenta um grande percentual de

índices dentro dos limites da zona de conforto, pois apresenta em torno de 41% do ano

15 Ano Climático de Referência (ACR) - a determinação do TRY (test reference year) para um local específico é baseada na eliminação de anos de dados que contenham temperaturas médias mensais extremas, altas ou baixas, até que reste somente um ano. Os meses são classificados em ordem de importância para as comparações de energia. Fonte: Stamper citado por Maciel (2002).

17

condições de conforto térmico; o desconforto térmico por calor ocorre em 22,2% das horas do

ano e o desconforto por frio em 36,6%, sendo que na tabela 1.2 abaixo o percentual de

desconforto por calor ou frio não corresponde à soma das estratégias indicadas, pois os

percentuais destas estratégias também consideram zonas sobrepostas.

Tabela 1.2: Estratégias bioclimáticas para Brasília.

Conforto Desconforto Estratégias bioclimáticas (%) Massa térmica para aquecimento 31,3

Aquecimento solar passivo 4,37

Frio 36,6% Aquecimento artificial 0,99

Ventilação 21,2

Resfriamento evaporativo 8,38

Massa térmica para resfriamento 8,29

41,2%

Calor 22,2%

Ar condicionado 0,08 Fonte: Adaptado de Maciel (2002).

Os dados obtidos com a tabela 1.2 vêem completar as estratégias de projeto indicadas pela

NBR 15220-3 para o zoneamento bioclimático 4, vale ressaltar que, na carta obtida por

Maciel (2002) o uso das estratégias artificiais é recomendada somente em 1,07 %, enquanto

na maioria das situações de desconforto, são indicadas em ambas as fontes de pesquisa,

estratégias passivas de condicionamento térmico, ou seja, ganho de calor através da radiação

solar.

1.2.3 Brasília: caracterização do céu e disponibilidade de luz natural

Os níveis de iluminação internos proporcionados pela luz natural dependem de dois fatores

principais: das características do ambiente construído (geometria do ambiente, tamanho e

orientação das aberturas, refletância das superfícies internas, vizinhança, etc.) e da

disponibilidade de luz natural externa. Como analisa Souza (2003), a iluminância externa por

sua vez depende da distribuição de luminâncias do céu.

A iluminância da luz natural está sempre variando conforme as condições atmosféricas, tanto

ao longo do dia quanto ao longo do ano. Outro fator importante que altera a disponibilidade

de luz natural externa é a latitude do local, fator este que faz com que os benefícios da luz

natural mudem de região para região. Como já dito no item 2 (com relação à radiação solar)

as mudanças da posição do sol no céu fazem com que a distribuição de luminâncias do céu

seja diferente, proporcionando variações na disponibilidade de luz natural. A quantidade e o

tipo de nuvens também alteram a disponibilidade de luz natural, assim como a névoa e poeira

suspensa na atmosfera.

18

Buson (1998) em sua pesquisa utilizou o gráfico de Dresler16 para estimar o valor de

luminância da abóbada celeste do Distrito Federal. Nos cálculos utilizou-se um valor igual a

15.000 lux, que é um valor de luminância garantido em 100% das horas do dia durante todo o

ano no período de 8:00 as 16:00 horas.

Esse valor encontrado confirma a regularidade da disponibilidade de luz natural na cidade de

Brasília durante o ano todo e enfatiza o que descreve Olgyay (1969): “a intensidade da

radiação recebida pela superfície da terra aumenta com a altura sobre o nível do mar, pois

se perde menos na atmosfera.” Pois, Brasília apresenta uma altitude média de 1100 metros

como dito anteriormente, e praticamente 2.365 horas de insolação anual, o que comprova a

potencialidade da região na aplicação de sistemas passivos como condicionante de projeto.

Na figura 1.4 temos a carta solar de Brasília e nela plotados os valores horários de

temperatura. O conhecimento da geometria da insolação torna-se essencial para projetar,

aproveitando o calor solar quando há interesse em aquecer e evitando ou protegendo a

edificação na estação quente.

Com base na carta solar de Brasília pode-se visualizar que a quantidade de luz proveniente do

norte é mais intensa e maior. Já a proveniente do sul é dita tipicamente “morna” e em menor

quantidade, e assim, é particularmente apropriada para espaços que requerem maiores níveis

de iluminância, sem muito risco no aumento dos ganhos térmicos da edificação, pela

penetração de radiação solar que se converte em energia térmica.

Figura 1.4: Carta solar de Brasília. Fonte: Lamberts et al (2005).

16 Com o Gráfico de Dresler é possível obter níveis mínimos de luminância externa para determinados períodos do dia, e a porcentagem de horas dos dias ao longo do ano em que este nível é igualado ou ultrapassado.

19

A partir da carta ou diagrama solar pode-se obter as alturas solares ao meio-dia nas diferentes

estações do ano para Brasília, ou seja, a altura solar é alta (de 73º a 90º); média (de 60º a 72º)

e baixa (de 50º a 59º). Isto pode ser visualizado na tabela 1.3, como também, o tempo de

insolação e a radiação solar para as quatro estações do ano, onde se torna perceptível a

predominância da incidência de raios solares quase que perpendiculares à superfície

horizontal durante todo o ano, ocasionando assim, uma maior densidade do fluxo energético

(ou seja, maior ganho de calor através de radiações solares).

Tabela 1.3: Tempo de insolação, radiação solar incidente e altura solar ao meio-dia nos solstícios e equinócios para a latitude de Brasília.

Data Tempo de insolação

Radiação média diária mensal (kWh/m2dia)

Altura solar às 12h

Equinócio de outono 22/03

12 horas 500,3 74,5º (alto)

Solstício de inverno 22/06

11 horas 445,1 51º (baixo)

Equinócio de Primavera 23/09

12 horas 579,9 75,5º (alto)

Solstício de verão 22/12

13 horas 575,1 82º (alto)

Fonte: Adaptado de Castanheira, 2002.

A disponibilidade da luz natural nas regiões tropicais é grande, e seus valores de iluminâncias

são muito altos. Por um lado este aspecto é muito positivo, pois se pode empregar e utilizar a

iluminação natural como recurso de projeto em grande parte do ano, diminuindo assim, o uso

da energia elétrica com o sistema de iluminação artificial, por outro lado, esse excesso de

luminosidade trás também ganhos térmicos para a edificação, entretanto, no geral, como

aspecto favorável na realidade climática de Brasília é que comprovadamente através da carta

biclimática de edificações, comentada na tabela 1.2 anteriormente, as condições de

desconforto térmico por calor ocorre em 22,2% das horas do ano, já o desconforto por frio é

maior, ocorrendo em 36,6%,das horas do ano.

Nota-se nas figuras 1.5, 1.6, 1.7 e 1.8 que para as quatro estações do ano têm-se valores

horários muito próximos e significantemente altos de iluminâncias direta e difusa no plano

horizontal para Brasília, por exemplo, às 12:00 h: em 22 de março (equinócio de outono) têm-

se 98.500 lux com céu parcialmente encoberto; em 22 de junho (solstício de inverno) com céu

claro - 85.500 lux; no equinócio de primavera, 23 de setembro, com céu parcialmente

encoberto o valor de iluminância é igual a 98.000 lux, enquanto para 22 de dezembro

(solstício de verão) quando a abóbada celeste encontra-se obstruída têm-se 21.000 lux.

Estas condições de iluminâncias favorecem o uso da iluminação natural como solução de

projeto e reforça a aplicação das diretrizes bioclimáticas, anteriormente consideradas,

ressaltando que a situação de desconforto ao frio é superior a de calor. Estratégias como o uso

20

de superfícies iluminantes na cobertura necessitam, portanto, apenas de maior isolamento

térmico que corte o pico de temperatura especialmente ao meio-dia e conserve calor no

período da noite. Intervenções do tipo aberturas zenitais podem contribuir, se bem orientadas

e planejadas, para o ganho térmico necessário e desejável para as horas de desconforto

ocasionadas pelo frio.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

Horas

Ilum

unân

cias

(K

lux)

Outono - 22/03

Figura 1.5: Valores de iluminâncias do outono para Brasília no plano horizontal

Fonte: Garrocho et al (2005).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

Horas

Ilum

inân

cias

(K

lux)

Inverno - 22/06

Figura 1.6: Valores de iluminâncias do inverno para Brasília no plano horizontal.


21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

Horas

Ilum

inân

cias

(K

lux)

Primavera - 23/09

Figura 1.7: Valores de iluminâncias da primavera para Brasília no plano horizontal.


0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

Horas

Ilum

inân

cias

(K

lux)

Verão - 22/12

Figura 1.8: Valores de iluminâncias do verão para Brasília no plano horizontal.


Com o decorrer do tempo, a linguagem das novas edificações construídas em Brasília foi

sendo modificada com a apropriação de novas tendências. Contudo, ainda observa-se, tanto

em prédios públicos quanto em prédios comerciais, a continuidade da cultura do desperdício

energético e a adoção de soluções padronizadas, resultado de um processo de globalização. O

22

Brasil não é uma exceção, e o processo de cópia de paradigmas internacionais vem se

mantendo independente das realidades culturais e climáticas locais.

Deste modo, após analisar o clima local e verificar a disponibilidade de luz natural nesta

região, conclui-se que as aberturas zenitais são soluções favoráveis para a melhoria das

condições de conforto interno do edifício, ponderando sempre a geometria solar local. O

projetista, no entanto, deve estar atento nesta busca, pelo maior conforto do ambiente

construído e conseqüentemente da eficiência energética; pois o desafio é equilibrar

sabiamente o ingresso da luz difusa, bloqueando o calor gerado pela luz solar direta, evitando

assim, problemas de conforto térmico.

Para se projetar utilizando a luz natural como ferramenta é preciso conhecê-la mais

detalhadamente, no item a seguir descreve-se a luz natural caracterizando seus efeitos

benéficos e nocivos; suas fontes e conceitos relativos.

1.3 LUZ NATURAL

Os seres humanos, em comum com a maioria dos outros organismos complexos, dependem da

exposição à luz natural para ativar uma série de funções fisiológicas.

Enquanto os perigos da exposição excessiva à luz solar foram amplamente divulgados, os

perigos da pouca exposição são freqüentemente desconsiderados. A evolução humana ocorreu

devido à exposição à luz natural, incluindo os raios UV (componente ultravioleta), e, embora

o esgotamento da camada de ozônio cause preocupação, não altera o fato de que a fisiologia

humana depende de um certo grau de exposição aos raios UV. A radiação ultravioleta é a

parte do espectro solar cujos comprimentos de onda são menores que os das ondas da faixa

desse espectro visualmente captadas pelos seres humanos.

Indubitavelmente, a exposição excessiva à luz solar, especialmente aos raios UV, causa

danos, mas existem evidências de que a exposição moderada é benéfica. Vários dados

estatísticos, segundo Baker et al (2002), estão abertos à interpretação e não são conclusivos,

mas certamente dão algum crédito à ampla e divulgada crença de que a luz do sol é um

importante fator para promover não só a boa saúde como a sensação de bem-estar e conforto

ao ser humano.

A luz natural pode ajudar a evitar em alguns indivíduos uma condição conhecida como

Desordem Emocional Sazonal (Seasonal Affective Disorder – SAD)17. As pessoas que vivem

diariamente em ambientes climatizados e iluminados artificialmente sentem, em algum grau,

mudanças sazonais no seu humor ou comportamento. Entretanto, as pessoas que sofrem de

17 A luz natural pode ajudar a evitar fenômenos como a Síndrome do Edifício Doente (Sick Building Syndrome - SBS), associada a edifícios com ar condicionado e luz artificial - e mais especificamente da Desordem Emocional Sazonal (Seasonal Affective Disorder – SAD), ligada à carência de luz. (BAKER et al, 2002).

23

SAD e vivem em altas latitudes, durante o inverno, sentem esses sintomas de forma mais

severa, o que faz com que se sintam seriamente debilitadas.

Enquanto as pessoas que vivem e trabalham em altas latitudes, no inverno, estão em posição

de maior risco, prédios inadequadamente iluminados durante o dia podem colocar seus

ocupantes em risco em qualquer latitude, mesmo no verão. Nesse contexto, não é sem

propósito que o sintoma mais comum relatado em estudos sobre a Síndrome do Edifício

Doente (Sick Building Syndrome - SBS) é a letargia. De acordo com Baker et al (2002), os

edifícios com luz natural, devido à variação da iluminação no tempo e espaço, fornecem os

estímulos suficientes para desencadear os processos fisiológicos que evitam esta síndrome.

Todavia, quanto à luz natural, seus efeitos prejudiciais e benéficos estão ligados de forma

inseparável; é difícil obter qualquer benefício do sol sem, ao mesmo tempo, se expor aos

prejuízos que ele pode causar. Obviamente, o equilíbrio neste aspecto é relevante, e um

projeto arquitetônico adequado pode ajudar a equacionar a questão.

Assim sendo, é importante ressaltar que a luz proveniente do sol é a fonte de luz natural

principal, mas como afirma Hopkinson et al (1975) é a luz do sol difundida na atmosfera que,

como luz do céu, serve de fonte primária na iluminação natural de interiores. A partir disso,

relaciona-se no próximo capítulo o conceito físico da luz e suas fontes.

24

CAPÍTULO 02

LUZ NATURAL: Conforto Visual, Fontes e Grandezas Físicas

2.1 CONFORTO VISUAL

Entende-se como conforto visual a existência de um conjunto de condições, num determinado

ambiente, no qual o ser humano pode desenvolver suas tarefas visuais com o máximo de

acuidade2 e precisão visual, com o menor esforço, com menor risco de prejuízos à vista e com

reduzidos riscos de acidentes (LAMBERTS et al, 1997)

Apresentar um bom nível de luz para a tarefa que se deseja realizar é condição necessária, e

existem normas para diversas tarefas, para diferentes idades dos que realizam as tarefas para

diferentes precisões das tarefas, e para ambientes diversos. Porém, não é suficiente satisfazer

os níveis de iluminância ditados pelas normas. Também é preciso atender aos requisitos

necessários para ocorrência tranqüila do processo visual (visão), como: uniformidade de

iluminação; ausência de ofuscamento; modelagem dos objetos (as sombras são importantes

para definir a forma e posição dos objetos no espaço, quando não há outras referências).

Corbella (2003) acrescenta que “para um projeto que vise à utilização da iluminação natural,

quanto mais dados se possuam sobre as características do céu, tanto melhor”. Algumas

ferramentas de cálculo precisam de percentagens de tipo de céu (classificados segundo a

densidade das nuvens), ou dados médios mensais de transparência do céu, ou ainda quais os

períodos de céu com muita ou pouca luminância.

Portanto, Hopkinson et al (1975) ressalta que “a essência de um bom projeto de iluminação

natural consiste na colocação de aberturas de tal modo que a luz penetre onde ela é desejada,

isto é, sobre o trabalho, e de tal maneira que proporcione uma boa distribuição de luminância

em todos os planos do interior”. A iluminação interior, tanto em quantidade como em

qualidade, é uma função, não apenas do tamanho, formato, e colocação das aberturas, mas

também das propriedades refletoras das superfícies interiores, representando todos estes

elementos uma significativa contribuição para a iluminação total do ambiente.

2.2 GRANDEZAS FÍSICAS

A partir da consulta de autores como: Hopkinson et al (1975), Fontoynont (1998), Baker et al

(1993/2002), Robbins (1986), Vianna e Gonçalves (2001) são descritas algumas grandezas

fotométricas, leis e propriedades óticas de materiais ao interagir com a luz natural, bem como,

2 A capacidade do olho de reconhecer com nitidez e precisão os objetos - habilidade do olho de ver detalhes. A acuidade é função: do nível de iluminância do objeto, de seu tamanho, da distância até os olhos, do tempo de visão, do contraste entre o objeto e seu entorno imediato e de perturbações visuais dentro do campo visual (VIANNA e GONÇALVES, 2001).

25

os parâmetros adotados, neste trabalho, para análise das simulações computacionais

realizadas.

2.2.1 Componente Celeste – CC

É a relação entre a iluminação diurna em um ponto interior do local dividida unicamente pela

luz que provém diretamente da abóbada celeste e a iluminação exterior simultânea sobre um

plano horizontal iluminado pelo total da abóbada de um céu coberto normal.

2.2.2 Componente Refletida Externa - CRE

É a relação entre a iluminação diurna em um ponto interior do local, que recebe luz

unicamente das superfícies externas por reflexão direta e a iluminação exterior simultânea

sobre um plano horizontal iluminado pelo da abóbada de um céu coberto normal.

2.2.3 Componente Refletida Interna - CRI

É a relação entre a iluminação diurna em um ponto interior do local, que recebe luz

unicamente por reflexão das superfícies interiores e a iluminação exterior simultaneamente

sobre um plano horizontal iluminado pelo total da abóbada celeste de um céu coberto normal.

CC CRE CRI

Figura 2.1: Fontes de luz natural que alcançam o edifício. Fonte: NBR 15215-3 (ABNT, 2005)

2.2.4 Fator de luz do dia (FLD)

Devido a variabilidade dos níveis exteriores de iluminação é difícil se calcular a iluminação

interior em função da iluminância fotométrica. No entanto, em determinado ponto de um

edifício, pode-se considerar constante a relação entre sua luminância e a luminância exterior

simultânea. Esta relação constante, expressada em porcentagem, é o Fator de Luz do Dia –

FLD (Daylight Factor – DF).

% FLD = (Ei / Eo) x 100

Ei = iluminância interior em um ponto considerado.

Eo = iluminância exterior procedente de um céu sem obstruções.

O conceito de fator de luz do dia é válido somente para condições de céu encoberto, quando

não há incidência de luz solar direta. É constituído pela contribuição das três componentes de

iluminação: CC+CRE+CRI.

26

O FLD expressa a quantidade de luz natural em um ambiente interno, relacionada com a

quantidade de luz percebida em um ambiente externo, sem obstruções. Em geral o fator de

luz do dia (FLD) é determinado para um plano de trabalho afastado do piso, que considera a

altura de uma mesa, expressando a eficiência de um ambiente e seu sistema de aberturas

determinado para receber a iluminação natural.

Adotou-se como parâmetro para o cálculo do fator de luz diurna (FLD) a tabela descrita por

Butera (1995) onde se expressa a impressão visual em relação ao valor de fator de luz diurna.

Este autor adota como referência de iluminância externa o valor de 5.000 lux, derivado de

medições executadas em países do norte-europeu.

Tabela 2.1: Impressão visual em relação aos valores de Fator de luz Diurna (FLD).

<1% 1 a 2% 2 a 4% 4 a 7% 7 a 12% > 12% Fator de luz diurna (FLD) muito baixo baixo moderado médio elevado muito elevado

Zona considerada

Zona afastada da abertura Distância de 3 a 4 vezes a altura da abertura.

Próximo à abertura ou abaixo de um zenital

Impressão da luminosidade

De bom a pouco luminoso De pouco luminoso a bom De luminosos a muito luminoso

Atmosfera Ambiente fechado em si mesmo Ambiente se abre para o exterior

Fonte: Adaptado de Butera (1995)

2.2.5 Iluminância (E)

O termo iluminância, também conhecido como nível de iluminação, indica a quantidade de

luz (lumens - lm) por unidade de área (m²) que chega em um determinado ponto. O nível de

iluminação pode ser medido, porém não visto. O que é percebido são as diferenças na reflexão

da luz incidente. Sua unidade é o lux, ou lm/m² .

E = � (fluxo) = (lm) = lux

Área (m2)

Para análise dos níveis de iluminância no ambiente simulado, utilizou-se como referência a

norma que diz respeito à Iluminância de interiores, NBR 5413 (ABNT, 1992) que estabelece

os valores de iluminâncias médias mínimas em serviço para iluminação artificial em

interiores, onde se realizem atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras. Apesar

da norma ser direcionada para a iluminação artificial, esta é comumente utilizada como

parâmetro também nas medições de iluminação natural, pois ainda não existe uma norma

específica deste tipo no Brasil. Segue na tabela abaixo de forma simplificada os valores de

iluminância estipulados para determinadas classes de tarefa visual.

27

Tabela 2.2: Iluminâncias por classe de tarefas visuais.

Classe Iluminância (lux) Tipo de atividade 20 - 30 - 50 Áreas públicas com arredores escuros

50 - 75 - 100 Orientação simples para permanência curta

100 - 150 - 200 Recintos não usados para trabalho contínuo; Depósitos.

A Iluminação geral para áreas usadas interruptamente ou com tarefas visuais simples

200 - 300 - 500 Tarefas com requisitos visuais limitados, trabalho bruto de maquinaria, auditórios.

500 - 750 - 1000 Tarefas com requisitos visuais normais, trabalho médio de maquinaria, escritórios

B

Iluminação geral para área de trabalho 1000 - 1500 - 2000 Tarefas com requisitos especiais, gravação

manual, inspeção, indústria de roupas.

2000 - 3000 - 5000 Tarefas visuais exatas e prolongadas, eletrônica de tamanho pequeno

5000 - 7500 - 10000 Tarefas visuais muito exatas, montagem de microeletrônica

C

Iluminação adicional para tarefas visuais difíceis

10000 - 15000 - 20000 Tarefas visuais muito especiais, cirurgia Fonte: NBR 5413 (ABNT, 1992).

Nota: As classes, bem como os tipos de atividade não são rígidos quanto às iluminâncias limites recomendadas, ficando a critério do projetista avançar ou não nos valores das classes/tipos de atividade adjacentes,dependendo das características do local/tarefa.

Quanto aos valores de iluminâncias por tipo de atividade (valores médios em serviço) destaca-

se os níveis estabelecidos para os centros comerciais, tipologia escolhida para modelo de

estudo e simulação de configurações de aberturas zenitais, são eles:

• vitrinas e balcões (centros comerciais de grandes cidades):

Geral .................................... 750 - 1000 - 1500 (lux)

• interior de:

Centros comerciais.................. 300 - 500 – 750 (lux)

Entretanto, neste estudo, adota-se como parâmetro de análise dos níveis de iluminância nas

simulações computacionais de modelos do tipo centro de compras, valores de iluminância

mínima – 750 lux; média – 1000 lux e máxima – 2000 lux. Adota-se o valor máximo de 2000

lux, pois é relevante considerar que as áreas comuns ou de circulação destes edifícios,

geralmente, são utilizadas para exposição e comércio de mercadorias (como a colocação de

quiosques de vendas, por exemplo).

2.2.6 Luminância (L)

Luminância é definida como o coeficiente do fluxo luminoso num elemento da superfície ao

redor de um ponto, e propagado nas direções definidas por um cone elementar que contém a

direção dada pelo produto do ângulo sólido e a área da projeção ortogonal do elemento da

superfície num plano perpendicular para a direção dada (ver fig. 2.2). Por esta razão, segundo

Hopkinson et al (1975), é necessário que se faça a distinção entre “brilho físico” de um objeto

28

(medido por um fotômetro) e o “brilho subjetivo” desse objeto, visto pelos olhos adaptados ao

ambiente.

A luminância denota a intensidade por metro quadrado de área aparente da fonte de luz ou de

uma superfície iluminada. Quando as superfícies são iluminadas, a luminância é dependente

tanto do nível de iluminação quanto das características de reflexão da própria superfície.

