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Este documento discute os benefícios da luz natural em arquitetura, incluindo melhor qualidade de iluminação, economia de energia e conforto térmico e luminoso. Ele também aborda as configurações de aberturas zenitais, componentes arquitetônicos e estratégias de projeto para melhorar a utilização de luz natural. Além disso, o texto apresenta tecnologias e sistemas avançados para o uso de luz natural em aberturas zenitais e a importância de simulações computacionais para aprimorar o conhecimento dessas tecnologias.
Tipologia: Notas de estudo
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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.
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.
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.
(^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).
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ressaltar que, com relação aos aspectos de iluminação, conforto térmico e luminoso^2 (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 brasileiro^3 , 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 ano^4 , 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 avançados^5 , 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 a l, 1993).
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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
deste setor, segundo Lomardo et al (1998), foram: expansão e abertura de novos centros de
compras ( shopping centers^7 ) 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 m^3 /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 sustentável^8. 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 energia^9.
(^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.
(^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)
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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.