Unidade: nit ou cd/m2

Em função do campo de visão em um edifício do tipo centro de compras, descrito na figura

2.2, define-se, para este estudo, um valor máximo de luminância igual a 2.500 cd/m2. E o

valor de 25.000 cd/m2 para a luminância média da cena.

2.2.7 Uniformidade:

A uniformidade de iluminância (Uo) é determinada através da relação entre a iluminância

mínima (Emín) de uma superfície e a média aritmética das iluminâncias (Eméd) nesta

superfície, como mostra a expressão:

Uo = Emín/Eméd

Considerou-se, no presente estudo, como adequado, o ambiente que obteve um valor superior

a 0,8.

Ressalta-se que, o índice de Uniformidade de iluminância adotado para avaliação dos

resultados das simulações, é um parâmetro retirado da iluminação artificial, e o que será

ponderado aqui é a melhoria dele nas diversas alternativas analisadas, e não o valor absoluto.

2.2.8 Contraste (C)

O contraste é definido por como a relação entre a luminância de um objeto e o seu entorno

imediato. Por ser uma medida relativa, a percepção do contraste também é relativa. Desse

modo, um objeto pode parecer mais ou menos brilhante dependendo do brilho do seu entorno.

Quantativamente o contraste é determinando pela expressão:

C = (Lobj. – Lfundo) / Lfundo

De acordo com Baker et al (1993) e Lamberts et al (1997) a avaliação do contraste pode ser

feita de forma simplificada observando-se as seguintes taxas de proporção de luminâncias:

Proporção Relação

Entre a tarefa e o entono imediato 3:1

Entre a tarefa e superfícies escuras mais afastadas 10:1

Entre a tarefa e superfícies claras mais afastadas 0,1:1

Entre a fonte de luz (natural ou artificial) e superfícies adjacentes 20:1

Máximo contraste em qualquer parte do campo de visão 40:1

29

Considerou-se para análise, no presente estudo, a relação de proporção 40:1, como parâmetro

de contraste marcante.

2.2.9 Ofuscamento

Ofuscamento é a sensação produzida pela luminância com o campo visual que é

suficientemente maior que a luminância a qual os olhos estão adaptados para causar

incômodo, desconforto ou perda na performance visual e visibilidade. A magnitude da

sensação de ofuscamento depende de alguns fatores como o tamanho, posição e luminância de

uma fonte, o número de fontes e a luminância a qual os olhos estão adaptados.

1.6

0

1.60

5.95

18.25

AB

C

D

E

A) 5º-580 cd/m2; B) 15º-850 cd/m2; C) 25º - 1250 cd/m2 D) 35º - 1800 cd/m2 E) 45º - 2500 cd/m2

Figura 2.2: Esquema do campo de visão em função dos níveis aceitáveis.

O esquema acima ilustra os níveis de luminância utilizados como parâmetro aceitável em

função do campo de visão num edifício do tipo centro de compras, objeto de estudo (com

dimensões de 30m x 18m) com abertura zenital central.

Considerou-se para análise, neste estudo, valores acima de 2500 cd/m2 como parâmetro para

possibilidade de ofuscamento.

2.3 LUZ NATURAL: fontes

A principal causa da variação da luz natural ocorre com o movimento aparente do sol no céu,

da hora do dia e da estação do ano, e da posição do edifício (latitude, longitude e orientação)

na superfície terrestre. Assim sendo, a luminância do céu não é constante nem uniforme,

devido às mudanças na posição do sol e às variações das nuvens a intensidade da luz natural

varia de acordo com o as condições climáticas.

É necessário conhecer o comportamento da fonte luminosa, separando a luz direta do sol da

luz do céu e tratando cada uma de modo diferente, para se poder prever e calcular o

aproveitamento da iluminação natural em um projeto. O sol é uma fonte concentrada, e pode

ser considerado como uma fonte luminosa pontual, ao passo que o céu é uma fonte grande e

difusa com uma distribuição de luminância variável.

30

2.3.1 Luz do Sol

A luz do sol ilumina uma superfície normal com 6.000 a 100.000 lux. Este valor é muito

intenso para ser usado diretamente sobre o plano de trabalho. Por este motivo, analisa

Lamberts et al (1997), muitos projetistas preferem excluir completamente a luz direta do sol

no interior do edifício.

Devido à sua importância como aquecimento solar passivo, a radiação solar direta é muitas

vezes considerada indesejável para iluminação pela sua componente térmica, mas esta

concepção é errônea. De fato, a luz do sol não contém calor – esta consiste em radiação

eletromagnética, na região visível e na região invisível (a maior parte infravermelho, com um

pouco de ultravioleta) em proporções quase iguais. Segundo fundamenta Lamberts et al

(1998), aproximadamente metade da energia está na região visível, o restante no

infravermelho e no ultravioleta. Somente quando a radiação (visível ou invisível) é absorvida

pelas superfícies é que esta é convertida em calor. É normal ouvirmos falar na parte invisível

da radiação como “radiação térmica”, significando que somente esta parte é a causa do

aquecimento. Certamente, estamos interessados somente na parte visível do espectro, mas esta

é responsável por metade da energia que potencialmente pode se transformar em calor.

A eficácia luminosa da luz do sol também é maior que muitas das alternativas de luz artificial

conhecidas. A luz natural direta introduz menor quantidade de calor por lúmem para o interior

de um edifício que a maioria das lâmpadas (ver tabela 2.3). Isto comprova que a luz natural

pode ser uma estratégia importante para diminuir a carga de resfriamento necessária em um

edifício por causa da iluminação artificial, assumindo-se que pode ser distribuída e largamente

utilizada para este fim.

Tabela 2.3 – Eficácia luminosa de diversas fontes de luz.

SOL CÉU LÂMPADAS

Altitude de 7,5º - 90 lm/W Claro – 150 lm/W Incandescente = 5-30 lm/W

Altitude média – 100 lm/W Fluorescente = 20-100 lm/W

Altitude > 25º - 117 lm/W

Médio (parcialmente encoberto) – 125 lm/W

Sódio alta pressão = 45-110 lm/W Fonte: Adaptado de Lamberts et al (1997).

Dessa forma, sua variabilidade possui como vantagem, por exemplo, permitir ao homem a

percepção espaço-temporal do lugar onde se encontra. O jogo de intensidades diferenciadas

de luz, sombras e de reprodução de cores constitui informações espaços-temporais que a luz

natural fornece ao homem, fundamentais ao funcionamento do seu relógio biológico.

2.3.2 Luz do Céu

A luz do céu é o resultado da refração e da reflexão da luz solar ao passar pela atmosfera.

Souza (2003) descreve que os níveis de iluminação resultantes são menores do que os

produzidos pela luz solar direta; podendo variar de 5000 a 20.000 lux. A luz natural é

31

proporcionada pelo Sol, porém sua aparência, distribuição e quantificação estão

condicionadas a predominância da condição atmosférica da abóbada celeste. Em geral,

consideram-se três variações de céu real: céu claro, céu parcialmente encoberto e céu

encoberto.

A NBR 15215 (ABNT, 2005) adota a caracterização das condições do céu, utilizando o

método da cobertura do céu preconizado pela National Oceanic and Atmospheric

Administration (NOAA, EUA), sendo que a cobertura é estimada visualmente pela

observação do montante de cobertura de nuvens. Esta cobertura de nuvens é estimada em

percentual e expressa numa escala de 0 a 100%. Portanto, apresenta-se as seguintes condições

de céus:

• Céu claro: 0% a 35%

• Céu parcialmente encoberto: 35% a 75%

• Céu encoberto: 75% a 100%

A condição de céu claro é considerada quando a abóbada celeste apresenta-se azul e sem

nuvens. O dia apresenta-se com muitos contrastes de luz e sombra. A presença pontual da luz

do Sol faz com que a iluminação ao longo do dia seja variável, tanto na distribuição quanto na

intensidade. De acordo com Moore (1991) sob estas condições as superfícies que refletem a

luz do Sol tornam-se importantes fontes secundárias de luz natural, já que a luz do Sol é muito

forte para ser usada diretamente sobre uma área de trabalho.

Figuras 2.3 e 2.4: Modelo de céu claro. (Fonte: Baker et al, 2002)

O céu parcialmente nublado ou encoberto é uma combinação de céu claro, de fundo, com

nuvens sobrepostas nele. A dificuldade neste tipo de céu é padronizar a intensidade de sua

luminância, pois esta varia ao longo das horas e, pode apresentar-se muito diferente de um dia

para o outro, dependendo da quantidade de nuvens formadas na atmosfera (MOORE, 1991).

32

Figuras 2.5 e 2.6: Modelo de céu parcialmente encoberto. (Fonte: Baker et al, 2002)

O céu encoberto caracteriza-se por esconder o sol e difundir a luz proveniente dele, através

das nuvens. A abóbada apresenta-se como uma fonte de iluminação, na cor cinza claro e

brilhante. A intensidade de luz é três vezes maior na área do Zênite (posição relativa do sol

em um dado momento), em relação a área do horizonte. Moore (1991) salienta que esta

distribuição permanece constante ao longo do dia, porém a iluminância absoluta do céu varia

com a altitude do Sol, (o céu encoberto é mais brilhante ao meio-dia).

Figuras 2.7 e 2.8: Modelo de céu encoberto. (Fonte: Baker et al, 2002)

As condições climáticas regionais exercem um papel direto na determinação da configuração

básica dos tipos de céu. Em regiões de clima temperado o céu é predominantemente

encoberto. No clima quente e seco, o céu é claro e nos quente e úmido, o céu aparece como

parcialmente nublado.

Cabe salientar que nas camadas de ar próximas aos níveis de atividades urbanas, quando

bastantes carregadas de partículas e gases poluentes, na ação de absorver e refletir

parcialmente a luz direta emitida pelo Sol, onde há origem a luz difusa, prejudicam

significativamente, segundo Vianna e Gonçalves (2001), a quantidade de luz natural, que

pode chegar nos interiores da cidade com até 60% de redução. Nesse processo de recebimento

da luz natural, espessas camadas de poluição agem como obstáculos aos raios, refletindo-os

de volta para o espaço superior.

33

2.4 FENÔMENOS FÍSICOS DA LUZ

A percepção do espaço arquitetônico deve-se, principalmente, a reflexão da luz nas

superfícies, mesmo que se detecte uma fonte de luminosidade direta.

Além disso, a maioria da luz fornecida ao espaço para execução de uma tarefa não é

proveniente diretamente de sua fonte principal (do céu ou de uma fonte artificial), mas sim de

superfícies refletidas. Isto depende da propriedade da superfície atingida pela luz, tais como

sua textura (lisa ou rugosa), refletância e cor. Dessa forma, faz-se uma breve descrição dos

diferentes mecanismos pelos quais a luz interage com a matéria.

2.4.1 Reflexão, Transmissão e Absorção

De acordo com Baker et al (2002) podem ocorrer três possíveis fenômenos quando a luz

incide em superfície:

• a luz pode ser refletida – a relação entre a energia refletida e a energia incidente é

chamada de refletância, R.

• a luz pode ser transmitida - a relação entre a energia transmitida e a energia incidente é

chamada de transmitância, T.

• em ambos os casos a energia pode ser absorvida - a relação entre a energia absorvida e a

energia incidente é chamada de absortância, a.

Considerando a refletância, uma superfície totalmente preta pode ser igual a 0, uma superfície

perfeitamente branca pode ser igual a 1, e as superfícies reais encontram-se dentre esses dois

valores.

absorção

reflexão

OPACO

absorção

reflexão

TRANSPARENTE

transmissão

Figura 2.9: Processo que ocorre na superfície com a incidência da luz: absorção, reflexão e transmissão. (Fonte: Adaptado de Baker et al (2002)).

Em superfícies opacas a transmitância é zero, a absortância e a refletância são relacionadas

por R= (1-a), onde o raio de luz refletido é igual ao raio de luz incidente menos o raio

absorvido; em superfícies transparentes a energia incidente é refletida, transmitida e

absorvida, onde R = (1-a-T), sendo o ganho total de energia conservado. Assim, em

superfícies opacas a absorção ocorre na superfície, enquanto que em superfícies transparentes

a energia absorvida atravessa o corpo do material, estando essa quantidade relacionada com a

34

espessura do material. Conseqüentemente, os materiais são descritos a partir dos efeitos de

penetração e distribuição da luz natural.

No entanto, as propriedades dos materiais opacos e transparentes variam de acordo com a

função e direção da luz incidente. Se uma superfície é opaca diz-se que ela é especular, ou

seja, forma uma imagem tal como o espelho, sendo o raio refletido igual ao raio incidente,

denominada de lei da reflexão. Se um material transparente é descrito como especular isto

significa que o raio de luz transmitido é guiado sem ser disperso e espalhado, isto significa

que pode ser focado através do material.

Ambas as superfícies, opacas e transparentes podem ser difundidas. A difusão da luz significa

que o raio de luz refletido ou transmitido é distribuído em todas as direções (em direção a uma

superfície hemisférica imaginária), ainda que o raio de luz incidente seja de fonte direta

(numa única direção).

As paredes e o piso são geralmente constituídos de materiais opacos, que bloqueiam a

passagem da luz, refletindo-a. Além do tipo de reflexão do material, as superfícies possuem

índices de reflexão variáveis de acordo com a sua cor. Superfícies de cores escuras refletem

menos luz que superfícies mais próximas ao branco (BAKER et al, 2002).

As aberturas são superfícies tratadas com materiais transmissores, vidro ou policarbonato, que

permitem a passagem da luz para os ambientes adjacentes. Estes materiais transmitem a luz de

forma especular ou difusa. Quando a superfície é lisa e transparente, a transmissão e a

reflexão são especulares, (a luz transmitida não sofre interferência em sua trajetória e a

reflexão da luz para o exterior é semelhante a um espelho). Através das superfícies

transparentes e rugosas, como o vidro translúcido e o vidro martelado, a luz é transmitida e

refletida de maneira difusa (MOORE, 1991).

Baker et al (1993) sugere uma classificação de reflexão e transmissão de acordo com as

propriedades dos materiais. Considera relevante concentrar-se nos aspectos:

a) coeficiente de reflexão (ou transmissão) difusa – sob a luz difusa (luz uniforme);

b) coeficiente de reflexão (ou transmissão) difusa – sob o feixe de luz direta (dependendo

do ângulo incidente i);

c) reflexão (ou transmissão) especular em função do ângulo incidente;

d) forma da intensidade de distribuição da curva, na qual será determinada a aparência do

material: opaco, transparente, especular ou complexo.

e) mudança na coloração da luz após reflexão ou transmissão.

Na figura 2.9 segue esquema da classificação sugerida por Baker et al (1993) para ambos os

padrões de reflexão e transmissão, onde � (delta) é o ângulo de dispersão para a metade da

intensidade.

35

REFLEXÃO TRANSMISSÃO

Especular - � = 0º

Difuso - 45º < � < 60º

Dispersão larga - 15º < � < 45º

REFLEXÃO TRANSMISSÃO

Dispersão estreita - 0º < � < 15º

Difuso + Especular

Complexos (prismáticos)

Figura 2.10: Interação da luz incidente na superfície. Fonte: Adaptado de Baker et al (1993).

Resumindo estes fenômenos, Baker et al (1993) através dos esquemas descritos acima

classifica valores típicos para o ângulo � de dispersão tendo:

Se � = 60º, a reflexão e transmissão é perfeitamente difusa; Se � = 0º é considerada

especular; se � está entre 0º e 15º a reflexão e transmissão tem dispersão estreita; se 15º <

� < 45º a reflexão e transmissão tem dispersão larga; e estando � entre 45º e 60º a reflexão

e transmissão pode ser considerada como difusa.

2.4.2 Lei do Cosseno

A iluminação numa superfície varia com o cosseno do ângulo entre a normal à superfície e o

raio de luz. Ela é máxima quando o raio é normal à superfície, ou seja, quando o ângulo de

incidência � = 0°. Em qualquer outro caso o raio de luz cobrirá uma área maior, com uma

conseqüente redução no nível de iluminação.

Figura 2.11: Lei do cosseno. (Fonte: Adaptado de Moore (1991)).

36

2.4.3 Refração

A refração é um efeito que ocorre entre materiais transparentes de densidades diferentes, tais

como o ar e o vidro. É caracterizado pela alteração na direção de propagação da luz ao mudar

de meio de propagação. Quando a luz passa entre materiais dissimilares, os raios dobram e

muda a velocidade rapidamente. A refração depende de dois fatores: o ângulo do incidente (i)

e o índice refrativo (n) do material.

O índice refrativo afeta a reflexão e a transmissão. Quando a luz está vindo na perpendicular a

um revestimento transparente, muito pouco dela é refletida. Esta reflexão cresce na proporção

que o ângulo de incidência aumenta; lentamente no início e então, mais drasticamente, até um

ponto em que toda a luz incidente é refletida.

Figura 2.12: Refração numa superfície.

Fonte: Adaptado de Ciampini (2005).

2.4.4 Difração

Difração, diferentemente da óptica geométrica, acontece num nível não visível a olho nu,

quando os comprimentos de onda passam por orifícios ou ranhuras da ordem de grandeza do

próprio comprimento, alterando então a propagação das ondas.

Figura 2.13: Difração da luz Fonte: Adaptado de Ciampini (2005).

37

CAPÍTULO 03

ILUMINAÇÃO ZENITAL E SUA APLICAÇÃO NA ARQUITETURA

3.1 ILUMINAÇÃO NATURAL E ARQUITETURA

A luz natural proveniente do sol é um elemento climático que precisa ser trabalhada através

de soluções arquitetônicas do edifício, para que sua presença no interior deste não se torne

incômoda. A intensidade e distribuição da luz no ambiente interno dependem de um conjunto

de fatores, tais como: da disponibilidade da luz natural (quantidade e distribuição variáveis

com relação às condições atmosféricas locais), de obstruções externas, do tamanho,

orientação, posição e detalhes de projeto das aberturas (verticais e/ou horizontais), das

características óticas dos fechamentos transparentes, do tamanho e geometria do ambiente e

da refletividade das superfícies internas.

Um bom projeto de iluminação natural usufrui e controla a luz disponível maximizando suas

vantagens e reduzindo suas desvantagens. As decisões mais críticas, a este respeito, são

tomadas nas etapas iniciais de projeto. Na definição de uma prioridade em termos de

exposição à luz natural, valores de iluminâncias e distribuição de luz necessária para as

atividades em cada ambiente devem ser estabelecidas. A NBR 5413 (ABNT, 1992) fixa níveis

de iluminação recomendados para diferentes tipos de atividades, baseados numa iluminação

constante e uniforme sobre um plano de trabalho20.

Desta forma, para se obter as vantagens e benefícios oferecidos pela iluminação natural é

necessário ter uma maior compreensão do comportamento da luz. Sendo assim, é importante

analisar os instrumentos disponíveis aos arquitetos utilizados para o aproveitamento da luz

natural, denominados por Baker et al (1993) de componentes arquitetônicos, que serão

apresentados mais especificamente no capítulo seguinte.

Dentre os componentes arquitetônicos classificados por Baker et al (1993) serão descritos as

diferenças entre dois sistemas de passagem básicos da iluminação natural: a iluminação lateral

e a iluminação zenital.

3.2 ILUMINAÇÃO LATERAL

De acordo com Vianna e Gonçalves (2001) uma das características mais marcantes da

iluminação lateral é sua desuniformidade em termos de distribuição pelo local. Nos ambientes

iluminados lateralmente, o nível de iluminância diminui rapidamente com o aumento da

20 Plano de trabalho (ou plano de referência) – plano hipotético ou real, sobre o qual se trabalha habitualmente e no qual, se especifica e mede a iluminação. Supõe-se este plano horizontal e à altura do piso de 0,75m (Hopkinson et al, 1975).

38

distância da janela. A profundidade de eficiência da penetração da luz é igual à

aproximadamente 1,5 a 2 vezes a altura de piso até a verga.

Figura 3.1: Relação profundidade X altura do vão da abertura. Fonte: Adaptado de Scarazzato (2004).

As janelas verticais, geralmente, são o tipo mais usado de sistema de iluminação lateral. Em

regra geral, analisa Hopkinson et al (1975) a iluminação natural útil alcançará somente uma

distância de 2,5 vezes a altura do piso até o topo da janela (acima do plano do trabalho). Em

um edifício de escritório padrão com uma janela de altura igual a 2,5m, isto significa um

máximo de profundidade de 5-7 metros.

Neste tipo de iluminação, uma estratégia eficiente que pode contribuir na redução da

luminância excessiva proveniente da abóbada celeste e do sol, bem como o calor por estes

emitidos é o uso de elementos de controle (como prateleiras, persianas, vidros prismáticos)

aplicados sozinhos ou em conjunto.

3.3 ILUMINAÇÃO ZENITAL

O uso da iluminação através de aberturas zenitais possibilita uma maior uniformidade de

distribuição da luz natural em relação à iluminação lateral e, principalmente permite maiores

níveis de iluminância sobre o plano de trabalho.Considera-se a iluminação zenital como a luz

natural que entra através dos fechamentos superiores (coberturas) dos espaços internos

(ABNT, 2005a).

Deve-se ressaltar que este tipo de iluminação possui enorme capacidade em captar a radiação

luminosa, quer do sol, quer da abóbada celeste. É adequada e apresenta grande funcionalidade

ao ser utilizada em espaços com grande profundidade como em edifícios de escritórios,

bancos, museus, bibliotecas e centros comerciais.

39

Figura 3.2: Relação do nível de distribuição da iluminação lateral A e iluminação zenital B

em um ambiente. (Fonte: Majoros (1998)).

Entretanto, torna-se necessário que a iluminação zenital seja controlada, sendo importante

considerar fatores como: o clima local, as condições de céu, o índice de nebulosidade, a

luminância, a iluminância e a tipologia e formato do zenital. Segundo Vianna e Gonçalves

(2001) para evitar um aumento indesejável da carga térmica na edificação, a área iluminante

zenital não deve ultrapassar 10% da área do piso. Isto, no entanto, é uma recomendação

genérica que deve ser observada individualmente para cada tipologia de zenital como também

os materiais empregados nas superfícies iluminantes.

Outro aspecto a ser considerado com relação à iluminação zenital é quanto à manutenção, a

limpeza e conservação regulares são essenciais para manter os padrões de luz natural,

garantidos pelo projeto arquitetônico original, o que acaba tornando-se oneroso pela

dificuldade de acesso freqüente.

3.3.1 Tipologias de Aberturas Zenitais

Existem diferentes tipos de aberturas zenitais; abaixo relacionam-se as tipologias mais

convencionais. Entre elas, analisa Vianna e Gonçalves (2001), podem ser considerados

aspectos referentes ao nível de iluminância, uniformidade de iluminação fornecida ao plano

de trabalho ou de referência, como também características de manutenção e custo.

3.3.1.1 Lanternin

Caracteriza-se por duas faces opostas e iluminantes. Os cuidados ao projetar um lanternin

devem ser os mesmos ao se utilizar uma abertura lateral (a face voltada para Norte merece

tratamento da insolação), geralmente sua laje de cobertura é executada com “abas”

prolongadas com o intuito de proteger contra a penetração direta do sol. A melhor orientação

para as áreas iluminantes no caso do Brasil é Norte – Sul (N-S).

Figura 3.3 :Modelo de Lanternin

40

3.3.1.2 Sheds

Apresenta melhor desempenho quando orientado a sul para latitudes compreendidas entre 24º

e 32º S, no caso do Brasil. Seguindo esta orientação, a parte envidraçada deverá estar voltada

para sul permitindo assim, na maior parte do dia a entrada da luz difusa. Porém, deve-se estar

atento aos raios solares com menor inclinação (principalmente os do final de tarde) que

podem ocasionar ofuscamento.

Figura 3.4: Exemplo de Shed.

3.3.1.3 Clarabóia

Esta tipologia requer maior manutenção devido à posição mais horizontal da superfície

iluminante. Deve-se ter atenção a esta tipologia em relação às questões térmicas, pois sua área

não deve exceder a 10% que a projeção da área da cobertura.

Figura 3.5: Exemplo de Clarabóia.

3.3.1.4 Átrio

É o espaço central de uma edificação, aberto na cobertura, muito utilizado como estratégia de

iluminação para captação de luz em edifícios com múltiplos andares. Conforme Baker (1993),

o átrio é um espaço envolto lateralmente por um edifício e coberto com materiais que

permitem a passagem de luz natural. É projetado para otimizar a luz do sol nos espaços

adjacentes a ele.

Figura 3.6: Exemplo de átrio com teto com dupla inclinação.

41

Qualquer que seja o tipo de abertura na edificação, lateral ou zenital, envidraçada ou não, sua

orientação será um fator determinante na qualidade e quantidade de luz natural recebida.

Especialmente, no caso da localização geográfica do Brasil, a luz incidente proveniente do

norte é dinâmica e geralmente mais intensa e com tonalidades diferentes de cor. Já a

proveniente do sul é dita tipicamente “morna” e mais constante, e assim, é particularmente

apropriada para espaços que requerem maiores níveis de iluminância, sem muito risco no

aumento dos ganhos de calor internos, pela penetração de radiação solar que se converte em

energia térmica. E ainda, sem que ocorra o aumento do desconforto visual, por ofuscamento e

contrastes, produzido pelo ingresso da radiação direta.

A seguir descrevem-se algumas tipologias de edificações com potencial para o uso da

iluminação natural, especificamente, da iluminação zenital, caracterizada por admitir a

entrada de luz através de aberturas horizontais na cobertura.

3.3.2 Tipologias de edifícios com iluminação zenital

Em edificações de uso predominantemente diário e integral, o consumo com grande

quantidade de energia para o fornecimento da iluminação artificial parece ser inevitável. Por

esta razão, acredita-se que intervenções de componentes arquitetônicos em edifícios, como as

aberturas zenitais, forneçam a quantidade e qualidade de luz necessária, dentro dos padrões

desejáveis para as condições climáticas onde são projetados. Diante disso, intenta-se

identificar exemplos característicos de tipologias usuais da iluminação zenital.

3.3.2.1 Museus – espaços culturais

São edificações de grande importância por abrigarem objetos, muitas vezes, de valores

inestimáveis, bem como espaços atrativos de ilimitado volume de público. Pode-se afirmar

que esses edifícios cada vez mais sofrem intervenções, ou então, são projetados com

elementos arquitetônicos que possibilitam a penetração da luz natural. Elementos como

lanternins, átrios e clarabóias tornaram-se partes integrantes da concepção tipológica destes

edifícios de contemplação da cultura e da história.

As fig.3.7, 3.8 e 3.9 abaixo são da Pinacoteca do Estado de São Paulo, que sofreu

intervenções na sua arquitetura original, sendo acrescentado uma clarabóia na região central e

convergente da edificação. Esta região é destinada à exposição de esculturas, que

propositalmente devem receber incidência de luz direta, a fim de as sombras sejam ressaltadas

e valorizadas.

42

Figuras 3.7, 3.8 e 3.9: Clarabóia da Pinacoteca do Estado de São Paulo – autoria arqtº Paulo

M. da Rocha (Julho de 2004)

Porém, não podemos esquecer que as clarabóias devem ser utilizadas com muito critério e

cuidado, principalmente em regiões tropicais como no caso do Brasil, e principalmente, no

exemplo da Pinacoteca, onde há excesso de vidro incolor sem proteção alguma; pois em

função da maior vulnerabilidade que apresentam do ponto de vista térmico provocam um

maior desconforto para o usuário, incremento do uso do ar condicionado e,

conseqüentemente, maior consumo de energia.

Em contrapartida, um exemplo de solução eficiente é a aplicação em aberturas zenitais de

sistemas avançados para o uso otimizado da luz natural. A fig 3.10 mostra o interior do

Museu de História Contemporânea da Alemanha coberto por um zenital do tipo domus com

superfície iluminante revestida pelo painel prismático. Dentre as vantagens dos painéis

prismáticos, podemos citar a sua semitransparência e a redução do ofuscamento causado pela

visão da abóbada celeste.

Figuras 3.10: Cobertura tipo domus revestida com painéis prismáticos.

Fonte: www.siteco.com

43

3.3.2.2 Edifícios de escritórios

Edificações deste tipo tendem a ser volumes compactos de grande escala, fazendo com o

volume interior predomine sobre a área de fachada. As aberturas zenitais não são

normalmente utilizadas, a não ser os átrios, pelo fato destes edifícios possuírem em sua

maioria, vários pavimentos.

Edifício de escritórios localizado na Alemanha, de formato retangular com dois pavimentos,

possui na sua área central (em toda a extensão do edifício) um teto de dupla inclinação

composto por fechamento em vidro duplo de baixa emissividade térmica e por quebra-sóis

orientáveis em alumínio branco. Os quebra-sóis funcionam como um elemento de controle da

radiação solar direta, ou seja, redirecionam a luz solar para os espaços adjacentes da

edificação.

Figura 3.11: Iluminação zenital ao longo do Escritório Técnico da Gartner.

Fonte: Opici (1996)

Os átrios são soluções extremantes favoráveis em edificações lineares, pois permite maior

aproveitamento da luz natural, nas figs 3.12 e 3.13, está o edifício de escritórios da Audi

Automóveis com a cobertura em vidro isolado do tipo okasolar. Este material contém grelhas

fixas que controlam a transmissão ótica da luz e o ganho de calor. O sistema é controlado por

um computador otimizado que redireciona a luz incidente e filtra o calor, permitindo a entrada

da luz difusa através das grelhas de acordo com a elevação do sol.

44

Figura 3.12 e 3.13: Edifícios de escritórios da Audi Headquarters. Fonte: www.okalux.de

3.3.2.3 Edifícios comerciais

Dentre as tipologias arquitetônicas existentes, pode-se afirmar que os centros comerciais, ou

melhor, os centros de compras, são edificações que mais recebem intervenções do tipo

aberturas zenitais. Intervenções estas, com diversificadas geometrias e em maior quantidade,

geralmente devido às inúmeras possibilidades permitidas pela extensão e dimensão deste tipo

de edificação.

Nesse sentido, adotou-se então, para estudo de caso, esta tipologia de edifícios pelo número

cada vez mais crescente destas edificações em todo o mundo, e principalmente no Brasil, e

pelo fato destas construções seguirem um padrão internacional de arquitetura, proveniente do

hemisfério norte, e muitas vezes não tendo uma preocupação com a realidade e adequação

climática local. No entanto, o que verifica-se no momento atual, é uma corrente com forte

tendência na utilização de tecnologias avançadas para o uso da luz natural, bem como a

redução no uso de equipamentos de refrigeração mecânica, no intuito de se criar espaços

menos artificiais, com menor consumo energético e, principalmente, mais confortáveis

ambientalmente, garantindo o bem estar do seu usuário e consumidor.

Desta forma, faz-se uma breve descrição da arquitetura dos centros de compras: relatando

suas características e tendências atuais.

3.3.2.3.1 Evolução histórica dos centros de compras

Há mais de mil anos que os povos tem como hábito e como princípio para sua sobrevivência,

comercializar produtos e mercadorias. O ato de comercializar atraiu consumidores e

comerciantes para um lugar específico, onde ali pudessem ocorrer todo e qualquer espécie de

“intercâmbio” entre os seres humanos. Essas “trocas”, inicialmente, eram realizadas em

espaços de caráter público e ao ar livre como em largos e praças, em ruas à margem de portos

ou em mercados parcialmente cobertos (por tecidos, toldos, marquises, etc).

Os centros de compras, comumente chamados de shopping centers21

, que incluem tantos os

pequenos, grandes e super espaços com suas grandes metragens quadradas de área construída

tiveram sua origem na década de 20 nos Estados Unidos da América.

21 Na língua portuguesa, o termo shopping center foi incorporado e faz referência específica ao empreendimento do tipo centro de compras planejado. Desta forma, adota-se no trabalho a nomenclatura centros de compras, tradução do termo utilizado na língua inglesa, shopping center.

45

Shopping center é um centro de compras planejado que se desenvolve em um único edifício,

ou grupo de edifícios devidamente articulados, contendo lojas de diversos varejistas, com

serviços de estacionamento, segurança, manutenção, etc – em comum – pensado como

unidade e administrado por um único dono.

Na Inglaterra, a nomenclatura shopping center é usada para designar os distritos comerciais,

planejados ou não; enquanto na América é usado para definir o estabelecimento comercial do

tipo shopping center voltado, fundamentalmente, para a administração do negócio e

marketing comercial (VARGAS, 2001).

Na Europa, as galerias comerciais do século XIX, surgiram para permitir aos consumidores o

“ir” às compras em ruas cobertas, protegidos do sol e da chuva. Nessas galerias foram

planejados elementos arquitetônicos e materiais diversos no intuito de atrair os consumidores

a entreter-se nestes espaços por um maior período de tempo e seduzi-los com ambientes

luxuosos e confortáveis.

Por todo o mundo, nas zonas climáticas mais diversas, de cidades como Nápoles a Moscou, se

construíram galerias comerciais. Dois exemplos típicos de galerias são a Galeria Vittorio

Emanuelle II, em Milão e o GUM, em Moscou. Estas galerias foram construídas com espaços

envidraçados, cúpulas e fachadas em vidro para tornar o mais atraente e confortável possível o

“ir” às compras naquela época.

De acordo com Behling et al (2002), as grandes coberturas e fachadas transparentes, num

primeiro momento, não foram projetadas para permitir a visão da rua ou para deixar entrar a

luz do sol no edifício, mas sim para atrair a visão do público para as mercadorias.

Hoje, mais que um simples comércio ou um mistura de atividades e varejo muito extenso, os

centros de compras se espelham em um hipotético exemplo de cidade ideal. Oferecem infra-

estrutura, tecnologia e segurança, requisitos essenciais à vida moderna, buscados pelo homem.

Muitas das nossas cidades e vilas nasceram da realização periódica de feiras e mercados,

expoentes máximos do comércio de então, e que pela sua importância, regularidade e

popularidade vieram a ter relevante influência, no sentido de que o comércio começou a se

fixar, abandonando progressivamente a modalidade “itinerante”. Dessa forma, ainda hoje, a

atividade comercial, mais especificamente o comércio instalado nos centros urbanos, constitui

uma das mais fiéis referências do dinamismo socioeconômico das cidades.

No Brasil, exatamente no ano de 1966 foi inaugurada a primeira unidade de um centro de

compras, o Shopping Iguatemi, na cidade de São Paulo. Os anos 80 e 90 ficaram

caracterizados pelo crescente aumento do número de unidades de centros de compras e

também pela diversificação no formato tradicional dessas tipologias. Os projetos

arquitetônicos ficaram cada vez mais arrojados, com o uso de novos materiais e o recurso de

46

novas tecnologias, no intuito de aumentar a oferta e diferenciar seus serviços para atrair

consumidores cada vez mais exigentes.

Segundo dados do ICSC - Internacional Council of Shopping Centers (2003), hoje,

contabiliza-se nos Estados Unidos 46.336 unidades de centros de compras, e no Brasil,

segundo a ABRASCE - Associação Brasileira de Shopping Centers (2005) existem 257

unidades, sendo 235 em operação e 22 em construção.

Realizados alguns estudos sobre as edificações recentemente inauguradas e as que estão em

fase de construção, como também, com base em premiações a nível internacional de projetos

relativos a essas tipologias, pôde-se observar o que está sendo adotado como tendência

arquitetônica na atualidade.

3.3.2.3.2 Tendências atuais

O ICSC (2003) define como centro de compras um edifício que possui sua localização

minimamente estudada, com a disposição planificada das lojas e a presença de pelo menos

uma loja âncora22. Geralmente são edificações com arquiteturas introspectivas, voltadas para

o seu centro, para o seu espaço interno projetado, onde se têm ambientes climatizados

artificialmente e “alheios” aos fatos que ocorrem nas vias públicas que os cercam.

Os centros de compras são um mundo auto-suficiente com um mix de atividades muito

extenso. Existem diversos tipos de centros de compras, classificados de acordo com o número

de pessoas que o freqüentam e o tipo de atividade que comportam: regionais, comunitários, de

vizinhança, outlets, festival centers, lifestyles. Os regionais são os que possuem maior área e

infra-estrutura (AMORIM, 2000).

Como tendência atual da arquitetura pode-se citar a configuração irregular da planta do

edifício e a criação de ambientes mais naturais. Esta última tendência tem ocasionado o

retorno da luz natural, mais por uma questão de otimização da condição de conforto do

ambiente do que por razões de consumo energético.

O ICSC realiza anualmente uma publicação23 que premia os melhores projetos de centros de

compras em todo o mundo. Os critérios empregados na premiação incluem “novos métodos

para otimização do ambiente construído, conservação de energia e técnicas inovadoras de

construção”, mas o projeto selecionado raramente se enquadra fielmente em todos os critérios

em questão. A ênfase é dada, sobretudo, no seu aspecto estético, na decoração e na temática

do centro de compras.

No intuito de se criar uma atmosfera específica, os projetos destes edifícios, na sua grande

maioria, possuem elementos arquitetônicos como átrios e lanternins para reforçar a entrada da

luz natural. É verdade que a qualidade da iluminação obtida é melhor e a constante mudança

22 Negócios âncoras são lojas que possuem uma marca forte e consolidada no mercado, e que certamente atrai os consumidores. Fonte: ABRASCE - Associação Brasileira de Shopping Centers (1998). 23 Winning Shopping Center Design, nº 5 – ICSC, New York, 1998.

47

de luz natural é favorável, pois proporciona segundo Majoros (1998) efeitos estimulantes nos

ambientes. Todavia, o sistema de iluminação artificial não deve ser desconsiderado, mas sim,

incorporado de forma integrada com o comportamento da luz natural.

3.3.2.3.3 Centros de compras em Brasília

A utilização de aberturas zenitais em centros de compras para entrada da luz natural é uma

forte tendência atual. Os centros de compras existentes em Brasília não são uma exceção, pelo

contrário, alguns destes edifícios, construídos logo após a inauguração da capital, anos depois

passaram por adequações no seu projeto original no sentido de receber intervenções como o

incremento de aberturas zenitais em sua cobertura.

O Conjunto Nacional inaugurado em 1971 é um exemplo típico de edificação que passou por

alterações em sua concepção arquitetônica original, para receber em seu teto aberturas zenitais

que reforçam a entrada da luz natural. Foram acrescentados nas áreas de circulação do centro

de compras algumas clarabóias e lanternins com estrutura em alumínio natural e

policarbonato alveolar transparente. Porém, verifica-se certa incidência de luz solar direta nas

áreas comuns da edificação em alguns horários, ocasionando ofuscamento e excesso de

luminosidade próximo às vitrines, prejudicando de certa forma a exposição das mercadorias.

Por outro lado, pode-se verificar que a iluminação zenital nesses espaços proporcionou o

acionamento tardio da iluminação artificial principalmente em dias claros, gerando certamente

uma redução no consumo de energia do edifício.

Figuras 3.14, 3.15 e 3.16: Edifício do Conjunto Nacional, centro de compras pioneiro na cidade de Brasília, está localizado na área central, às margens do Eixo Monumental.

(Março, 2004)

Outro exemplo de destaque desta tipologia de edificação na cidade é o Brasília Shopping,

inaugurado em 1997, faz parte da geração de edifícios comerciais e centros de compras da

capital, com design contemporâneo e ampla fachada em vidro. A edificação é composta por

três zenitais, sendo dois nas áreas de lojas e um na área da praça de alimentação. Os zenitais

ocupam quase toda a extensão da cobertura conduzindo luz natural também para os espaços

adjacentes da edificação (ver figs 3.17, 3.18 e 3.19).

48

A geometria da cobertura é um teto de dupla inclinação escalonado em vidro fume e estrutura

interna em alumínio natural e a externa na cor preta. As coberturas passaram por intervenções

posteriores à sua inauguração onde foram aplicadas películas na tonalidade fume escuro,

provavelmente devido à presença de ofuscamento em certas horas do dia o que pode ser visto

na figura 3.18. Já na fig. 3.19 nota-se um certo escurecimento dessa área causado pela

aplicação da película. Esses são fatos que poderiam ser previstos em projeto, geralmente com

o estudo da orientação e incidência solar, e a geometria do zenital, ou então, com a utilização

de tecnologias existentes que tem como princípios a proteção solar ou o redirecionamento da

luz direta na edificação.

Figura 3.17: Brasília Shopping, vista externa do complexo: centro de compras e torre composta por salas comerciais. (Março, 2004)

Figura 3.18 e 3.19: Vista interna da edificação; a abertura zenital proporciona entrada de luz tanto no 1º pavtº quanto no 2º pavtº. (Março, 2004)

Em certos edifícios de centros de compras a presença da iluminação zenital é constatada em

mais de um ambiente e com geometrias e formatos, geralmente diversificados. Mas a maior

parte destes elementos são projetados sem um sistema efetivo de controle da penetração da

luz direta e proteção solar do ambiente. É interessante notar que uma efetiva integração do

dispositivo de controle solar nestes edifícios poderia ajudar a obter um eficaz equilíbrio entre

resfriamento e iluminação natural, especialmente em climas quentes.

49

Entretanto, a maior desvantagem da luz natural é a sua imprevisibilidade. Em climas quentes,

se não forem projetadas de maneira adequada, as áreas envidraçadas que permitem a entrada

da luz natural em um edifício podem contribuir para ganhos térmicos indesejáveis e até

mesmo insuportáveis para o ser humano. Sendo assim, os custos adicionais com resfriamento

podem anular os custos reduzidos do sistema de luz artificial.

Em estudo anterior realizado por Amorim (2000) para a cidade de Brasília em que compara

dois edifícios de centros de compras, o Brasília Shopping e o Park Shopping, e propõe

intervenções nos zenitais, considerou-se a melhora das condições de conforto visual e

otimização da luz natural através do uso de tecnologias e componentes de proteção solar e

distribuição da iluminação natural no ambiente. Amorim (2000) realiza uma comparação

destes dois estudos de caso representativos, aplicando como metodologia a Avaliação Pós-

Ocupação (APO), medições in loco e levantamento do consumo energético de ambos os

edifícios. Feito isso, seleciona o Park Shopping (tipologia representativa da década de 80)

para estudo de caso detalhado. Em sua pesquisa seleciona uma área específica com abertura

zenital onde realiza medições e validações com o programa computacional Lightscape. Sua

proposta inclui o redesenho do zenital existente, substituição do fechamento transparente por

outro de maior controle térmico, inserção de grelhas de sombreamento reguláveis sobre o

mesmo, e sob este colocação de prateleiras de luz.

Entretanto, diferentemente, este estudo pretende verificar o melhor desempenho de

configurações de aberturas zenitais e materiais ou sistemas avançados existentes para o uso

otimizado da luz natural em edifícios do tipo centro de compras para a cidade de Brasília.

3.3.3 Conclusão

Verifica-se com relação à iluminação zenital, diferentemente da iluminação lateral, poucos

estudos sobre o tema. Contudo, não se pode afirmar que as tendências atuais que vem sendo

adotadas nos projetos de centros de compras (como por exemplo, colocação de zenitais para

entrada da luz natural) têm conduzido a uma redução efetiva no consumo energético destes

edifícios. Com relação ao desenho de aberturas zenitais, especificamente em centros de

compras, deve-se observar desde o estudo preliminar do projeto arquitetônico, qual a

quantidade de luz natural necessária e como obter uma boa performance para iluminar os

espaços adjacentes mais profundos da edificação, sem que ocorra excesso de radiação solar

nas mercadorias em exposição e presença de ofuscamento nas vitrines e áreas de circulação.

O topo do zenital é a área por onde entra a luz natural que será conduzida aos espaços

adjacentes. A iluminação pode sofrer alterações em função da geometria da cobertura,

estrutura de fixação e dos elementos de controle usados para filtrar a luz. A geometria da

cobertura deve levar em consideração fatores climáticos, como penetração de chuva,

distribuição da luz natural, acúmulo de sujeira e a forma mais adequada para a estrutura.

50

Os materiais de fechamento transparentes deixam passar mais luz natural e fornecem a visão

do céu, porém com a desvantagem de deixarem passar a luz do sol concentrada em feixes. Os

materiais translúcidos difundem e redirecionam a luz do sol, porém não possibilitam uma

visão clara do céu. Com céu encoberto, analisa Baker et al (1993), ocorre uma drástica

redução nos níveis de luz natural quando usados materiais altamente difusores. A geometria

também altera o direcionamento da luz, com a utilização de vidros translúcidos, por exemplo,

um teto chanfrado a quarenta e cinco graus, direciona mais luz para as paredes e menos para o

piso (BAKER et al, 1993).

Para tanto, é indispensável conhecer o comportamento da luz; os materiais e tecnologias

existentes atualmente, suas características e propriedades fotométricas, no intuito de se utilizar

a luz natural corretamente e aplicar os recursos disponíveis como estratégias eficientes de

projeto, que resulte numa edificação voltada para o conforto do ser humano e que contribua

para a criação de uma arquitetura sustentável24 .

Descreve-se, dessa forma, no capítulo 04, as tecnologias e sistemas avançados disponíveis,

atualmente, para o uso otimizado da luz natural no projeto de arquitetura.

24 De acordo com Sabatella (2002), a arquitetura sustentável estuda as possibilidades de se efetuar de maneira eficiente as interfaces de um projeto, sejam através da escolha do sítio, utilização de materiais de construção adequados, da orientação da edificação, da eficiência das aberturas, do estudo da ventilação e da insolação, dos ganhos e perdas térmicas, do estudo do microclima e do macroclima, do impacto ambiental, da vegetação e/ou dos aspectos culturais.

51

CAPÍTULO 04

TECNOLOGIAS E SISTEMAS PARA USO DA LUZ NATURAL

Atualmente, diversas tecnologias e sistemas avançados para a otimização do uso da luz natural no projeto de arquitetura têm se desenvolvido; principalmente na Europa Central, nos Estados Unidos e Austrália. Este capítulo apresenta essas tecnologias descrevendo suas principais características, avaliando seu desempenho com relação ao contexto climático da cidade de Brasília.

4.1 CARACTERÍSTICAS DOS FECHAMENTOS TRANSPARENTES

Os fechamentos transparentes têm a função na arquitetura de permitir a iluminação natural do

espaço interno e estabelecer uma relação visual com o externo.

Uma das características da arquitetura atual é a utilização de grandes fachadas envidraçadas

(ou translúcidas) independente das condições climáticas local. Esse uso indiscriminado,

muitas vezes, causa um sobre-aquecimento das edificações devido ao ganho excessivo de

carga térmica decorrente da incidência da radiação solar. Desse sobre-aquecimento, duas

conseqüências são imediatas: o desconforto dos usuários e a intensificação no consumo de

energia elétrica para o condicionamento artificial do ambiente.

A identificação de tais problemas gerou a necessidade de desenvolvimento de novas

tecnologias de produção de componentes translúcidos (vidros, policarbonatos, sistemas

avançados, etc) que, basicamente, buscam o componente perfeito: alta transmissão luminosa;

baixa transmissão de calor (infravermelho); e baixa transmissão de ultra violeta.

No espectro solar há duas regiões de especial importância para o estudo do desempenho dos

fechamentos transparentes: a região de onda curta e a de onda longa. As ondas curtas se

subdividem em visíveis (380 a 770nm) e infravermelhas (radiação térmica: 700 a 3000nm) e

as ondas longas são radiações infravermelhas emitidas por corpos aquecidos (>3000nm).

Segundo Fontoynont (1998), o vidro das janelas e das coberturas excluem os raios UVB (200

a 380 nm), os ocupantes do prédio são, assim, privados de pelo menos um efeito importante

dos raios UV, embora ao mesmo tempo protegidos dos seus efeitos prejudiciais. Para uso

geral, entretanto, deve-se ficar atento para não eliminar mais segmentos da faixa de ondas

solar as quais nosso organismo está acostumado a receber (ver tabela 4.1).

O principal benefício, dentre outros, da irradiação dos raios ultravioleta na pele é a produção

de vitamina D, sem a qual o cálcio não pode ser devidamente absorvido e utilizado. A

quantidade de exposição à luz solar necessária para que se atinja uma síntese de vitamina D

adequada é difícil de ser especificada devido à quantidade de variações de intensidade dos

raios UV. Embora, conforme BAKER et al (2002), céus encobertos por nuvens reduzam a

52

intensidade dos raios UV, elas não os eliminam; céus nublados normalmente reduzem a

intensidade em torno de 50%.

Em geral, tanto os efeitos mais prejudiciais como os mais benéficos dos raios UV resultam da

exposição ao raio UVB. Contudo, pouca quantidade de UVB é transmitida através dos vidros

das janelas e zenitais27. Assim como o resto da faixa de ondas solar, a intensidade da radiação

UV varia de acordo com a latitude, a estação do ano, a hora do dia e o espaço celeste coberto

por nuvens.

Ao incidir sobre um fechamento translúcido/transparente (vidro, policarbonato, acrílico, etc)

essas três categorias de radiação (ultravioleta, visível e infravermelho) são: absorvida,

refletida ou transmitida em função das propriedades do material (já comentado no capítulo 2).

Em edifícios de centros de compras, especialmente, além de considerar o efeito da incidência

solar sobre o ser humano, deve-se preponderar a entrada dos raios solares através de

superfícies envidraçadas em relação às mercadorias expostas (desbotamento), ao ofuscamento

e aos ganhos térmicos.

Na Tabela 4.1 relaciona-se o aspecto de incidência solar (comprimento de onda) e o tipo de

material transparente indicado para o ambiente construído, pois o equilíbrio na utilização

destes materiais é uma questão que deve ser ponderada.

Tabela 4.1 – Incidência solar e indicação de envidraçados. Fonte: Adaptado de VIANNA e GONÇALVES (2001).

EFEITOS Região de concentração da efetividade (nm)

INDICAÇÃO

Passagem de luz

380 a 780

Utilizar preferencialmente material incolor ou claro. Especificar com cuidado películas e vidros refletivos

(Cool-Lite*) prata, bronze e azul intenso. Atenuar passagem de infravermelho (calor)

780 a 1500

Refletivos metalizados a vácuo (Cool-Lite e Sun Guardian**), películas refletivas, refletivo verde

(Antélio***), verde comum e eletrocrômico. Admitir luz e atenuar

infravermelho 380 a 780 (desejável) > 780 (indesejável)

Refletivos verdes (SG), eletrocrômico ref. verde (Antélio) e verde comum.

Atenuar passagem de ultravioleta (evitar

desbotamento)

300 a 380

Policarbonatos, vidros laminados e películas de controle solar.

Admitir luz branca e atenuar ultravioleta

(uso em vitrines)

380 a 780 (desejável) < 380 (indesejável)

Policarbonatos, vidro laminado e película Museum****

(incolores)

Evitar eritemas, queimaduras

280 a 320 Policarbonatos, películas, laminados e vidros comuns com espessura superior a 6mm.

Síntese de vitamina D (antiraquitismo)

280 a 310 Ausência de qualquer envidraçado.

* Cool-Lite – Fabricado pela Santa Marina ** Sun Guardian (SG) – Fabricado pela Sun Guardian *** Antélio – Fabricado pela Blindex **** Museum - Fabricado pela Courtaulds.

27 A proporção de raios UV transmitidos através dos vidros das janelas e zenitais, segundo BAKER et al (2002), varia de acordo com o tipo, grossura e ângulos de incidência. Uma única janela de vidro claro comum de 4 mm, por exemplo, transmite por volta de 50% do total de radiação UV num ângulo de 0° de incidência; fazendo uma média de aproximadamente 80% acima de 350 nm, depois diminuindo rapidamente para algo como 7% a 320nm, sendo apenas uma pequena porção de raios UVA. Com relação à maior parte da faixa de ondas de raios UVA (320-380 nm), esses valores de transmissão continuam relativamente constantes em ângulos de incidência de até 60°. Acima de 60°, representando grandes altitudes solares em relação ao vidro vertical, eles diminuem rapidamente.

53

4.2 MATERIAIS CONVENCIONAIS

4.2.1 Vidros

Os vidros, materiais transparentes às radiações visíveis, têm funções específicas na

arquitetura: permitir a iluminação natural do espaço interior e estabelecer uma conexão visual

com o exterior até chegar criar a ilusão de um único espaço.

Em relação a outros materiais de construção, o vidro tem uma resistência muito baixa ao fluxo

térmico, ou seja, são bons condutores de calor. Entretanto, são os únicos materiais de

construção com capacidade para controlar de forma racional a radiação solar (luz e calor).

Existem vidros dos mais diferentes tipos, subdivididos em categorias e as mais avançadas

tecnologias, que possuem capacidades distintas em absorver, refletir ou transmitir a radiação

solar. Isto depende das características ópticas do material, que variam com o comprimento de

onda da radiação e com o ângulo de incidência. Segue breve descrição sobre alguns tipos de

vidros existentes.

4.2.1.1 Vidro Comum

O vidro comum é muito transparente a toda radiação solar, ou seja, permite grande

transparência ao espectro visível, como também a passagem dos raios infravermelhos, os

quais se transformam em calor e aquecem o ambiente.

4.2.1.2 Vidro Termo - absorvente

Este tipo de vidro é composto por um vidro plano colorido através da adição de óxidos. As

cores mais eficientes, segundo Caram (1997), para serem aplicadas na arquitetura são os azuis

e verdes, pois apresentam significativas propriedades em termos de transmissão da radiação

visível e grande atenuação da radiação infravermelha.

4.2.1.3 Vidro Laminado

É formado por duas ou mais placas de vidro plano intercalado por película polimérica de

polivinil butiral incolor ou colorido. Podem ser encontrados no mercado em várias cores

(azul, bronze, verde e fumê). Devido à coloração aplicada entre as placas de vidro, a entrada

de luz natural torna-se insuficiente obrigando assim, a utilização da luz artificial no espaço

interno.

4.2.1.4 Vidro Refletivo

É composto por uma camada de óxidos metálicos em uma de suas faces, conferindo um

aumento no seu grau de reflexão. Como desvantagem acarreta uma redução na transmissão da

luz visível e impede a visão do ambiente externo quando o interno está iluminado (por

exemplo, à noite).

54

4.2.2 Acrílico

O PMMA é uma das formas primárias disponíveis do acrílico. É produzido em placas

moldadas e folhas corrugadas, além de formas lineares corrugadas com cavidades celulares. A

moldagem é realizada entre folhas de vidro (CARAM, 1997).

As folhas transparentes têm espessuras entre 1mm e 100mm. Folhas planas comuns,

corrugadas, estão à disposição em espessuras de 2mm a 6mm, as folhas lineares com células,

corrugadas, encontra-se com 16mm de espessura e com até 1.200 mm de largura.

São fabricados na cor opaca e em outras, como também com texturas superficiais diversas. As

dimensões dos moldados variam de acordo com o fabricante, porém, folhas de até 2m por 6m

já existem no mercado. Quanta à transmissão da luz: o PMMA pode transmitir a luz de forma

muito intensa; chega a 92% para espessuras entre 1 e 25mm.

4.2.3 Policarbonato

O policarbonato é produzido numa variedade de formas corrugadas. A folha corrugada é

encontrada, em geral, com espessura de 1mm à 12mm, transparente, colorida ou opaca com

dimensão de até 2m por 6m, variando conforme o fabricante. Existem diversas texturas de

superfície.

A superfície do material geralmente é revestida com silicone de polímeros, o que proporciona

à folha resistência adicional à abrasão. Isso costumava ser aplicado apenas às versões planas

do produto, mas com as novas tecnologias existentes passou-se a produzir formas moldadas

maleáveis e endurecidas em formato curvo ou drapeado.

Existem policarbonatos com camadas duplas ou múltiplas, de até quatro ou cinco paredes de

espessura, moldados como materiais lineares com células, em larguras padrão, normalmente

de 1,25 ou 2,1m. Os fabricados com camada dupla têm até 16mm de espessura; o de tripla

camada pode ser obtido com espessura de até 40mm. As espessuras do material celular variam

de acordo com cada fabricante.

Com relação à transmissão da luz: varia entre 82% para 12mm e 90% para 1mm de espessura

do material. O produto característico de 5 ou 6mm possui uma transmissão de 85%. Esses

valores são reduzidos para 50% para a folha de cor bronze. O policarbonato transmite a luz

visível e é efetivamente opaco à irradiação ultravioleta.

4.3 COMPONENTES ARQUITETÔNICOS E SISTEMAS PARA A LUZ NATURAL

Os componentes e sistemas arquitetônicos que podem ser utilizados para aproveitamento da

luz natural vão desde os mais simples, como proteções solares fixas, prateleiras de luz até

tecnologias mais sofisticadas. Neles, está implícita a função de controle das quantidades e

qualidade da luz natural empregada e o papel que vão exercer na arquitetura projetada. Baker

55

et al (1993) propõe uma classificação geral para se trabalhar com a iluminação natural que

pode ser aplicada tanto individualmente quanto agrupada, são eles: os componentes de

condução, os componentes de passagem e os elementos de proteção. Na tabela 4.2 abaixo se

sintetiza a classificação geral destes componentes.

Tabela 4.2 - Classificação dos componentes para a luz natural.

COMPONENTES PARA A LUZ NATURAL

Componentes de Condução Componentes de Passagem Elementos de Controle

Grupo I - Superfícies separadoras

Grupo I – Espaços de luz intermediários

Grupo I

Componentes de Passagem Lateral Grupo II – Protetores Flexíveis

Grupo III – Protetores Rígidos Grupo II

Componentes de Passagem Zenital

Grupo IV – Filtros Solares

Grupo II – Espaços de luz internos

Grupo III Componentes de Passagem

Global

Grupo V – Obstruções Solares

Fonte: Adaptado de Baker et al (1993)

A figura 4.1 abaixo ilustra esquematicamente alguns exemplos destes componentes. Ressalta-

se que a utilização ou não destes componentes e das combinações entre eles em edificações

deve estar de acordo com o clima local, dimensão e função da edificação.

Componentes de Condução

Componentes de Passagem Elementos de Controle

lateral zenital global Pátio interno Estufa Lateral Zenital Global Separador de

superfícies Filtro solar

Figura 4.1: Classificação dos componentes arquitetônicos proposta por Baker et al (1993)

4.3.1 Componentes de Condução

São espaços intermediários, pelos quais a luz passa antes de atingir os ambientes internos.

Alguns exemplos são: galerias, estufas, pátios, átrios e dutos de luz (BAKER et al, 1993). O

uso de espaços abertos intermediários em climas quentes e temperados possibilita a

climatização natural no interior dos ambientes, além de incrementar a relação visual. São

exemplos de componentes de condução: estufas, galerias, dutos de luz, átrios.

4.3.2 Componentes de Passagem

A luz natural passa do meio externo para dentro do edifício através de aberturas laterais e

zenitais. Os componentes de passagem da luz lateral são: janelas, sacadas, paredes

56

translúcidas, cortinas de vidro. A passagem da luz através da cobertura é caracterizada como

iluminação zenital e pode ser feita através de aberturas como: teto com dupla inclinação,

lanternim, sheds, cobertura translúcida e domos (BAKER et al, 1993). Os componentes de

passagem podem ter contato direto com o exterior ou abrir-se para os espaços formados pelos

componentes de condução. Também podem ser protegidos por algum elemento de controle.

4.3.3 Elementos de Controle

Nem toda luz natural que incide na edificação deve passar para o meio interno. Os elementos

de controle são geralmente adicionados aos componentes de passagem ou de condução.

Funcionam como filtros e barreiras que protegem os ambientes internos do meio externo. São

eles: toldos, beirais, persianas, prateleira de luz, brises.

Dentre estes, alguns podem ser destacados por serem de utilização adequada a climas quentes,

além de apresentarem custo relativamente baixo e exigências de manutenção simples. Mais

detalhadamente, a seguir, destacam-se os sistemas avançados atualmente existentes,

tecnologias estas, que inseridas nos componentes arquitetônicos ou utilizadas em conjunto,

atuam na otimização do uso da luz natural nos ambientes.

4.4 SISTEMAS AVANÇADOS PARA USO DA LUZ NATURAL

Um sistema avançado para a luz natural é uma adaptação na janela ou na abertura zenital que

tem como objetivo melhorar e/ou otimizar a quantidade e a distribuição de luz natural em um

espaço. Os sistemas avançados para a luz natural utilizam a luz do zênite e do céu de maneira

eficiente, guiando-a com maior profundidade e uniformidade para o interior dos ambientes.

De acordo com Amorim (2002b), podem ter o mesmo efeito de proteção solar que,

normalmente, consegue-se com os dispositivos de sombreamento externo, reduzindo as

temperaturas internas. Além disso, estes sistemas podem reduzir a ocorrência de ofuscamento

causado pela luz direta ou pela luz difusa. Os sistemas avançados para a luz natural podem ser

elementos fixos ou móveis. No caso de elementos móveis, estes podem ser controlados

manual ou automaticamente; o controle automático pode ser baseado na disponibilidade de

luz natural. É necessário, porém, que a utilização destes sistemas seja planejada juntamente

com o sistema de iluminação artificial, para se obter uma maior economia energética.

Na tabela 4.3 está resumido uma classificação dos sistemas avançados para uso otimizado da

luz natural em edificações adaptado da publicação do IEA Task 21 (2000). A classificação

abrange sistemas com e sem proteção solar e, dentre os sistemas existentes foram

selecionados os passíveis de serem fixados tanto em aberturas laterais quanto em zenitais e

aplicáveis em latitudes do hemisfério sul.

57

A tabela descreve a categoria na qual o sistema está inserido; sua nomenclatura e ilustração; o

clima ao qual apresenta condições de ser utilizado; a localização para fixação (lateral ou

zenital) e os critérios de seleção, ou seja, suas principais características e funções.

Tabela 4.3 - Classificação dos Sistemas Avançados para a Luz Natural28

1. SISTEMAS COM PROTEÇÃO SOLAR

Categoria Sistema Clima Localiza-ção

Critérios para Seleção

Tipo/Nome

Desenho

Pro

teçã

o do

O

fusc

amen

to

Vis

ta e

xter

na

Con

duçã

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1A S

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so

prim

ário

da

luz

difu

sa.

Painéis Prismáticos

Todos os climas

AL AZ

D

D

D

D

D

D

S

1

Vidros c/ perfis

refletores (Okasolar)

Climas Temperados

AL

AZ

D

D

D

D

D

N

S

3

Abertura Zenital

c/ Laser Cut Panel

Climas quentes, céu

claro, baixas latitudes

AZ

D

S

S

S

N

D

2

2. SISTEMAS SEM PROTEÇÃO SOLAR

2A.

Sist

emas

pa

ra

Con

duçã

o da

luz

Luz

Dif

usa

Prateleira de Luz

Todos os climas

AL AZ

D

S

D

D

D

N

S

1

Laser Cut Panel

Todos os climas

AL AZ

N

S

S

S

S

N

T

2

2B. S

iste

mas

par

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ondu

ção

da L

uz

Dir

eta

Painéis

Prismáticos

Todos os climas

AL AZ

D

D

D

D

D

S/N

S

1

AL: Abertura Lateral; ALA: Abertura Lateral Alta; AZ: Abertura Zenital; S: sim; D: depende; N: Não; T: em fase de testes; FD: em fase de desenvolvimento

Fabricação e Desenvolvimento de Produtos: 1. Siemens AG, Traunreuth, Alemanha; 2. Queensland University of Technology, Ian Edmonds, Brisbane, Austrália; 3. Okalux, Marktheidenfeld, Alemanha.

28 Adaptado por Amorim (2002b) da classificação proposta pela IEA Task 21, “Daylight in Buildings”, Julho de 2000.

58

Dentre estes sistemas avançados discriminados acima, serão estudados como possíveis

soluções de projeto nas superfícies iluminantes de aberturas zenitais de edifícios do tipo

centros de compras, painéis prismáticos, o okasolar e o laser cut panel. Sendo somente

possível serem simulados no programa computacional utilizado os painéis prismáticos e o

Okasolar.

4.4.1 Prateleiras de luz (light shelf)

De acordo com a NBR 15215-1 (ABNT, 2005) define-se prateleira de luz como: “elemento de

controle colocado horizontalmente num componente de passagem vertical, acima do nível de

visão, definindo uma porção superior e inferior, protegendo o ambiente interno contra a

radiação solar direta e redirecionando a luz natural para o teto”.

As prateleiras de luz foram estudadas pela primeira vez por Hopkinson nos anos 50, com

relação ao controle e distribuição da luz difusa e redução do ofuscamento. O recente interesse

nestes componentes é devido à sua habilidade nestas duas funções e também no

direcionamento de luz direta no ambiente, quando desejado (BAKER et al, 1993).

Normalmente, são posicionadas horizontalmente acima do nível do olho do observador em

um componente vertical de passagem de luz, como em janelas, por exemplo, dividindo-a em

duas partes: uma inferior e outra superior (ver fig 4.2). Podem ser colocadas dentro, no meio

(intermediária) ou fora da edificação conforme o projeto.

Figura 4.2: Corte esquemático da prateleira de luz e seu funcionamento.

9h

12h

15h

1º pavtº

Pavt° térreo

Figura 4.3: Exemplo de utilização de prateleira de luz abaixo de aberturas zenitais e seu funcionamento.

As prateleiras têm como função proteger as zonas internas próximas à abertura da luz solar

direta e redireciona a luz que cai na superfície superior para o teto, melhorando a distribuição

de luz interna. A superfície superior da prateleira pode ter acabamento em material refletor,

como espelho, alumínio e outros.

No caso das aberturas zenitais em centros de compras, como visto na figura 4.3, as prateleiras

de luz são uma estratégia de projeto eficiente, pois permite uma melhor e maior penetração da

59

luz natural para o interior do edifício, diminuindo a incidência da luz solar direta tanto nas

lojas do segundo piso quanto na área comum do primeiro piso; possibilitando também, um

ambiente luminoso mais uniforme e evitando, portanto, um maior ganho térmico.

Todavia, ressalta-se que quanto mais inclinada estiver a prateleira, mais profundamente ela

projeta a luz, tanto direta como difusa. Porém, neste aspecto deve-se ter o cuidado para não

ocorrer ofuscamento nos planos de “trabalho” dos usuários. Uma prateleira na posição

inclinada pode projetar a luz solar direta para baixo, dependendo da altura do sol, causando

efeitos indesejáveis para os usuários do ambiente.

4.4.2 Painéis Prismáticos

Os painéis prismáticos são placas finas de acrílico transparente, de um lado lisas e de outro,

recortadas em ziguezague. Controlam a luz transmitida por meio da refração. A direção da luz

é redirecionada com a passagem pelo prisma ou vidro recortado de forma triangular.

Normalmente, o sistema prismático que redireciona a luz para o teto consiste em duas folhas

de prismas com as faces recortadas viradas para dentro, a fim de evitar acúmulo de poeira.

Quando usadas para o sombreamento refracionam a luz solar direta e transmitem a difusa.

Consiste numa seqüência de prismas acrílicos, onde existem dois ângulos que provocam a

refração, muitas vezes, são inseridos entre dois vidros para eliminar a manutenção. Podem ser

aplicados de diferentes maneiras, fixos ou móveis, nas aberturas laterais ou zenitais. São

transparentes, porém distorcem a visão do exterior.

Os prismas, que são elementos de controle utilizados como componentes de passagem (Baker

et al, 1993) foram utilizados pela primeira vez em Berlim, no início do século passado. Estes

chamados “Prismas de Luxfer” eram empregados em cidades densamente povoadas, em

edifícios com muitas obstruções, de forma a guiar a luz do zênite para o fundo dos ambientes

que, de outra forma, não teriam a possibilidade de desfrutar a luz natural. A partir desta

primeira idéia surgiram basicamente dois tipos diferentes de sistemas prismáticos (BAKER et

al, 1993):�

• Prismas que redirecionam a luz solar:

Desenvolvidos nos anos 70 na Austrália (Ruck e Smith). A idéia inicial era um painel

prismático fixo colocado entre duas placas de vidro, acima da altura do olho. No entanto, esta

aplicação tendia a desviar a luz para baixo quando esta provinha de alturas solares maiores.

Como solução para este problema a equipe de pesquisadores sugeriu um painel prismático

móvel, ajustável de acordo com a estação do ano.

• Prismas que excluem a luz solar:

Desenvolvidos nos anos 80 na Áustria, têm como objetivo rejeitar a luz solar direta e admitir a

entrada de luz do céu (difusa) próxima ao zênite. Estes sistemas utilizam princípios de

reflexão e refração, que permitem a proteção solar, controle e distribuição da luz difusa. Os

60

painéis têm dimensão de 206mm x 206mm, e são disponíveis em 11 tipos diferentes, cada um

desenhado para um tipo de uso diferente. Quatro diferentes ângulos de prisma, utilizados de

acordo com a localização no edifício, podem ser produzidos com uma camada refletiva

(prata), para refletir a luz direta.

Figuras 4.4, 4.5 e 4.6: Esquemas com reflexão e refração da luz incidente num painel prismático. (Fonte: www.siteco.de)

Como vantagens, os elementos prismáticos são translúcidos, o céu não pode ser visto, mas é

perceptível. Assim, não alteram muito a aparência das janelas vistas de dentro. Possibilita a

redução do ofuscamento causado pela visão da abóbada celeste, estes podem reduzir uma

luminância de 2000- 6000 cd/m2 (céu encoberto visto por uma janela convencional) para 100-

300 cd/m2, o que resulta em melhoria significativa do conforto visual, especialmente em

ambientes de trabalho com uso de computadores (BAKER et al, 1993).

Entretanto, apresenta desvantagens por ser um sistema fixo deixando obscurecer

permanentemente a visão do exterior. Requer espaço de 20mm entre os dois vidros, para

inserir o prisma. Tornando assim, o custo consideravelmente maior do que sistemas

tradicionais (de 200 a 400 � por m2), porém as economias também são importantes (não há

necessidade de uso de brises, menos luminárias, menor consumo de energia – menos luz

artificial durante o dia e com isso menor consumo de ar condicionado) (IEA, 2000).

4.4.3 Laser Cut Panel (LCP)

Laser Cut Panel é um painel fino de acrílico dividido por meio de cortes a laser em uma série

de elementos retangulares. A superfície de cada corte a laser funciona como um pequeno

espelho interno que deflete a luz que passa através do painel.

De acordo com Internacional Energy Agency - IEA (2000) suas principais características são

a alta proporção da luz refletida pelo ângulo obtuso (>120°), visibilidade através do painel e

método de produção flexível, fabricado tanto para pequenas, quanto para grandes quantidades

(ver figs 4.7 e 4.8).

61

Figura 4.7: Laser Cut Panel (LCP), sistema de re-direcionamento da luz natural.

Figura 4.8: Funcionamento do laser cut

panel. (Fonte: IEA (2000)).

O laser cut panel colocado na vertical (em janelas, por exemplo) reflete o raio de luz

incidente com inclinações superiores a 30º, enquanto transmite a luz próxima à normal

incidente com um pequeno distúrbio, mas mantendo a visão. Esse painel possui um brilho

muito baixo porque a luz refletida é direcionada para cima (para o teto) enquanto a luz

transmitida permanece no mesmo sentido (descendente) do raio de luz incidente.

Primeiramente, a luz é refletida quando incide no meio do acrílico pelo princípio da refração,

depois é refletida internamente e na saída refletida novamente (ver fig. 4.9). Como toda luz

refletida está na mesma direção, a reflexão é altamente eficiente. A fração de luz refletida, f,

depende do ângulo incidente, i, e o espaçamento entre os cortes dependem da relação de

profundidade, D/W, como visualiza-se na fig. 4.10. Por exemplo, um laser cut panel com

espaçamento entre os cortes numa relação de profundidade (D/W) = 0,7 fixado em uma janela

vertical reflexionará quase toda luz incidente acima de 45º de inclinação e transmitirá grande

parte da luz incidente abaixo dos 20º. Assim, uma fração de luz alta é reflexionada pelo painel

em direção ao teto agindo como uma fonte secundária de luz refletida difusa, similar ao

funcionamento da prateleira de luz (light shelf).

Figura 4.9: Frações de luz refletida (f) e transmitida (1-f). (Fonte: IEA (2000))

Figura 4.10: Fração de luz refletida X inclinação do ângulo de luz incidente em um laser cut panel

colocado na vertical. (Fonte: IEA (2000)).

Os painéis são produzidos a partir de cortes a laser em uma lâmina de acrílico transparente

(denominado PMMA) e projetados com uma borda contínua capaz de suportar seções. O corte

a laser é programado de acordo com cada projeto. Geralmente os cortes são feitos

LASER CUT PANEL

Placa em acrílico com canais cortados a laser

Luz natural

Feixe de luz direcionado ao teto

Placas de vidro isolante

Luz na direção do piso

62

perpendiculares ao painel, pois este método requer menos controle na velocidade e no

acionamento do laser, mas é possível efetuar os cortes em ângulos diferentes de acordo com a

direção e deflexão da luz. É necessário projetar o painel com bordas contínuas de 10-20 mm

de largura de modo a suportar as seções cortadas (IEA, 2000).

Os painéis de acrílico são geralmente fixados entre folhas de vidro, mas também podem ser

utilizados em áreas externas se os cortes a laser possuírem proteção por meio das lâminas.

Podem ser empregados em janelas com sistema fixo ou móvel.

São transparentes, porém, distorcem um pouco a visão do exterior devendo ser usados mais

nas aberturas cuja função é a entrada de luz e não a visão externa (ver fig. 4.11). Os painéis

redirecionam a luz que vem de cima para baixo na direção de baixo para cima. Isso pode

ocasionar brilho, portanto, recomenda-se sua instalação na altura acima do nível dos olhos.

Pode ser usado ainda em aberturas zenitais, devendo estar combinado com outros elementos

de proteção solar, como as prateleiras de luz, por exemplo, que dependendo de sua fixação em

relação ao seu ângulo de inclinação, possibilita segundo LAAR (2001), eliminar a

problemática referente ao brilho.

Os painéis podem ser instalados também em forma de brise móvel com funcionamento

diferenciado nas estações do ano. Por exemplo, no inverno na posição vertical para admitir a

luz ou no verão, na posição horizontal para refletir a luz (ver fig. 4.12).

Quanto à economia de energia a ser obtida com a utilização do painel, esta dependerá da

aplicação dos mesmos (IEA, 2000). Por exemplo, painéis fixos na parte superior da janela que

redirecionam a luz para o fundo do espaço interno podem aumentar a luz natural de 10 a 30%,

dependendo das condições do céu. Inclinados para fora da janela tem efeito maior ainda (ver

fig. 4.13).

Figura 4.11: Transparência e amostragem do material.

Verão Inverno

Figura 4.12: Esquema de posicionamento do laser cut de acordo com a estação do ano.

Figura 4.13: Corte esquemático do laser cut

panel fixado na janela com inclinação de 20º.

Fonte: IEA (2000)

A principal desvantagem deste sistema é o custo, aproximadamente 100 �/m2. Para pequenas

quantidades (<20 m2) o custo é de 130 �/m2. Com relação à manutenção e limpeza do

material, se forem instalados em uma janela entre folhas de vidro ou em um zenital, a

63

manutenção é dispensada. Mas, se forem instalados como uma lâmina ou somente com uma

folha de vidro, a manutenção requerida é similar ao do vidro comum.

4.4.4 Zenital Angular Seletivo (LCP)

O zenital angular seletivo (ver figs 4.14 e 4.15) incorpora uma configuração piramidal ou

triangular do laser cut panel dentro de uma cobertura zenital transparente proporcionando a

transmissão angular seletiva.

Figuras 4.14 e 4.15: Laser cut panel - a luz incidente com ângulos elevados é refletida quando difusa; enquanto os raios de luz com baixa inclinação penetram através do zenital.

Fonte: IEA (2000).

São produzidos a partir de cortes a laser em uma lâmina fina de acrílico transparente, onde

quatro painéis, cortados no formato triangular, são colocados dentro de uma pirâmide-tipo

zenital. Para um zenital triangular, os painéis são cortados no formato retangular e aparados

no interior do quadro do zenital. Os painéis de acrílico são cortados geralmente com espessura

de 6 mm, e o espaçamento entre os cortes é de 4 mm. Os zenitais angulares seletivos são

fabricados nos tamanhos que variam de 0,8 m2 a 2,4 m2.

Sugere-se que o ângulo de inclinação do zenital para colocação dos painéis seja entre 45° e

55° para os trópicos e o subtrópicos, latitudes do hemisfério sul (caso do Brasil), pois nestas

situações torna-se de suma importância rejeitar a luz do sol com ângulos de inclinação altos

evitando o superaquecimento ao meio-dia (IEA, 2000). Desta forma, o zenital deve possuir

painéis com ângulo de inclinação igual ou superior a 45°, como na figura 4.16. Para as

latitudes do hemisfério norte onde o raio de luz incidente com baixa inclinação é mais

importante, os ângulos de inclinação do zenital devem estar entre 25° e 35°. Em um zenital

triangular (ângulo de inclinação do painel = 55°), a transmissão diminui enquanto a luz direta

incidente aproxima-se dos 90°, ou seja, esse tipo de zenital admite a entrada da luz difusa e

rejeita a luz solar direta.

Segundo o IEA (2000) o desempenho do zenital angular seletivo depende dos seguintes

fatores: espaçamento dos cortes a laser dentro do painel, ângulo de inclinação dos painéis

piramidais ou triangulares, profundidade do zenital, hora e estação do ano e condições do céu.

Quanto maior a profundidade do zenital, melhor será o desempenho da luz difusa através dele.

64

Figura 4.16: A luz solar direta A é refletida pelo componente enquanto a luz difusa B penetra na edificação.

Fonte: IEA (2000).

Figura 4.17: Laser cut panel colocado num zenital invertido – voltado para o interior da edificação. Exemplo de alpicação na Biblioteca da Mont Cootha

Herbarium, Brisbane – Austrália. (Fonte: QUT (2003))

Os zenitais angulares seletivos foram projetados especificamente para climas de baixa latitude

(hemisfério sul) com céu claro, pois não são apropriados para climas com céu

predominantemente encoberto por rejeitarem a luz solar direta.

São sempre usados como sistemas fixos e não requerem nenhuma manutenção específica,

além da manutenção normal do zenital. De acordo com dados do IEA (2000), o custo de um

zenital piramidal convencional de 0,8m2 instalado é de aproximadamente 500 �, no entanto,

um zenital angular seletivo piramidal de 0,8m2 instalado custa em torno de 600 �.

Com relação à economia de energia, esta pode ser bastante significativa, visto que os zenitais

angulares seletivos bloqueiam a entrada de luz solar direta, evitando ganhos térmicos

indesejáveis e o uso de ar condicionado. Já a utilização de iluminação artificial também pode

ser reduzida se comparado a um edifício com nenhum zenital ou edifícios com zenitais sem

algum controle da carga térmica adquirida.

4.4.4.1 Laser Cut Panel em aberturas zenitais em Brasília: exemplos de aplicação

Neste estudo, foram realizadas diversas tentativas de simulação computacional com o laser

cut panel no programa RAYFRONT. Essas tentativas somente foram possíveis porque os

criadores e fabricantes do sistema, Ian Edmonds e Phillip Greenup, enviaram o arquivo com a

equação do material e o artigo publicado sobre a descrição da função deste.

Entretanto, devido às limitações do software não foi possível inserir e simular o sistema

avançado - laser cut panel, pois somente conseguiu-se obter simulações de imagens

sintetizadas em baixíssima qualidade de resolução, e não, resultados dos cálculos das

simulações numéricas no plano de referência. Decidiu-se então, realizar as simulações

somente com dois dos sistemas passíveis de serem simulados no software: o painel prismático

e o Okasolar.

A figura 4.18 ilustra uma imagem obtida na tentativa de simulação com o laser cut panel em

uma superfície iluminante de um zenital.

65

Figura 4.18: Tentativa de simulação com laser cut panel no programa computacional Rayfront.

Dessa forma, consideraram-se algumas aplicações do laser cut panel em uma configuração

típica de um edifício comercial do tipo centros de compras em Brasília, testando algumas

posições recomendadas pelo fabricante para esta latitude, verificando-se através de estudos

geométricos a reflexão e refração da luz natural direta nestes componentes, demonstradas a

seguir.

4.4.4.2 Sistema Laser Cut Panel e as Aberturas Zenitais

O laser cut panel é uma tecnologia que pode funcionar muito bem no clima de Brasília, pois

têm como princípio a refração da luz incidente, direcionando-a para o teto do ambiente

proporcionando um ambiente uniformemente iluminado, além de rejeitar ângulos com alta

inclinação e maiores ganhos térmicos ao meio-dia. Portanto, a técnica da iluminação natural

deve ser determinada pela necessidade de um equilíbrio entre a entrada de luz suficiente no

plano de trabalho e a exclusão da radiação solar indesejada e do ofuscamento.

Com base na carta solar de Brasília realizou-se um estudo aplicando o sistema avançado laser

cut panel em aberturas zenitais de formato triangular, também denominado teto de duas

inclinações (VIANNA e GONÇALVES, 2001) com ângulos de 45º, 50º e 55º conforme

indicações do fabricante para latitudes do hemisfério sul.

Os ângulos de incidência dos raios solares empregados são relativos aos horários de 9h, 12h e

15h para as quatro estações do ano: Equinócio de Outono e de Primavera (22/03 e 23/09);

Solstício de Inverno (22/06) e o Solstício de Verão (22/12).

66

4.4.4.2.1 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Equinócio de Outono (22/03) e Primavera (23/09).

Croquis de utilização do sistema avançado laser cut panel em aberturas zenitais com

inclinação de 45°, 50° e 55° no formato triangular. Ângulos de incidência solar para os

equinócios de outono (22/03) e primavera (23/09).

9h

Alt. solar = 42º

45°

Alt .solar = 42º15h

45°

12h Alt. solar = 72º

45°

9h

12h

15h

1º pavtº

Pavt° térreo

Figura 4.19: Equinócios de outono e primavera nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de inclinação.

50°

9h

Alt. solar = 42º

50°


50°


1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


N S

67

55°


55°


55°


1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


9h – o ângulo de incidência dos raios solares é baixo, o sistema age deflexionando o raio

incidente para dentro da edificação, conseqüentemente, pode ocasionar alguns problemas com

relação ao excesso de luminosidade. Com relação ao ganho de calor, este é praticamente

desprezado já que neste período matutino as temperaturas são bastante amenas.

12h – Neste horário como o ângulo de incidência solar é alto, o painel deflete praticamente

toda a luz direta resultando em uma excelente solução de projeto onde a carga térmica

indesejada também é reduzida.

15h – o ângulo de incidência dos raios solares é baixo, o que pode ocasionar problemas com

relação ao excesso de luminosidade, e ainda, esse é um período crítico para Brasília, pois as

temperaturas, principalmente, nos meses de setembro e outubro são elevadas e a umidade do

ar neste horário atinge índices baixos ocasionando imenso desconforto ao usuário da

edificação. Uma solução é utilizar conjuntamente outro sistema como, por exemplo, a

prateleira de luz que reflete os raios incidentes para o teto de acordo com disposição e fixação.

4.4.4.2.2 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Solstício de Inverno (22/06).


inclinação de 45°, 50° e 55° no formato triangular. Ângulos de incidência solar para o

solstício de inverno (22/06).

68


45°


45°


45°

1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h

Figura 4.22: Solstício de inverno nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de inclinação.

50°



50°

50°


1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


69

9h

Alt. solar = 31º



1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


9h – Excepcionalmente para o zenital com 45º de inclinação, o usuário ou a atividade

exercida no edifício logo abaixo deste, sofrerá com a incidência do raio solar defletido pelo

painel que certamente acarretará problemas de ofuscamento. Nos zenitais de 50º e 55°

também pode ocorrer excesso de luminosidade. Os ganhos térmicos neste horário são sempre

desejáveis, pois as temperaturas do período são baixas e o desconforto pelo frio em Brasília é

maior que pelo calor, de acordo com a carta bioclimática de edificações (LAMBERTS et al,

1997).

12h – Neste horário como o ângulo de incidência solar é um pouco mais alto, nos zenitais

com 50° e 55° de inclinação o painel deflete praticamente toda a luz direta, sendo favorável

sua aplicação já que a carga térmica do meio-dia é sempre considerável. No zenital de 45° o

mesmo não ocorre, pois o painel deflexiona o raio incidente para dentro do edifício.

15h – Idem ao ocorrido às 9h, pois os raios deflexionados pelo painel seguramente podem

originar contratempos com excesso de luminosidade. Como alternativa pode-se empregar

conjuntamente outro sistema avançado para o uso da luz natural, já que nessa época os

ângulos de inclinação solar estão em torno dos 30°, e por este motivo, pode não ser

suficientemente luminoso para ser a principal fonte de iluminação interna.

4.4.4.2.3 Aberturas Zenitais a 45°, 50° e 55° - Solstício de Verão (22/12)


inclinação de 45°, 50° e 55° no formato triangular. Ângulos de incidência solar para o

solstício de verão (22/12).

70


45°


45°


45°

1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h

Figura 4.25: Solstício de verão nos horários de 9h, 12h e 15h para abertura zenital com 45º de inclinação.

50°


50°

Alt.solar=48º15h

50°


1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


71

9h

Alt. solar = 48º

Alt.solar=48º15h


1º pavtº

Pavt° térreo

9h

12h

15h


9h – Nos zenitais com 45° e 50°, como o ângulo de incidência solar ainda é baixo, o painel

deflete a luz para dentro da edificação, sendo possível ocorrer ofuscamento. Já no zenital com

55º de inclinação, o raio defletido incide na laje do edifício que reflete a luz novamente

distribuindo-a.

12h – Neste horário, o laser cut panel tem uma performance desejável em todos os zenitais:

45°, 50º e 55° de inclinação, pois a luz solar direta incidente é rejeitada evitando uma

sobrecarga térmica na edificação.

15h – Semelhante ao ocorrido no horário das 9h, no zenital com inclinação de 55°, o raio

defletido pelo laser cut panel incide na laje do edifício que assume um papel semelhante ao

da prateleira de luz, redirecionando-a; pois, a abóbada celeste nessa época é intensamente

luminosa. Conseqüentemente, os ganhos térmicos indesejáveis são minimizados já que a

radiação solar e as temperaturas são elevadas no período.

4.4.4.2.4 Conclusões do estudo geométrico

Diante da breve análise através da geometria solar nas aberturas zenitais de formato triangular

(teto de dupla inclinação) com inclinação de 45º; 50°; 55° e aplicação do laser cut panel,

verifica-se que o uso de sistemas avançados para o uso da luz natural em edificações pode ser

uma solução de projeto bastante eficaz no sentido de bloquear a luz solar direta e distribuir

uniformemente a luz difusa em alguns horários e estações do ano.

Entretanto, pode-se dizer que para o clima de Brasília, o zenital com teto inclinado a 55º e

superfície iluminante, teoricamente com aplicação do laser cut panel, apresentou resultados

favoráveis nas quatro estações do ano, pois o painel redireciona a entrada da luz direta,

72

principalmente, no horário do meio-dia evitando, sobretudo, os ganhos de calor para a

edificação, otimizando assim, a distribuição interna de luz.

Ressalta-se a importância de um maior detalhamento e aprofundamento deste estudo,

inclusive com auxílio de programas computacionais que simulam a propagação da luz natural

no ambiente, no sentido de aprimorar o conhecimento das tecnologias, reduzir a demanda

energética e obter principalmente espaços com maior conforto térmico e luminoso.

4.4.5 Plexiglas Daylight (Inglas Y)

O sistema Plexiglas é baseado no mesmo princípio do laser cut panel, onde pequenas fendas

de ar são integradas como refletores durante o processo de extrusão do painel de Plexiglas. É

fixado entre duas placas de vidro sendo que a visão externa não é comprometida, pois o

sistema é altamente transparente. Foi desenvolvido pelo Fraunhofer Institut em cooperação

com a companhia Röhm/Alemanha.

O efeito da entrada de luz no InglasY varia de acordo com o ângulo de incidência, onde quase

toda a luz difusa é transmitida diretamente para o interior da edificação. Geralmente esse

sistema é indicado, segundo LAAR (2001), para uso em zenitais, na parte superior das janelas

(acima do nível do olho) ou também pode ser utilizado como uma prateleira de luz (light

shelf), refletindo seletivamente a luz solar direta (ver figs 4.28 e 4.29). Os elementos possuem

4mm de largura e 8mm de espessura e são fabricados em diferentes comprimentos. É

apropriado para uso em climas com céu encoberto e também em latitudes do hemisfério norte.

Figura 4.28: Plexiglas colocado na parte superior da janela – luz difusa direcionada para o fundo da edificação.

Figura 4.29: Corte esquemático do sistema - fixação entre vidros.

Fonte: Röhm- Inglas (2004)

4.4.6 Okasolar

O sistema Okasolar é um sistema fixo, consiste em grelhas igualmente espaçadas, com três

faces reflexivas em três dimensões, fixadas dentro de uma placa de vidro duplo. Possibilita a

difusão da luz natural uniformemente no interior da edificação e tem efeito de proteção solar

variável com as mudanças sazonais, ou seja, admitem uma quantidade de luz direta e energia

73

solar de acordo com a elevação do sol no céu, permitindo que o desempenho do edifício

responda conforme a hora e a estação do ano (IEA, 2000).

Figuras 4.30 e 4.31: Exemplo do Okasolar fixado em aberturas laterais e zenitais com

ângulos de incidência solar a 15º, 45º e 60º. (Fonte: www.okalux.com).

Okasolar pode ser usado sempre que a iluminação natural e o controle solar eficaz forem

desejáveis, eliminando assim, a penetração direta dos raios solares e mantendo a visão do

exterior. Pode ser instalado tanto em aberturas laterais quanto em zenitais, em sistemas de

vidro duplo liso ou em coberturas inclinadas.

De acordo com seu fabricante (Okalux, 2005), as unidades de Okasolar são neutras na

aparência e similares às unidades de vidro isolante convencional quando vistas externamente.

Cada grelha tem superfícies côncavas e convexas que asseguram que toda luz refletida seja

difundida, minimizando o efeito “espelho” quando vista externamente. Vista internamente, a

aparência das grelhas é mais ou menos pronunciada, dependendo do ângulo e da distância em

se encontra o observador. Geralmente, possuem uma aparência cinzenta escura quando

mostradas em perfil de encontro ao céu.

As unidades de Okasolar são compostas por duas folhas de vidro separadas por um caixilho-

espaçador de alumínio em toda a extensão de seu perímetro que abriga o painel da grelha. A

especificação do vidro varia de acordo com as exigências de cada projeto. Entretanto, sendo

necessário, o vidro externo pode também incorporar um revestimento de controle do sol com

baixa transmitância solar (como películas, por exemplo).

O ângulo e o afastamento da seção transversal original das grelhas permite a penetração e o

controle da luz natural de acordo com as exigências do projeto. Reflexões múltiplas entre

grelhas adjacentes podem ser ocasionadas por alguma luz que atinge o interior e pela luz

refletida para o exterior. O balanço entre a reflexão interna e externa irá depender do ângulo

incidente e de sua variação durante o dia (IEA, 2000). Portanto, as grelhas do Okasolar têm a

função de redirecionar a luz direta, permitir a entrada da luz difusa, eliminar o brilho e

distribuir a luz mais uniformemente.

74

A título de comparação dos materiais geralmente empregados em aberturas zenitais, a tabela a

seguir apresenta alguns valores relativos a propriedades termo-físico, como Fator Solar

(porcentagem da energia total transmitida pelo sistema), a transmissão luminosa (porcentagem

de luz visível transmitida) e o valor de K (coeficiente global de transmissão térmica).

Tabela 4.4: Comparativo de materiais empregados em aberturas zenitais.

Material Fator Solar (%) Transmissão Luminosa (%)

K (W/m2k)

Vidro comum (6mm)* 83 89 5,8

Policarbonato (incolor-6mm)** 86 83 3,6

Laser Cut Panel (LCP) * 56 92 1,5

Plexiglas Daylight * 56 92 1,5

Painel Prismático*1 > 20 40 1,6

Okasolar***2 > 10 60 1,2 Fonte: * AMORIM (2002b) ** Catálogo Day Brasil S/A. ***Catálogo Okalux 1 Tanto o painel prismático quanto o okasolar têm suas características relacionadas ao ângulo de inclinação em que são fixados, não sendo portanto, possível a definição de uma valor exato do Fator Solar para ambos os sistemas. 2 Referente ao Okasolar-D quando instalado em aberturas zenitais.

Dentre os sistemas avançados relacionados acima, os painéis prismáticos e o Okasolar são os

materiais de possível simulação no programa computacional escolhido – o Rayfront. Pois, são

os dois únicos sistemas que se encontram disponíveis para simulação na biblioteca de material

do software.

No próximo capítulo serão tratadas e analisadas as ferramentas e metodologias existentes para

o cálculo da luz natural, bem como a escolha e descrição da metodologia de estudo.

75

CAPÍTULO 05

ILUMINAÇÃO NATURAL: FERRAMENTAS E METODOLOGIAS

5.1 METOLOGIAS E FERRAMENTAS DISPONÍVEIS

Para se obter todas as vantagens e benefícios oferecidos pela luz natural é necessário adquirir

profundo conhecimento de seu comportamento. Desta forma, é importante analisar as

acessíveis possibilidades de iluminação natural disponíveis para os arquitetos. O primeiro

passo é alcançar uma boa aproximação dos efeitos dos componentes de iluminação natural

que estão sendo utilizados no projeto arquitetônico.

Monitorar a iluminação natural numa edificação existente pode não ser uma tarefa fácil;

variações horárias, sazonais e atmosféricas representam alterações significativas na

disponibilidade da luz natural (FONTOYNONT, 1998). Sensores fotométricos podem

apresentar dificuldades na sua localização e no próprio funcionamento, uma vez que

necessitam de instrumentação específica para a coleta e aquisição de dados.

A simulação computacional de iluminação natural propicia a visualização dos efeitos da

entrada de luz difusa e direta em ambientes internos ao longo do ano em um processo

relativamente rápido, que permite a verificação da adequação do dimensionamento e

localização de aberturas, os efeitos do uso de materiais, texturas e cores na iluminância e na

distribuição de luz nos ambientes (SOUZA et al., 2001).

Existem diversas metodologias para o cálculo da iluminação natural, abaixo são descritas as

características de algumas das metodologias mais conhecidas.

5.1.1 Modelo em escala reduzida

O uso de modelos em escala reduzida (maquetes) é um método de verificação experimental,

segundo Graziano (2000), que considera muito bem a complexidade das múltiplas reflexões;

onde os efeitos podem ser medidos com sensores instalados para posterior comparação.

Porém, as condições de iluminação devem ser muito bem controladas ou a condição de céu

ideal deve ser, às vezes, aguardada com muita paciência. No caso de a avaliação exigir uma

situação determinada de céu, sob céu real é necessário esperar pelo dia ideal (céu claro ou

encoberto). Outra opção é a utilização do céu artificial, quando for possível o acesso a um,

que possui a limitação de simular apenas o céu encoberto padrão C.I.E.

A escala da maquete deve ser coerente com o tamanho da fotocélula de medição. Modelos

muito reduzidos, segundo Pogere (2001), não são aconselháveis para este tipo de avaliação.

Em geral, utilizam-se escalas em torno de 1:25. Outro aspecto relevante é quanto à forma e ao

76

coeficiente de reflexão de todas as superfícies que devem reproduzir ao máximo a situação

real. Devido a estas limitações, este método nem sempre representa a melhor alternativa.

5.1.2 Métodos Manuais: métodos gráficos, analíticos ou matemáticos convencionais.

Para o cálculo da iluminância ou dos fatores de luz diurna em um ambiente fechado existem

diversos métodos que calculam a componente direta ou difusa separadamente, ou fornecem

simultaneamente seu efeito global.

Os métodos de utilização manual são basicamente metodologias gráficas, nomogramas,

tabelas ou instrumentos especiais, como máscaras de pontos ou similares, que calculam o

efeito luminoso das fontes de luz natural.

De forma geral, existem muitos métodos que calculam a iluminância produzida pelo céu, a

geometria da iluminação, ângulos de obstrução, porém são poucos os que permitem o cálculo

da iluminância produzida pelo sol no interior da edificação. Não existem métodos manuais

que façam cálculos de iluminância em ambientes de geometria muito complexa, torna-se

praticamente imprescindível o uso do computador.

5.1.3 Simulação Computacional

A realidade virtual criada por computadores e programas específicos facilita amplamente a

obtenção de uma imagem sintetizada29 (rendering30) do projeto de arquitetura e dos cálculos

relativos à iluminação natural de ambientes. O cálculo iluminotécnico é realizado de diversas

formas: desde as mais simples podendo gerar falsas impressões do espaço projetado, analisa

Christakou (2004), até chegar ao uso de modelos matemáticos mais complexos, capazes de

considerar o comportamento ótico das diversas superfícies que constituem o modelo

geométrico do ambiente. Neste último caso, os algoritmos31 de simulação mais difundidos e

fisicamente fundamentados são o Ray-tracing e o Radiosity (CLARO, 2005).

O Ray-tracing (traçado de raios) foi um dos primeiros algoritmos de iluminação global

desenvolvido, tem como principal vantagem permitir que o armazenamento de qualquer dado

que não seja referente à geometria ou aos seus materiais possam ser desprezados, ou ainda,

admite acessar as partes escondidas de uma cena32, modelar com precisão as sombras, as

reflexões entre objetos diversos e os fenômenos de refração. Como desvantagem, em geral, o

processo é muito oneroso em termos de tempo e recurso de cálculo aceitando-se um certo

grau de aproximação, limitando o número de interações. Além disso, de acordo com Claro

(1998) o Ray-tracing tem como limitação no estudo da iluminação global, depender sempre

29 Imagem sintetizada – imagem produzida por procedimentos computacionais a partir de uma cena. Pode ser denominada também de imagem renderizada ou imagem texturizada. (CHRISTAKOU, 2004). 30 Rendering – é um processo de representação bidimensional; uma vista específica de um determinado modelo tridimensional. (idem) 31 Algoritmo – conjunto de regras e procedimentos lógicos perfeitamente definidos que levam à solução de um problema em um número finito de etapas. (idem) 32 Cena – Em computação gráfica, “cena” diz respeito a um conjunto de elementos tais como: a geometria do modelo, os atributos dos materiais, as fontes de luz e os parâmetros de visualização da imagem renderizada. (idem)

77

de um ponto de observação, fazendo com que em cada nova visualização seja necessário uma

nova determinação dos percursos dos raios luminosos.

Ainda conforme analisa Claro (2005), as técnicas de Ray-tracing têm algumas limitações

graves: não é possível considerar de forma adequada a contribuição da radiação difusa, que

por sua vez influencia de forma determinante a distribuição espectral da radiação luminosa; a

falta de uma simulação global da componente difusa, por sua vez, não permite que se trate de

forma adequada o fenômeno das sombras projetadas, que se apresentam com bordas muito

definidas, totalmente não naturais.

O algoritmo da radiosidade – Radiosity – foi desenvolvido após o ray-tracing a partir de

pontos não resolvidos deste. Segundo Pogere (2001) a radiosidade calcula a intensidade

luminosa para pontos discretos do ambiente, ou seja, a luz é distribuída a partir de uma ou

mais fontes para todas as superfícies do ambiente. Dependendo das características da

superfície, parte da energia pode ser absorvida por ela, enquanto a energia remanescente é

refletida para o ambiente. Após a distribuição da energia da fonte de luz primária, o algoritmo

da radiosidade continua checando todas as superfícies e determinando quais têm energia para

ser refletida. O processo continua até a simulação atingir o estado de convergência pelo

equilíbrio de energia luminosa.

Porém, este procedimento demanda memória e tempo de processamento do computador

utilizado para cálculo e determinação dos fatores de forma (basicamente as relações

geométricas entre as várias superfícies) sucedendo na utilização de algoritmos diversos,

geralmente baseados em simulações com elementos finitos.

Conseqüentemente, identificados os problemas com o algoritmo da Ray-tracing, tentou-se

utilizar modelos de simulação global, que se referem a radiância das várias superfícies, que

constituem a representação geométrica da cena. Enfim, devido à sua limitação em calcular

somente os efeitos de reflexão difusa, o método Radiosity é normalmente usado juntamente

com técnicas de Ray-tracing, que por sua vez modelam perfeitamente os efeitos da reflexão

especular.

Baseados no comportamento do fenômeno físico da luz, os programas computacionais foram

desenvolvidos com o intuito de facilitar o entendimento da luz e o comportamento dos

materiais através de cálculos complexos da luz natural. Segundo Inanici citado por Christakou

(2004) sua principal tarefa não é simplesmente apresentar o projeto arquitetônico, mas

principalmente avaliar a solução proposta através de imagens sintetizadas e co, informações

numéricas. E quando for necessário, retornar a análise das proposições, reformulando o que

está trazendo desconforto ou inadequação ao ambiente estudado. Na tabela 5.1 apresenta-se

uma relação de alguns dos principais programas computacionais de iluminação atualmente

disponíveis e seus desenvolvedores.

78

Tabela 5.1: Alguns Softwares de simulação computacional da luz natural.

SOFTWARE / PLATAFORMA Desenvolvido por:

ADELINE (IBM – PC/DOS) Fraunhofer Intitute for Buildings – IBP – Suíça

DeLIGHT (IBM PC/DOS) Lawrence Berkeley Laboratory California EUA

DESKTOP RADIANCE (IBM – PC/WINDOWS) GREG WARD no

Lawrence Berkeley Laboratory California EUA

ECOTECT (IBM – PC/WINDOWS) SQUARE ONE research PTY LTD - AUS

LIGHTSCAPE (IBM - PC/WINDOWS) DISCREET – AUTODESK EUA

RADIANCE (Linux , Mac OSX, SGI) GREG WARD no

Lawrence Berkeley Laboratory California EUA

RAYFRONT (Linux, Mac OSX, Windows) GEORG MISCHLER - Alemanha

RELUX (IBM – PC/WINDOWS) INFORMATIK AG Alemanha

SKYVISION (IBM – PC/WINDOWS) Institute for Research in Construction Canadá

LUMEM MICRO (IBM – PC) Lighting Technologies Inc. Colorado EUA

Fonte: Adaptado de CHRISTAKOU (2004).

Diante dessa análise dos métodos e ferramentas existentes para o cálculo da iluminação

natural, verificou-se que a simulação numérica através de programas computacionais se

apresenta como escolha adequada neste estudo para o prognóstico do comportamento dos

ambientes quanto à admissão da luz natural do exterior.

5.1.4 Programas computacionais estudados e trabalhados

Dentre os programas computacionais existentes, foram selecionados o 3DSOLAR – programa

de modelagem de objetos em 3D, e o RAYFRONT, que se apresenta como adequado à

simulação do uso da iluminação natural, sobretudo por permitir simular os componentes

arquitetônicos e sistemas avançados para o uso da luz natural. Além disso, são programas

disponíveis na Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de Brasília

(FAU/UnB).

Para um maior entendimento do funcionamento dos programas computacionais escolhidos,

apresenta-se primeiramente a seguir um fluxograma de processamento da simulação da

iluminação natural no Rayfront após exportação do modelo do programa 3Dsolar.

79

Figura 5.1: Fluxograma de simulação.

Modelo construído 3Dsolar

Especificar condições de céu, data e hora

Especificar orientação e localização do projeto

Adicionar objetos a simular

Atribuir ou editar materiais / texturas

Ajustar parâmetros de simulação

Ajustar resolução da imagem

Ajustar parâmetros especiais de render

Editar vista existente ou inserir câmera

Determinar iluminância ou luminância

Pré-visualização da imagem

Ajuste final da câmera e parâmetros

Rendererização em ambiente Windows

Simulação numérica

Ajustar exposição Ajustar formato da imagem

Selecionar Iluminância ou Fator de luz do dia

Selecionar plano de medição exportado

pelo 3Dsolar

Display / Analysis ver resultados

Editar propriedades da malha de pontos

Aplicar sensibilidade humana

Criar imagens Iso contour

Criar imagens False color

Cálculos processados

Processar a simulação

Importar resultados para editor de texto

Tratar e Converter imagens

Criar e salvar variação

80

5.1.4.1 3DSOLAR versão 1.2.8 Hochschul

O 3Dsolar é de autoria do alemão Thorsten Hoffmann e foi desenvolvido pela ALware

Andréas Lahme (2000-2003), empresa de desenvolvimento e distribuição de softwares na área

de conforto luminoso, térmico e acústico.

É um programa de modelagem geométrica criado especificamente para uso no Rayfront. Foi

elaborado para ser empregado desde os estudos iniciais do projeto arquitetônico, para ser uma

ferramenta alternativa, de fácil utilização, na substituição dos pacotes tradicionais do CAD33.

3Dsolar segue um paradigma inteiramente paramétrico do projeto, ou seja, possui blocos

previamente prontos que estão à disposição do usuário para serem aplicados a qualquer e em

todo momento, por exemplo: uma modelagem pode ser iniciada com apenas um pavimento e

posteriormente o programa permite a inserção de um outro nível sendo flexível à adição de

novos ou diferentes elementos para a análise da luz natural.

O programa 3Dsolar possui três janelas principais de trabalho que ficam abertas

simultaneamente na tela do vídeo do computador: Project (projeto), Object Preferences

(preferências em relação ao objeto) e Sketch-View (esboço da vista).

Na janela do Project (ver fig. 5.2) os objetos em 3D são inseridos a partir do North Point

(ponto inicial), onde são adicionados a forma do objeto, elementos estruturais, aberturas,

telhados, protetores solar, mobiliários, as vistas internas e externas; o plano virtual de

medições lumínicas e as luminárias.

A janela do Object Preferences (ver fig. 5.3) permite que o usuário edite as propriedades do

objeto com relação à dimensão, unidades de medida, materiais, ponto de inserção (localização

e rotação) e cópia de objetos.

E por fim, a Sketch-View (ver fig. 5.4)possibilita a visualização da modelagem, bem como

sua rotação e ajuste da imagem temporariamente.

Figura 5.2: Janela do Projeto

33 CAD – computer aided design (uso de computadores para projetar produtos) – o software CAD é utilizado para projetos genéricos ou especializados, tais como de arquitetura, engenharia, elétrica ou mecância. (CHRISTAKOU, 2004).

81

Figura 5.3: Janela que permite editar as

propriedades dos objetos.

Figura 5.4: Visualização da modelagem.

Finalizada a modelagem geométrica no 3Dsolar esta pode ser exportada e lançada

automaticamente para o programa Rayfront (ver fig. 5.5), sendo esta uma das grandes

vantagens do programa.

Porém, uma desvantagem da versão adquirida pela universidade, é ser uma Teaching Version,

ou seja, limita-se a trabalhar com um número máximo de 40 objetos na modelagem do

ambiente. Outro aspecto negativo a ser ressaltado é quanto à forma dos objetos em 3D, pois o

programa não permite modelagens cilíndricas ou do gênero.

Figura 5.5: Exportação do objeto modelado em 3D e lançamento para o programa Rayfront

de simulação da luz natural.

5.1.4.2 RAYFRONT versão 1.04

Desenvolvido pelo arquiteto alemão Georg Mischler (1998-2000) é uma ferramenta

independente de plataforma34 e do sistema operacional que forneça uma relação do usuário

com a interface gráfica do programa Radiance (software de simulação da luz natural). Pode

34 Plataforma – o hardware e o software que precisam estar presentes para que um programa aplicativo possa funcionar. (CHRISTAKOU, 2004).

82

ser operado como uma extensão do Autocad ou Intellicad, ou principalmente em conjunto

com o programa de modelagem de edifícios denominado 3Dsolar. Este último realiza a

modelagem e permite que o desenho seja aberto diretamente no RAYFRONT realizando

então a simulação.

Por ser uma interface35 amigável do Radiance é uma ferramenta de integração para o cálculo

dos efeitos da luz e do desempenho do sistema de iluminação interna; apto a resolver os

problemas com relação à luz natural e artificial incluindo um gerenciador de projetos para

estudos de variantes da simulação.

Admite-se importar a geometria de programas CAD generalizado, porém com extensão DXF,

mas com o intuito de obter-se uma simulação mais eficiente e integrada o indicado é utilizar-

se do programa 3DSolar, um poderoso modelador parametrizável de geometrias 3D. Possui

um módulo que pode ser adicionado ao programa, denominado de Raydirect, que permite a

integração e o cálculo de sistemas avançados de re-direcionamento da luz natural, como por

exemplo, o laser cut panel e painéis prismáticos.

O Rayfront tem como pré-requisitos para seu melhor funcionamento: processador Intel

Pentium 200MHz, 64Mb RAM, 1GB em disco e placa de vídeo gráfica com 16 bits de cor,

resolução de tela mínima de 1024x768.

Como aspecto positivo funciona em plataforma UNIX36, entretanto somente permite utilizar o

AutoCAD 14 ou 2000, não estando adequado ao uso de versões mais recentes. Segundo

estudo realizado por Christakou (2004) ocorrem dificuldades em adaptação do software ao

ambiente Windows XP em português, que necessita ser instalado em pasta específica e isto

não está descrito no manual. Com relação a este aspecto foram posteriormente, enviados pelo

suporte técnico37, os arquivos em PDF descrevendo com maiores detalhes este procedimento

de instalação.

O primeiro passo é definir parâmetros geográficos do projeto (ver fig. 5.6). Depois disso,

pode-se criar e salvar a variação, selecionar o tipo de céu, data e hora da simulação (ver fig.

5.7). Quanto à seleção do céu o programa permite a modelagem de um céu específico para

determinando sítio através de entrada de parâmetros na interface, além do céu padrão CIE

(Commission Internacionale de I’Eclairage).

35 Interface – é a fronteira compartilhada por dois dispositivos, sistemas ou programas que trocam dados e sinais. Ou o meio pelo qual o usuário interage com um programa ou um sistema operacional (como por exemplo: DOS, Windows). 36 UNIX – sistema operacional multitarefa, multi-usuário desenvolvido nos laboratórios Bell Labs para criar um ambiente favorável para o desenvolvimento de pesquisas científicas. 37 Os demais questionamentos feitos ao suporte técnico a respeito do funcionamento do software encontram-se no Anexo D.

83

Figura 5.6: Interface de ajuste dos parâmetros geográficos.

Selecionados os dados é necessário anexar os materiais às superfícies, tendo o cuidado de não

esquecer qualquer objeto, o que comprometeria a simulação. Na seqüência, os componentes

avançados e painéis prismáticos podem ser criados a partir da biblioteca de materiais

sofisticados (ver fig. 5.8). Após edição dos elementos devem-se ajustar os parâmetros de

simulação determinando (ver fig. 5.9), neste momento, o que se planeja calcular: iluminância

(illuminance) ou a luminância (radiance).

Figura 5.7: Seleção do tipo de

céu, data e hora.

Figura 5.8: Seleção de materiais.

O programa possibilita a escolha de câmeras com perspectivas determinadas pelo usuário, ou

então, pode-se permanecer com a vista selecionada no 3Dsolar. A partir destes procedimentos

84

pode-se realizar a pré-visualização da imagem ou iniciar a sua renderização “definitiva” com

acesso à análise dos resultados (sensibilidade humana, false color ou iso contour).

Figura 5.9: Janela com os parâmetros de simulação.

A simulação numérica deve ser originada a partir do término do processamento da imagem,

onde se deve fazer a editoração e ajustes do plano de medição e a escolha do que necessita ser

calculado pelo usuário: Iluminância ou Fator de Luz Diurna para então, proceder ao cálculo

numérico (ver fig. 5.10 e 5.11). Terminados os cálculos, a leitura dos dados do plano de

medição deve ser realizada em um programa de editoração de textos.

Figura 5.10: Janela de edição de dados

referentes ao plano de medição.

Figura 5.11: Malha de pontos de medições lumínicas.

85

5.2 PROCEDIEMENTOS DE ESTUDO

Este estudo foi estruturado com o intuito de analisar como acontece o aproveitamento e

distribuição da iluminação natural dentro dos espaços adjacentes às aberturas zenitais e

metragem quadrada de área adequada para dimensionamento dos vãos de entrada da

iluminação zenital. A ferramenta de pesquisa foi a simulação computacional, através do

programa de iluminação “RAYFRONT versão 1.04”. A ferramenta permite que a leitura e a

análise dos resultados seja feita através de valores pontuais e de gradação de cor.

A luz natural é composta por três tipos de fontes, provenientes da abóbada celeste, do sol e da

reflexão das superfícies sobre a Terra. Estas componentes são influenciadas diretamente pelas

condições do meio ambiente que as está recebendo. Considerando estes aspectos da

iluminação natural, a análise foi realizada sob a variação das características esquematizadas

no fluxograma que segue abaixo (ver fig.5.12).

Figura 5.12: Fluxograma do procedimento de estudo.

ELABORAÇÃO DO MODELO

ESTABELECIMENTO DE CRITÉRIOS DE ANÁLISE

CONCLUSÕES

ILUMINÂNCIA LUMINÂNCIA

CONTRASTE OFUSCAMENTO

FATOR DE LUZ DIURNA UNIFORMIDADE

DIA TÍPICO ORIENTAÇÃO ABERTURA

HORÁRIO TIPO DE CÉU

SIMULAÇÕES

ZENITAL 2 ZENITAL 3 ZENITAL 1

CONFIGURAÇÃO DOS ZENITAIS

DEFINIÇÃO CONDIÇÕES DE CONTORNO

ANÁLISE DOS RESULTADOS

86

5.2.1 Elaboração do Modelo

Os modelos foram criados a partir da definição de características físicas e ambientais de

edifícios comerciais do tipo centro de compras com dois pavimentos e, vão e cobertura

centrais. Possuem formato retangular com dimensões de 30,00m x 18,00m, área total de 540

m2, sendo seu vão central com 10% da área total do piso e abertura zenital acima deste. Esta

porcentagem de área baseia-se em recomendações de autores como Vianna e Gonçalves

(2001) e Mascaró (1975), portanto o vão possui 54 m2 de área e a abertura zenital dimensões

de 9m x 6m.

Figura 5.13: Desenho esquemático da planta baixa e perspectiva do modelo elaborado.

5.2.2 Escolha das configurações dos zenitais

Foram concebidas três tipologias de aberturas zenitais comumente projetadas em edificações

do tipo centro de compras e, de possível modelagem no programa computacional utilizado

(isto porque o 3Dsolar é uma versão teaching, ou seja, é uma versão que limita a modelagem

e exportação para o Rayfront de no máximo 40 elementos) são elas: o Teto de dupla

inclinação, o Lanternin e o Shed voltado para sul.

O Zenital 01 - Teto de dupla inclinação - consiste em uma cobertura com superfícies

iluminantes a 45º de inclinação. Área da abertura é igual a 10% da área do piso, ou seja, 54m2

(9m x 6m) e altura igual a 3,00m (ver fig. 5.14). As “duas águas” do teto de dupla inclinação

foram orientadas no sentido norte-sul na simulação computacional, pois a luz incidente vinda

do norte é geralmente mais intensa, e a proveniente do sul é um pouco mais “amena” e mais

constante, mais ainda assim, são apropriadas para espaços que requerem maiores níveis de

iluminância, ao contrário da luz proveniente do sentido leste-oeste, que são de grande

intensidade luminosa, e conseqüentemente, expõe o ambiente interno a maior radiação

térmica.

1 8 . 0 0

30

.00

9.0

0

6 . 0 0

87

1º pavtº

Pavt° térreo

45°N S

Figura 5.14: Zenital 1 - Teto de dupla inclinação.

O Zenital 02 – Lanternin - possui quatro lados sendo dois lados opostos e com superfícies

iluminantes a 90º no sentido norte/sul e os outros dois no sentido leste/oeste em material

opaco; a laje de cobertura foi elaborada com um leve prolongamento sobre as superfícies

iluminantes com o intuito de proteger o ambiente interno contra a penetração da radiação

solar direta. A abertura no teto possui dimensões de 9m x 6m e as quatro faces

perpendiculares à cobertura, 2m de altura, ou seja, 18 m2 de superfície iluminante em cada

lado – total – 36 m2 (ver fig. 5.15).

1º pavtº

Pavt° térreo

N S

Figura 5.15: Zenital 2 - Lanternin.

O Zenital 03 – Shed para sul – possui superfície iluminante a 90º. A superfície opaca

inclinada tem 30º em relação à laje de cobertura. A superfície lateral iluminante foi orientada

voltada para sul. Pois, devido à cidade de Brasília estar situada na latitude 15º 52’ Sul, esta

configuração de abertura zenital, elaborada para ser modelada e simulada no programa

Rayfront, foi orientada neste sentido (sul) porque nesta condição, segundo Vianna et al

(2001), fornecerá iluminação unilateral difusa durante a maior parte do ano. E também pelo

fato da luz proveniente do sul ser mais constante e menos intensa, e assim, particularmente

apropriada para espaços que requerem maiores níveis de iluminância, sem muito risco no

aumento dos ganhos de calor internos, pela penetração de radiação solar que se converte em

88

energia térmica. Para esta configuração de zenital elaborou-se três superfícies iluminantes

com dimensões de 9m x 2m (18 m2), no total 54 m2 (ver fig. 5.16).

N S

1º pavtº

Pavt° térreo

Figura 5.16: Zenital 3 - Shed p/ sul

5.2.3 Critérios de análise da iluminação natural

Estabeleceram-se parâmetros para análise da iluminação natural nos modelos de aberturas

zenitais elaborados a partir dos conceitos38 relacionados às grandezas fotométricas e termos

correlacionados com a luz natural, a fim de avaliar diferentes combinações entre a edificação

e o meio ambiente.

Tabela 5.2: Parâmetros adotados para análise da iluminação natural nos modelos simulados.

Parâmentros Índices

Iluminância Mínima:

Emín. = 750 lux Média:

Eméd. = 1000 lux Máxima:

Emáx. = 2000 lux

Luminância Máxima admissível – Lmáx. = 25.000 cd/m2.

Uniformidade Uo = Emínima / Emédia > 0,8.

Contraste Máximo em qualquer parte do campo de visão – relação: 40:1

Ofuscamento Acima de 2500 cd/m2.

Fator de Luz Diurna Moderado / médio = 4%.

5.2.4 Simulações computacionais

Cada um dos três zenitais elaborados foi modelado primeiramente no programa específico de

modelagem - 3DSolar – e, em seguida, exportados para o programa Rayfront, onde a análise

de resultados é realizada através de valores pontuais (num plano de medição) e de tonalidade

de cor (human sensitivity, greyscale e iso contour ou false color).

38 Os conceitos e parâmetros analisados encontram-se detalhados no capítulo 02 desta dissertação.

89

Figura 5.17: Imagem sintetizada – human

sensitivity.

Figura 5.18: Imagem - greyscale.

Figura 5.19: Imagem – iso contour.

Figura 5.20: Imagem sintetizada – false

color

As simulações no programa Rayfront foram realizadas aplicando-se nas superfícies

iluminantes dos zenitais três materiais distintos - um convencional – o vidro incolor e dois

sistemas avançados: o painel prismático e o okasolar. Para cada tipologia de zenital foram

concebidas 36 (trinta e seis) simulações, sendo no total 108 (cento e oito) combinações.

Devido a componente de luz refletida ser determinada principalmente, pela reflexão das

superfícies do edifício, as demais superfícies receberam o mesmo tratamento para ambos os

modelos:

Paredes – pintura branca com índice de reflexão de 85% (plastic)

Teto – pintura branca com índice de reflexão de 85% (plastic)

Piso – granito cinza com índice de reflexão de 40% (plastic)

Guarda-corpo – vidro incolor (6mm) com índice de reflexão de 85% (trans)

Esquadrias – alumínio natural com índice de reflexão de 70% (metal)

Portanto, o índice de reflexão dos materiais de piso, teto, parede, guarda-corpo e esquadrias

são invariáveis para todas as simulações, já os materiais da cobertura recebem três elementos

distintos como dito anteriormente. A posição geográfica para simulação dos modelos também

é invariável, sendo adotada a latitude de 15º 52’ Sul da cidade de Brasília, dado que já consta

nos arquivos do software Rayfront.

90

5.2.4.1 Condições de contorno

• Orientação da superfície (abertura) iluminante

Simulou-se o zenital 1 (teto de dupla inclinação) com superfícies iluminantes inclinadas a 45º

dispostas no sentido norte/sul, no programa Rayfront a orientação correspondente é 0º. Para o

lanternin – zenital 2 – as superfícies iluminantes foram também simuladas no sentido

norte/sul, orientação: 90º. No zenital 3 (shed para sul), como o próprio nome já informa as

superfícies iluminantes foram simuladas voltadas para sul, orientação no programa

computacional: 180º.

• Datas

Optou-se realizar as simulações nos solstícios e equinócios e definiu-se o dia luminoso típico

mensal com base no dia representativo para nas quatro estações do ano obtidos através do

programa DLN – Cálculo de Disponibilidade de Luz Natural versão 2.06 (1997). As datas

escolhidas são: 22 de março (equinócio de outono); 22 de junho (solstício de inverno); 23 de

setembro (equinócio de primavera) e 22 de dezembro (solstício de verão).

O software, de autoria do arqtº Paulo Sérgio Scarazzato e programação de Rogério Reis da

Silva, utiliza a metodologia proposta pelo IESNA39 para calcular a iluminância e luminância

produzida pela abóbada celeste no plano horizontal e vertical de diferentes latitudes do Brasil,

em condições de céu claro, parcialmente encoberto e encoberto. Deste modo, inserindo dados

do lugar e a época do ano que se deseja calcular, é possível obter dados de iluminância e

luminância. O programa permite que se calcule a iluminância diária e horária do “dia

luminoso típico40”. Este último é utilizado pela simulação porque é representativo da condição

média de uma determinada estação do ano.

• Horários

Os horários foram definidos com o objetivo de coincidirem com a duração das atividades e a

utilização da iluminação para acontecerem. Devido à trajetória aparente do Sol ser cíclica, o

horário do período da manhã escolhido para simulação foi as 9:00h e para o período da tarde

as 16:00h, e as 12:00h devido o sol atingir sua altura máxima, quando a direção das radiações

é perpendicular ao plano, ocasionando uma maior concentração energética por área de

superfície.

• Tipo de céu

A partir do índice de nebulosidade médio mensal obtido para Brasília através dos dados do

INMET (NORMAIS CLIMATOLÓGICAS, 1960-1990) identificaram-se as condições de céu

39 Illuminating Engineering Society of North América (IESNA) - Esta metodologia considera a latitude, longitude, meridiano, a data e hora considerada, e o valor médio calculado representando o dia, hora e tipo de céu escolhido (Amorim, 2000) 40 O conceito de Dia Luminoso Típico proposto por Scarazzato (1995) em analogia ao utilizado na área de conforto térmico é calculado através da média obtida para céu encoberto, parcialmente encoberto e claro; depois o programa tenta dentro de um período estabilizado, um dia com valores calculados que mais se aproxima da média.

91

para cada respectiva estação do ano, na seguinte escala: de 0 a 3 – céu claro; de 4 a 7 – céu

parcialmente encoberto; de 8 a 10 – céu encoberto, portanto na tabela a seguir estão

resumidos esses dados.

Tabela 5.3: Respectivos índices de nebulosidade e condição de céu para Brasília.

Mês Índice de nebulosidade Condição de céu

22 de março 7.0 Parcialmente encoberto

22 de junho 3.0 Claro

23 de setembro 4.0 Parcialmente encoberto

22 de dezembro 8.0 Encoberto Fonte: www.inmet.gov.br

Entretanto, para as simulações no Rayfront adotou-se o Default do programa com valores de

radiação global para 22 de março, 22 de junho e 23 de setembro denominado de Sunny Sky

(céu claro) e para 22 de dezembro, Cloudy Sky (céu encoberto). Isto porque os tipos de céus

do Rayfront são definidos de acordo com os modelos teóricos fornecidos pelo CIE (Comission

Internacionale de I’Eclairage) não sendo muito compatíveis com a realidade encontrada nos

trópicos.

Desse modo, adotou-se então, como parâmetro de radiação global num plano horizontal para

Brasília, valores obtidos no programa DLN (Disponibilidade de luz Natural). A partir disso,

calculou-se a diferença na porcentagem de iluminância encontrada no software Rayfront e os

valores de iluminância obtidos no DLN. As diferenças encontradas foram tanto para mais

quanto menos conforme se pode visualizar na tabela 5.4 abaixo.

Tabela 5.4: Valores de iluminância para Brasília no plano horizontal.

DLN RAYFRONT Diferença (%) 22/3 – Parcialmente encoberto 22/3 – Sunny Sky

9h – 58.500 lux 9h –53.327,20lux 9% (-)

12h – 98.500 lux 12h – 85.813,95 lux 13% (-) 16h – 34.100 lux 16h – 46.109,57 lux 35% (+)

22/6 – Céu claro 22/6 – Sunny Sky

9h –56.200 lux 9h – 39.424,96 lux 30% (-) 12h – 89.400 lux 12h – 67.372,96 lux 24,6% (-)

16h – 33.300 lux 16h – 29.170,38 lux 12% (-)

23/9 – Parcialmente encoberto 23/9 – Sunny Sky 9h –58.400 lux 9h – 57.796,22 lux 1,03% (-)

12h – 98.000 lux 12h – 86.422,42 lux 11,8 (-)

16h – 34.100 lux 16h –41.226,37lux 20% (+) 22/12 – Céu encoberto 22/12 – Cloudy Sky

9h –15.600lux 9h – 13.330,57 lux 14,5% (-)

12h – 21.000 lux 12h – 18.619,08 lux 11% (-) 16h – 11.700 lux 16h – 11.014,11 lux 5% (-)

Fonte: Adaptado de DLN versão 2.06 (1997); RAYFRONT versão 1.04 (1998 - 2000)

92

A figura 5.21 abaixo ilustra uma janela do programa computacional DLN (Disponibilidade de

Luz Natural) desenvolvido por Scarazzato e Silva (1995) onde se pode obter a iluminância da

luz do céu para um determinado local no Brasil, em diversos horários, no plano horizontal e

vertical para todas as estações do ano. Na tela está ilustrado o valor de iluminância (luz do

céu) no plano horizontal para a cidade de Brasília (lat. 15º52’S):

Figura 5.21: Janela do programa DLN com dados de iluminâncias (luz do céu) para Brasília em 22/12 (solstício de verão).

No capítulo 06, a seguir, são mostrados os resultados das simulações computacionais

realizadas no programa Rayfront, suas análises e conclusões finais.

93

CAPITULO 06

ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÕES

6.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES

As diversas simulações trouxeram, a cada registro de um grupo de resultados, novas

informações a serem analisadas. Dessa forma elaborou-se primeiramente para cada

configuração de zenital, tabelas com os dados obtidos em cada simulação de acordo com o dia

típico e material simulado nos três horários definidos. As análises dos resultados das

simulações estão descritas de acordo com as conclusões a cada modelo estudado e material

empregado na superfície iluminante.

Nas tabelas 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 e 6.6 encontram-se resumidamente os valores dos resultados

obtidos na simulação com o programa Rayfront, das três configurações de aberturas zenitais

elaboradas - teto de dupla inclinação, lanternin e shed voltado para sul – nos quatro períodos

do ano: equinócio de outono (22/3), solstício de inverno (22/6), equinócio de primavera (23/9)

e solstício de verão (22/12), com seus respectivos tipos de céu e índice de nebulosidade (IN),

nos horários das 9:00h, 12:00h e 16:00h.

94

Tabela 6.1: Resultados simulações no programa RAYFRONT. - ZENITAL 1 – Teto de dupla inclinação

Equinócio de Outono – 22 de março – Céu Parcialmente Encoberto – IN = 7.0 Horário Emín Emáx Eméd Uo Lmín

(cd/m2) Lmáx (cd/m2)

E externa (lux)

FLD (%) Fator Solar (%) K (W/m2k) Observações

VIDRO INCOLOR (6mm) 9:00 h 47,97 lux 29.670,84 lux 2.010,06 lux 0,02 7,60 4.725 53.327,20 3,77

12:00 h 48,06 lux 49.689,04 lux 3.257,28 lux 0,01 7,65 7.912 85.813,95 3,79

16:00 h 48,13 lux 24.012 lux 1.085,27 lux 0,04 7,66 3.823 46.109,57 2,35

83

5,8

PAINEL PRISMÁTICO 9:00 h 42,86 lux 446,25 lux 64,82 lux 0,66 6,85 71,05 53.327,20 0,12

12:00 h 44,05 lux 557,19 lux 70,65 lux 0,62 7,01 88,72 85.813,95 0,08

16:00 h 43,01 lux 429,06 lux 64,85 lux 0,66 6,84 68,32 46.109,57 0,14

> 20

1,6

OKASOLAR 9:00 h 48,16 lux 1310,15 lux 174,93 lux 0,27 7,66 208,62 53.327,20 0,32

12:00 h 48,16 lux 2363,62 lux 259,69 lux 0,18 7,66 376,37 85.813,95 0,30

16:00 h 48,16 lux 1236,82 lux 154,60 lux 0,31 7,66 196,94 46.109,57 0,33

> 10

1,2

Solstício de Inverno – 22 de junho – Céu Claro– IN = 3.0 Horário E mín E máx E méd Uo Lmín


E externa (lux)


VIDRO INCOLOR (6mm) 9:00 h 48,05 lux 21.560 lux 1507,40 lux 0,03 7,65 3.433 39.424,96 3,82

12:00 h 48,16 lux 38.673,60 lux 2566,11 lux 0,01 7,66 6.158 67.372,96 3,80

16:00 h 48,13 lux 14.296 lux 1135,74 lux 0,04 7,66 2.276 29.170,38 3,89

83

5,8


12:00 h 42,66 lux 679,71 lux 76,82 lux 0,55 6,79 108,23 67.372,96 0,11

16:00 h 41,55 lux 505,40 lux 66,00 lux 0,62 6,61 80,47 29.170,38 0,22

> 20

1,6


12:00 h 48,16 lux 1906,23 lux 217,75 lux 0,22 7,66 303,53 67.372,96 0,32

16:00 h 48,16 lux 918,36 lux 135,30 lux 0,35 7,66 146,23 29.170,38 0,46

> 10

1,2

- Iluminâncias acima de 2000 lux

Índices com valores próximos aos dos parâmetros Índices dentro dos parâmetros Possibilidade de ofuscamento

95

Tabela 6.2: Continuação dos resultados simulações - ZENITAL 1 – Teto de dupla inclinação.

Equinócio de Primavera – 23 de setembro – Céu Parcialmente Encoberto – IN = 4.0 Horário Emín Emáx Eméd Uo Lmín


E externa (lux)


VIDRO INCOLOR (6mm) 9:00 h 47,97 lux 32.077,37 lux 2189,71 lux 0,02 7,63 5.107 57.796,22 3,78

12:00 h 48,09 lux 50.474,03 lux 1923,20 lux 0,02 7,65 8.037 86.422,42 2,22

16:00 h 48,07 lux 21.125 lux 986,12 lux 0,04 7,65 3.363 41.226,37 2,39

83

5,8


12:00 h 37,78 lux 529,64 lux 72,16 lux 0,52 6,01 84,33 86.422,42 0,08

16:00 h 36,64 lux 100,36 lux 49,55 lux 0,73 5,83 15,98 41.226,37 0,12

> 20

1,6


12:00 h 48,16 lux 2447,94 lux 247,10 lux 0,19 7,66 389,79 86.422,42 0,28

16:00 h 48,16 lux 1180,58 lux 156,87 lux 0,30 7,66 187,99 41.226,37 0,38

> 10

1,2

Solstício de Verão – 22 de dezembro – Céu Encoberto – IN = 8.0 Horário Emín Emáx Eméd Uo Lmín


E externa (lux)


VIDRO INCOLOR (6mm) 9:00 h 48,16 lux 5.136,50 lux 564,39 lux 0,08 7,66 817,91 13.330,57 4,23

12:00 h 48,16 lux 7.197,26 lux 770,50 lux 0,06 7,66 1.146,06 18.619,08 4,13

16:00 h 48,16 lux 4.263,65 lux 473,92 lux 0,10 7,66 678,92 11.014,11 4,30

83

5,8


12:00 h 43,78 lux 174,18 lux 52,74 lux 0,83 6,97 27,73 18.619,08 0,28

16:00 h 42,92 lux 394,93 lux 64,66 lux 0,66 6,83 62,88 11.014,11 0,58

> 20

1,6


12:00 h 48,16 lux 115,89 lux 53,66 lux 0,89 7,66 18,45 18.619,08 0,28

16:00 h 48,16 lux 83,63 lux 50,64 lux 0,95 7,66 13,31 11.014,11 0,45

> 10

1,2


Índices com valores próximos aos dos parâmetros Índices dentro dos parâmetros Possibilidade de ofuscamento

96

Tabela 6.3: Resultados simulações no programa RAYFRONT - ZENITAL 2 – Lanternin



E externa FLD (%) Fator Solar (%) K (W/m2k) Observações

VIDRO INCOLOR (6mm) 9:00 h 48,16 lux 382,03 lux 86,91 lux 0,50 7,66 60,83 53.327,20 0,16

12:00 h 48,16 lux 458,55 lux 89,95 lux 0,50 7,66 73,01 85.813,95 0,10

16:00 h 48,05 lux 370,88 lux 84,27 lux 0,57 7,65 59,05 46.109,57 0,18

83

5,8


12:00 h 44,49 lux 100,43 lux 50,77 lux 0,87 7,08 15,99 85.813,95 0,05

16:00 h 44,24 lux 173,44 lux 55,53 lux 0,80 7,04 27,61 46.109,57 0,12

> 20

1,6


12:00 h 38,04 lux 50,66 lux 47,91 lux 0,80 6,05 8,06 85.813,95 0,05

16:00 h 39,58 lux 59,82 lux 48,23 lux 0,82 6,30 9,52 46.109,57 0,10

> 10

1,2

Solstício de Inverno – 22 de junho – Céu Claro – IN = 3.0 Horário Emín Emáx Eméd Uo Lmín




12:00 h 48,05 lux 652,01 lux 105,95 lux 0,45 7,65 103,82 67.372,96 0,15

16:00 h 48,03 lux 13.417,01 lux 360,07 lux 0,13 7,64 2.136,46 29.170,38 1,23

83

5,8


12:00 h 40,53 lux 48,16 lux 46,88 lux 0,86 6,45 7,66 67.372,96 0,06

16:00 h 44,36 lux 163,31 lux 52,71 lux 0,84 7,06 26,00 29.170,38 0,18

> 20

1,6


12:00 h 36,86 lux 180,35 lux 58,13 lux 0,63 5,86 28,71 67.372,96 0,08

16:00 h 46,05 lux 222,79 lux 62,64 lux 0,73 7,33 35,47 29.170,38 0,21

> 10

1,2

Índices dentro dos parâmetros Índices com valores próximos aos dos parâmetros Possibilidade de ofuscamento - Iluminâncias acima de 2000 lux

97

Tabela 6.4: Continuação dos resultados simulações - ZENITAL 2 – Lanternin





12:00 h 48,16 lux 420,97 lux 90,39 lux 0,11 7,66 67,03 86.422,42 0,10

16:00 h 48,16 lux 19.786,65 lux 279,89 lux 0,17 7,66 3.150,74 41.226,37 0,67

83

5,8


12:00 h 44,32 lux 112,00 lux 52,28 lux 0,84 7,05 178,50 86.422,42 0,06

16:00 h 43,67 lux 173,79 lux 53,99 lux 0,80 6,95 27,67 41.226,37 0,13

> 20

1,6


12:00 h 36,89 lux 104,00 lux 48,55 lux 0,75 5,87 16,56 86.422,42 0,05

16:00 h 45,84 lux 271,58 lux 50,79 lux 0,90 7,29 43,24 41.226,37 0,12

> 10

1,2





12:00 h 48,16 lux 776,80 lux 113,52 lux 0,42 7,66 123,69 18.619,08 0,60

16:00 h 48,16 lux 474,97 lux 87,63 lux 0,55 7,66 75,63 11.014,11 0,79

83

5,8


12:00 h 43,31lux 88,32 lux 49,48 lux 0,87 6,89 14,06 18.619,08 0,26

16:00 h 44,20 lux 66,03 lux 48,82 lux 0,90 7,03 8,92 11.014,11 0,44

> 20

1,6


12:00 h 38,60 lux 53,57 lux 48,07 lux 0,80 6,14 8,53 18.619,08 0,25

16:00 h 45,61 lux 50,01 lux 47,90 lux 0,95 7,26 7,96 11.014,11 0,43

> 10

1,2


Possibilidade de ofuscamento Índices dentro dos parâmetros Índices com valores próximos aos dos parâmetros

98

Tabela 6.5: Resultados simulações no programa RAYFRONT - ZENITAL 3 – Shed para sul.





12:00 h 48,15 lux 504,38 lux 139,14 lux 0,34 7,66 80,31 85.813,95 0,16

16:00 h 48,15 lux 352,51 lux 123,65 lux 0,38 7,66 56,13 46.109,57 0,26

83

5,8


12:00 h 46,60 lux 1.556,60 lux 176,44 lux 0,26 7,10 247,86 85.813,95 0,20

16:00 h 46,60 lux 680,60 lux 118,13 lux 0,39 7,10 108,37 46.109,57 0,25

> 20

1,6


12:00 h 46,15 lux 55,52 lux 48,63 lux 0,94 7,34 8,84 85.813,95 0,05

16:00 h 45,63 lux 50,60 lux 48,30 lux 0,94 7,26 8,05 46.109,57 0,10

> 10

1,2

Solstício de Inverno – 22 de junho – Céu Claro– IN = 3.0 Horário Emín Emáx Eméd Uo Lmín




12:00 h 48,14 lux 316,70 lux 111,61 lux 0,43 7,66 50,42 67.372,96 0,16

16:00 h 48,15 lux 259,13 lux 100,61 lux 0,48 7,66 41,26 29.170,38 0,34

83

5,8


12:00 h 43,89 lux 1001,28 lux 148,82 lux 0,29 6,98 159,43 67.372,96 0,22

16:00 h 46,64 lux 479,69 lux 91,02 lux 0,51 7,42 76,38 29.170,38 0,31

> 20

1,6


12:00 h 45,58 lux 55,52 lux 48,63 lux 0,93 7,25 8,84 67.372,96 0,07

16:00 h 45,64 lux 49,45 lux 48,01 lux 0,95 7,26 7,87 29.170,38 0,16

> 10

1,2

Possibilidade de ofuscamento Índices dentro dos parâmetros Índices com valores próximos aos dos parâmetros - Iluminâncias acima de 2000 lux

99

Tabela 6.6: Continuação dos resultados simulações - ZENITAL 3 – Shed para sul





12:00 h 48,14 lux 452,65 lux 140,88 lux 0,34 7,66 72,07 86.422,42 0,16

16:00 h 48,15 lux 387,10 lux 119,13 lux 0,40 7,66 61,64 41.226,37 0,28

83

5,8


12:00 h 43,87 lux 1.080,90 lux 173,64 lux 0,04 6,98 172,11 86.422,42 0,20

16:00 h 46,68 lux 618,08 lux 107,90 lux 0,43 7,43 98,42 41.226,37 0,26

> 20

1,6


12:00 h 45,47 lux 58,61 lux 48,72 lux 0,93 7,24 9,33 86.422,42 0,05

16:00 h 45,67 lux 55,13 lux 48,47 lux 0,94 7,27 8,77 41.226,37 0,11

> 10

1,2





12:00 h 48,15 lux 993,97 lux 249,50 lux 0,19 7,66 158,27 18.619,08 1,34

16:00 h 48,15 lux 701,64 lux 168,43 lux 0,28 7,66 111,72 11.014,11 1,52

83

5,8


12:00 h 43,71 lux 181,27 lux 52,10 lux 0,83 6,96 28,86 18.619,08 0,27

16:00 h 43,20 lux 90,54 lux 48,85 lux 0,88 6,87 14,41 11.014,11 0,44

> 20

1,6


12:00 h 45,06 lux 57,17 lux 49,60 lux 0,90 7,17 9,10 18.619,08 0,26

16:00 h 46,67 lux 58,88 lux 48,87 lux 0,95 7,43 9,37 11.014,11 0,44

> 10

1,2

Possibilidade de ofuscamento Índices dentro dos parâmetros - Iluminâncias acima de 2000 lux

Índices com valores próximos aos dos parâmetros

100

6.1.1 Zenital 1 – Teto de dupla inclinação

6.1.1.1 Vidro incolor

Os valores máximos de iluminância obtidos foram altíssimos. Às 12h do dia 22 de março, por

exemplo, com céu parcialmente encoberto a iluminância foi de 49.689 lux o que corresponde

praticamente à metade dos valores da iluminância externa de referência para Brasília: 85.

813,95 lux. O ambiente ficou sujeito à incidência da radiação solar direta, e de ganhos

térmicos excessivos, pois o vidro incolor é um material que transmite cerca de 83% da energia

térmica absorvida (Fator Solar) e possui um dos valores mais altos de coeficiente global de

transmissão térmica - 5,8 W/m2K. Portanto, o vidro incolor é um material muito transparente

à radiação solar e “bom” condutor de calor para o ambiente interno.

Inevitavelmente, com a luz solar direta ocorre a presença de ofuscamento (luminância maior

que 2500 cd/m2) nos ambientes abaixo da abertura zenital e no seu entrono, sendo inexistente

a uniformidade na distribuição da iluminação em todos os horários e dias típicos simulados.

Entretanto, os valores de Fator de Luz Diurna apresentaram-se dentro ou próximo dos índices

de parâmetro adotado, em torno de 4%, considerado este um valor médio ou moderado.

É importante frisar que o índice de Uniformidade de iluminância adotado para avaliação dos

resultados das simulações, é um parâmetro retirado da iluminação artificial, e o que será

ponderado aqui é a melhoria dele nas diversas alternativas analisadas, e não o valor absoluto.

Portanto, para esta configuração de zenital, teto de dupla inclinação, a área da abertura pode

assumir valores menores que os 10% da área de piso, indicado por alguns autores estudados, e

não metragens superiores.

Figura 6.1: 22 de junho - 12h – céu claro. Superfície iluminante simulada com vidro incolor.

Figura 6.2: Representação em false color do ambiente em 22 de junho - 12h – céu claro

101

Figura 6.3: 22 de março - 16h – céu parcialmente encoberto

Figura 6.4: Valores de iluminância no ambiente em 22 de março - 16h – céu parcialmente encoberto.

6.1.1.2 Painel Prismático

Apresentou valores de uniformidade de distribuição da iluminação próximos ao índice

adotado como parâmetro em todos os horários e dias simulados. Entretanto, os valores de

iluminância média obtidos foram extremantes baixos - menores que 100 lux, em todos as

datas e horários simulados, o que pode prejudicar a visualização dos objetos e a execução de

determinadas tarefas, como a leitura e a escrita (ver Fig. 6.7). Isto está diretamente

relacionado com a porcentagem de transmissão luminosa do material – 40%, enquanto que o

vidro incolor possui 89%. Mas, um fator positivo do painel prismático é com relação ao seu

aspecto térmico, apresenta coeficiente global de transmissão térmica (K) igual a 1,6 W/m2K,

valor este considerado baixo na condução de calor.

Conseqüentemente, a área da superfície iluminante do zenital poderá assumir dimensões

acima dos 10% da área de piso, melhorando assim, os valores de iluminância e possibilitando

contrastes adequados no ambiente.

Figuras 6.5 e 6.6: Simulação com o painel prismático na superfície iluminante do teto de dupla inclinação – 23/09 – 12h – céu parcialmente encoberto.

102Zenital 01 - Modelo Teto com Dupla Inclinação - Simulação numérica no RAYFRONT

22 de Junho (solstício de inverno) - 12:00h - Céu claro (sunny sky) Iluminância de Referência (ext): 67422.67 lux

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 Média 0,00 48,16 48,11 48,16 48,09 48,18 48,15 48,23 48,16 48,16 48,16

2,80 48,11 48,16 47,99 48,09 47,90 48,07 48,01 48,05 48,09 48,05

5,60 47,94 48,26 47,70 47,29 47,44 47,28 47,72 47,80 48,21 47,74

8,40 47,91 49,16 45,99 52,89 314,58 47,39 45,90 47,82 47,84 77,72

11,20 47,73 47,01 66,92 157,17 679,71 159,70 71,22 46,87 47,67 147,11

14,00 47,69 46,97 50,91 104,24 665,94 166,69 53,51 46,99 47,61 136,73

16,80 47,71 47,12 53,35 178,41 648,91 195,13 59,01 47,04 47,86 147,17

19,60 48,50 47,99 49,18 45,61 42,66 45,17 48,49 47,63 47,96 47,02

22,40 48,58 48,29 49,11 49,48 48,37 48,93 49,53 48,23 48,47 48,78

25,20 48,16 48,15 48,49 48,28 48,14 48,48 48,81 48,25 48,16 48,32

28,00 48,13 48,16 48,26 48,16 48,27 48,28 48,25 48,16 48,13 48,20 Dimensão e posição do Plano de medição Emínima = 42,66 lux Emáxima = 679,71 lux Emédia = 76,82 lux Uo>0,8(min/méd)= 0,55

Zenital 1 : Dimensões modelo: 30m x 18m - 540m2 Vão central - 10% área piso - 54m2 (9mx6m) Materiais simulados: Teto: pintura branca Piso: Granito cinza Parede: pintura branca Esquadrias: alumínio natural Guarda-corpo: vidro transparente Fechamento cobertura: Painel Prismático

Figura 6.7: Valores de iluminância obtidos no plano de medição para simulações com o software Rayfront.

N S

103

6.1.1.3 Okasolar

Apesar dos valores de iluminância média encontrarem-se muito abaixo dos 1000 lux

estipulados pelo parâmetro adotado, os valores de iluminância máxima com céu claro e

parcialmente encoberto em todos os horários simulados (9h, 12h e 16h) apresentaram índices

satisfatórios e próximos ao do parâmetro adotado (2000 lux). Entretanto, não ocorre equilíbrio

algum na distribuição da iluminação no ambiente. Em condições de céu encoberto (22 de

dezembro), a uniformidade da iluminação é melhor (está acima de 0,89) nos três horários

simulados.

Apesar disso, esses valores apresentam-se como positivos, pois o Okasolar é um sistema que

possui coeficiente global de transmissão térmica (K) igual a 1,2 W/m2K e 60% de transmissão

luminosa. Admitindo assim, para esta tipologia de zenital, área de abertura superior a 10% da

área de piso.

Figuras 6.8 e 6.9: Zenital 1: 22/12 -12h – céu encoberto -

6.1.2 Zenital 2 - Lanternin


As simulações realizadas nos períodos: solstícios de inverno (22/06- céu claro) e equinócio de

primavera (23/09 - céu parcialmente encoberto) no horário das 16h apresentaram alto valor de

iluminância máxima o que gera presença de brilho e ofuscamento no ambiente ocasionando

desequilíbrio de iluminâncias.

No geral, os valores de iluminância não foram tão significativos para esta configuração de

zenital podendo assim, as superfícies iluminantes (voltadas para o sentido norte/sul)

possuírem dimensões maiores. Sugere-se, no entanto, em caso de incidência de feixes de luz

direta (com altos níveis de iluminância) a inclusão de elementos de controle como estratégia

de projeto.

104

Figuras 6.10 e 6.11: Zenital 2: 22/06 - 16h – céu claro – incidência de luz solar direta no ambiente.


Este sistema apresentou melhores garantias de uma certa uniformidade na distribuição da

iluminação no ambiente. Entretanto, os valores de iluminância obtidos nas simulações em

todos os horários e datas simuladas não são suficientes para a ocorrência da visibilidade do

ambiente. Para esta configuração de zenital, com as faces iluminantes voltadas para norte/sul,

a dimensão das superfícies que receberam os painéis prismáticos pode ter maior área

iluminante, como também, menor dimensão no prolongamento da laje de cobertura sobre as

mesmas.

Figura 6.12: 22 de junho - 9h céu claro

Figura 6.13: 22 de junho - 9h céu claro

6.1.2.3 Okasolar

Nesta configuração de zenital, este sistema teve um comportamento semelhante ao painel

prismático apresentando certa uniformidade na distribuição da iluminação no ambiente, em

todos os horários e dias típicos simulados. Contudo, o Okasolar possui percentual de

transmissão luminosa maior – 60% contra 40% dos painéis prismáticos, o que permite uma

maior visibilidade do meio externo, e isso é claramente detectado na simulação com o

Rayfront. Sendo assim, a dimensão das superfícies que receberam o sistema Okasolar pode

adquirir uma maior área iluminante, como também, menor dimensão no prolongamento da

laje de cobertura sobre as mesmas.

105

Figura 6.14: Simulação em 22 de junho - 9h -céu claro com o sistema Okasolar nas superfícies iluminantes.

Figura 6.15: Valores de iluminância na simulação do dia 22 de junho - 9h - céu claro lar.

6.1.3 Zenital 3 – Shed para sul


Verifica-se nas simulações com o vidro incolor valores de iluminância muito baixos como

também, inexistência de uniformidade na distribuição da iluminação e conseqüentemente,

ausência de contrastes marcantes.

Figuras 6.16 e 6.17: Simulação do dia 22 de junho - 9h -céu claro com vidro incolor nas superfícies iluminantes.


Os resultados dos valores mínimos e médios de iluminância ficaram muito abaixo do

parâmetro adotado (Emin = 750 lux / Emed = 1000 lux), por exemplo - 22/06-12h, céu claro:

Emín = 43,89 lux; Eméd = 148,82 lux. Entretanto, os valores máximos de iluminância

apresentaram valores próximos ao do índice de parâmetro (2.000 lux), especialmente quando

a abóbada celeste encontrava-se parcialmente encoberta (22/03 - 12h = 1.556 lux e 23/09 -

12h = 1.080 lux). Porém, quando se têm simulações com céu encoberto é que se obtêm uma

melhor uniformidade de iluminação.

106

Figuras 6.18 e 6.19: Valores de iluminância no ambiente simulado no dia 23 de setembro - 12h -céu parcialmente encoberto com painel prismático nas superfícies iluminantes.

6.1.3.3 Okasolar

Valores de iluminância muito baixos (22/12 - 12h, céu encoberto – Emáx = 57,17 lux) não

possibilitando existência de contrastes marcantes no ambiente. Todavia, este sistema

avançado aplicado nas superfícies iluminantes desta tipologia de zenital permite a

uniformidade na distribuição da iluminação, porém um desequilíbrio sensível nos valores de

luminância (ver Fig. 6.22).

Figuras 6.20 e 6.21: Simulação - 22 /12 (solstício de verão) - 12h -céu encoberto.

107Zenital 03 - Modelo Shed para Sul - Simulação numérica no RAYFRONT

22 de Junho (solstício de inverno) - 16:00h - Céu claro (sunny sky) Iluminância de Referência (ext): 29225.63 lux 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 Média 0,00 48,16 48,16 48,32 49,13 48,33 49,26 49,05 48,16 48,08 48,52

2,80 48,52 48,38 48,53 49,18 48,31 49,21 48,59 48,16 48,3 48,58

5,60 48,45 48,67 49,45 48,72 48,62 49,65 48,87 48,56 48,45 48,83

8,40 48,23 48,43 47,46 45,64 46,15 45,97 48,95 48,87 48,41 47,57

11,20 48,39 48,26 45,81 47,55 48,39 47,35 46,21 47,65 48,06 47,52

14,00 48,19 48,15 46,05 47,67 48,2 47,73 46,28 47,9 48,51 47,63

16,80 48,28 48,38 46,19 47,7 47,94 47,33 46,15 47,83 48,38 47,58

19,60 48,32 48,06 47,78 45,82 48,81 46,24 47,74 48,26 47,91 47,66

22,40 48,16 48,16 48,16 48,01 48,05 47,85 48,03 48,05 48,05 48,06

25,20 48,1 48,16 48,16 48,05 48,05 48,04 48,06 48,05 48,16 48,09

Dimensão e posição do Plano de medição 28,00 48,16 48,16 48,16 48,16 48,16 48,16 48,05 48,05 48,16 48,14

Emínima = 45,64 lux Emáxima = 49,45 lux Emédia = 48,01 lux Uo>0,8(min/méd)= 0,95

Zenital 3 : Dimensões modelo: 30m x 18m - 540m2 vão central -10% área piso- 54m2 (9mx6m) Materiais simulados: Teto: pintura branca Piso: pintura cinza Parede: pintura branca Esquadrias: aluminío natural Guarda-corpo: vidro transparente Fechamento cobertura: Okasolar

Figura 6.22: Valores de iluminância obtidos no plano de medição para simulações com o software Rayfront.

N S

108

6.2 CONCLUSÕES SOBRE OS RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES

6.2.1 Material utilizado nas superfícies iluminantes

Dentre os três materiais empregados nas superfícies iluminantes dos zenitais, o que

apresentou melhor desempenho luminoso foi o Okasolar. Pois, em praticamente todas as

simulações realizadas obteve-se o índice de uniformidade na distribuição da iluminação ou

valores próximos dele. Além disso, no Zenital 1 - Teto de dupla inclinação, o Okasolar

demonstrou bom valor de iluminância nas três datas e horários distintos simulados.

Diferentemente do sistema avançado - painel prismático que, apesar de também proporcionar

boa distribuição da iluminação não alcançou significativos valores de iluminância para o

ambiente.

E, sobretudo, ainda com relação ao desempenho do Okasolar, dentre os sistemas avançados

simulados é o que apresenta porcentagem de luz visível transmitida (índice de transmissão

luminosa) maior - 60% contra os 40% do painel prismático, menor porcentagem de energia

total transmitida – Fator Solar (>10) e especialmente, com relação aos ganhos de calor para o

ambiente interno é o componente que possui menor valor de coeficiente global de transmissão

térmica, igual 1,2 W/m2 K.

6.2.2 Configuração das aberturas zenitais

A partir da análise do desempenho luminoso e térmico do material empregado nas superfícies

iluminantes, conclui-se que o Zenital 1 – Teto de dupla inclinação – apresenta-se como

melhor solução de projeto em edifícios do tipo centros de compras na latitude e condições de

céu de Brasília. Pois, assegura maiores valores de iluminâncias; maior visibilidade do céu

(melhor possibilidade de distinção entre dia e noite); valorização da relação entre o espaço

interno e meio externo; maior efeito de monumentalidade espacial; e ainda, uma ambientação

agradável e mais humana. Além disso, esta configuração de abertura zenital se apresenta

como de fácil e simples execução, e pode, sobretudo, juntamente com o sistema avançado

Okasolar prover o ambiente interno de ganhos de calor necessários para seu aquecimento na

maior parte das horas do ano em que ocorre o desconforto por frio.

Esta configuração de abertura zenital – Teto de dupla inclinação – também mostrou-se

bastante eficaz no sentido de bloquear a luz solar direta e distribuir uniformemente a luz

difusa, como solução de projeto em edifícios com dois pavimentos e vão central, na breve

análise realizada através da geometria solar em aberturas zenitais de formato triangular com

inclinação de 45º; 50°; 55° e aplicação do sistema avançado laser cut panel.

Contudo, pode-se dizer que para a latitude e condições climáticas da cidade de Brasília, o

zenital com teto inclinado a 55º e superfície iluminante revestida com o laser cut panel, foi o

que apresentou melhores resultados nas quatro estações do ano, pois o painel permitiu o re-

109

direcionamento da luz direta, principalmente, no horário do meio-dia evitando, assim, os

ganhos térmicos excessivos para a edificação, otimizando a distribuição interna de luz.

6.2.3. Utilização do software Rayfront

A utilização da simulação computacional como ferramenta de pesquisa requer do usuário um

certo conhecimento em programas computacionais de desenho técnico, além de uma boa

máquina que suporte os programas, principalmente um bom processador.

Com relação ao software de modelagem do Rayfront – o 3DSolar mostrou-se de certa forma,

de simples aprendizado, sendo possível sua inicialização através de um manual prático

elaborado pelo fabricante. Porém, verificaram-se algumas limitações que merecem destaque,

como: não permite local de geometria curva ou de paredes não ortogonais, autoriza a inclusão

de vistas somente através de janela própria (vistas “prontas”); permite que o objeto seja

movido, copiado ou alterado somente através das duas janelas preexistentes e não no objeto

em si.

O Rayfront tem como aspectos positivos permitir trabalhar com todas as relações de

transporte da luz: especulares, inter-reflexões difusas e difração; possibilita modelar as

condições de céu de um determinado lugar, além do céu padrão CIE; dispõe de ferramenta

para tratamento e conversão de imagens; permite pré-visualização da imagem e alteração

sofisticada das vistas inseridas no 3DSolar; eficiência e confiabilidade.

Entretanto, em função da limitação do software, os resultados obtidos na simulação numérica

(na forma de leitura de pontos num plano virtual de medição) necessitam da utilização de

programas de editoração de texto para serem lidos ou interpretados.

110

6.3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

No que diz respeito ao aspecto do aproveitamento da iluminação natural, a arquitetura

brasileira encontra-se ainda bastante acanhada. O racionamento de energia elétrica mostrou o

quanto as edificações são dependentes da climatização e iluminação artificiais. Esta

dependência foi mantida ao longo do tempo pela facilidade de se projetar com o apoio dos

recursos artificiais. O uso de recursos como a otimização da luz natural deve proporcionar,

além da economia energética, mais conforto dentro das edificações, pois a luz natural (de

forma moderada) é considerada como um importante fator para promover não só a boa saúde

como a sensação de bem-estar e conforto ao ser humano. É importante salientar que as

pessoas que vivem diariamente em ambientes climatizados e iluminados artificialmente

sentem, em algum nível, mudanças sazonais no seu humor ou comportamento. Entretanto, a

luz natural pode fornecer os estímulos suficientes para evitar estas alterações fisiológicas

devido, principalmente, à variação da iluminação no tempo e espaço, que está diretamente

relacionada com as sensações de conforto interpretadas pelo usuário da edificação.

O estudo sobre a iluminação natural através das aberturas zenitais proporcionou a visão das

muitas possibilidades que se tem de explorar os elementos arquitetônicos como soluções de

projeto no aproveitamento e otimização da luz do Sol. Muitas vezes, recurso este subutilizado,

num país com localização privilegiada, onde há imensa disponibilidade de luz natural.

O que se verifica na realidade é a adoção de soluções arbitrárias com relação ao uso da luz

natural disponível, e pouco utilizada, devido especialmente, à falta de informação e

preconceitos sem fundamento de que essas soluções não funcionam e não podem ser

utilizadas de forma integrada com os sistemas artificiais. Entretanto, isto é um equívoco, pois

a premissa para obter-se a eficiência energética é utilizar a iluminação natural em conjunto

com a artificial, integrando-as. Todavia, para se utilizar uma determinada solução ou recurso é

necessário conhecer primeiramente, suas qualidades, defeitos e forma de aplicação.

A partir dos resultados obtidos com a simulação computacional neste estudo, foram feitas

análises referentes à tipologia dos zenitais, suas dimensões, relação com as variáveis

climáticas e o comportamento dos materiais empregados nas suas superfícies iluminantes, no

intuito de verificar como a luz natural afeta o ambiente.

Ressalta-se que para a correta aplicação dos sistemas avançados para o uso otimizado da luz

natural em superfícies iluminantes de um zenital, é de suma importância um maior

aprofundamento e conhecimento das tecnologias disponíveis. O conhecimento e a informação

são a base de tudo, principalmente no que se refere ao comportamento e propriedades termo-

físicas do material a ser utilizado como solução de projeto na busca por uma arquitetura

eficiente, em termos luminosos e térmicos, e qualitativamente melhor para o usuário

111

É importante também, ter conhecimento do clima local, suas peculiaridades e potencialidades,

pois este é um fator determinante no correto dimensionamento da abertura zenital como fonte

de luz natural no interior da edificação.

Com o auxílio da simulação computacional pode-se concluir que é fundamental um maior

estudo e planejamento na etapa inicial do projeto arquitetônico, do dimensionamento das

aberturas zenitais, especialmente em edifícios de centros de compras. Visto que, muitas vezes,

na ânsia de obter a valorização dos espaços internos e criar aspectos de monumentalidade, a

superfície de entrada da iluminação zenital é super dimensionada ou orientada de forma

aleatória. A falta de um mínimo de conhecimento da realidade climática do lugar, conduz o

projetista a elaborar edificações inadequadas, no sentido de que ao invés de proporcionar ao

usuário condições de bem-estar mínimos e favoráveis à permanência, inevitavelmente surgem

ambientes super aquecidos que causam grande desconforto, aumento no uso do ar

condicionado e, conseqüentemente, incremento no consumo de energia.

Diante disso, este estudo pode servir de base para um estudo mais completo, que considere o

potencial de economia energética em edifícios comerciais do tipo centro de compras com

intervenções de tipologias zenitais.

Enfim, somente a partir da disseminação de informações, é que a utilização destas estratégias

em larga escala vão tornar-se uma realidade palpável, colaborando para uma arquitetura mais

sustentável, eficiente do ponto de vista energético e ambiental, onde a luz natural e, suas

características luminosas e térmicas, tem papel preponderante.

6.4. SUGESTÕES PARA PROSSEGUIMENTO DO ESTUDO

Os trabalhos futuros podem seguir estudando, com maior ênfase e aprofundamento, o

comportamento do sistema avançado laser cut panel (LCP) em diferentes tipologias de

aberturas zenitais. Outro tema de estudo pode ser a integração da iluminação artificial nestes

ambientes.

Também se pode elaborar o estudo em protótipos reais, como forma de validação dos

resultados das simulações computacionais.

112

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Instituto de Artes | Unicamp · LUZ NATURAL e PROJETO DE ARQUITETURA: Estratégias para...

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