Apostila Iluminação Natural e Artificial

Iluminação Natural e Iluminação Artificial - Apostila de Tabelas e Dados Básicos

Escola de Arquitetura - Dep. TAU 077 - UFMG Souza, R. V. G., Assis, E. S.; Valadares, V. M.

ÍNDICE MÓDULO DE ILUMINAÇÃO NATURAL

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PÁG. 4

1 ESPECTRO DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA..................................................................... .............................................................................4 ........4 2 CURVA INTERNACIONAL DE SENSIBILIDADE ESPECTRAL DO OLHO HUMANO .........................4 3 CAMPO VISUAL HUMANO ...................................................................................................................5 ...................................................................................................................5 4 SISTEMA C.I.E. TRISTÍMULUS .................................................................................................... ............................................................................................................5 ........5 5 GRÁFICO DE KRUITHOF .....................................................................................................................6 6 EFICÁCIA VISUAL HUMANA ................................................................................................................6 ................................................................................................................6 7 GRANDEZAS E DEFINIÇÕES ...................................................................................................... ..............................................................................................................7 ........7 8 NECESSIDADES HUMANAS DE INFORMAÇÃO VISUAL:............................................................... 10 9 PREFERÊNCIAS HUMANAS ............................................................................................................. 11 10 CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO GERAL DO AMBIENTE LUMINOSO ......................................... 11 10.1 Distribuição de luz natural n atural ................................................................... ............................................................................................................ ......................................... 11 10.2 Iluminâncias da zona ................................................................................................................... ................................................................................................................... 11 11 NÍVEIS GERAIS DE ILUMINÂNCIA RECOMENDADOS PELA NBR 5413/82: ............................. 12 12 RECOMENDAÇÕES PARA UM BOM AMBIENTE LUMINOSO-VISUAL: ..................................... 14 13 GRÁFICOS DE ILUMINÂNCIA DIFUSA SOBRE PLANO HORIZONTAL (LUZ DO CÉU) - BELO HORIZONTE ................................................................... ......................................................................................................................................... ........................................................................... ..... 15 Dados gerados pelo software DLN versão 2.06, para dias luminosos típicos mensais (DLT) segundo SCARAZZATO (1995). ................................................................................................. ............................................................................................................................... .............................. 15 14 ILUMINÂNCIA DIFUSA HORÁRIA (LUZ DO CÉU) DE BELO HORIZONTE PARA DEZEMBRO E JUNHO (SOLSTÍCIOS) – PLANO HORIZONTAL E PLANOS VERTICAIS .............................................. .............................................. 16 GRÁFICOS DE “CÉU DE PROJETO” PARA BELO HORIZONTE ................................................. 19 15 16 O MÉTODO DE CÁLCULO DA CONTRIBUIÇÃO DE ILUMINAÇÃO NATURAL (CIN ou FLD) F LD) .... 21 16.1 Distribuição de Luminâncias para Céu Encoberto ............................................................... ....................................................................... ........ 21 16.2 Distribuição de Luminâncias para Céu Claro ........................................................... .............................................................................. ................... 22 16.3 Diagramas de Contribuição Relativa de Luz – DCRL.......................................................... .................................................................. ........ 23 16.4 ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS LATERAIS ...................................... ...................................... 23 16.5 ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS ZENITAIS ....................................... 26 17 TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO EM PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA ........................................................ ............................................................................................................. ..................................................... 29 18 DIAGRAMA DE FATORES DE FORMA PARA A HEMISFERA UNITÁRIA ................................... 30 19 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU C ÉU ENCOBERTO ....... 31 20 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU CLARO .................. 32 21 TABELA DE COEFICIENTES DE REFLEXÃO ( ) DE MATERIAIS E CORES:............................. 38 22 TABELA DE COEFICIENTES MÉDIOS DE TRANSMISSÃO ( ) DE VIDROS E PLÁSTICOS ...... 38 23 TABELA DE COEFICIENTES DE MANUTENÇÃO ( M): ................................................................ ................................................................ 39 24 PERCENTUAL DE OBSTRUÇÃO POR DIVERSOS TIPOS DE FATORES F ATORES DE SOMBRA (FS)*: . 39 25 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO ( U) PARA DOMOS ............................................ ............................................ 40 26 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO ( U) PARA DIVERSOS TIPOS DE ELEMENTOS ZENITAIS...................................................................................................................... ZENITAIS................................................... ................................................................................................. .............................. 41 27 ROTEIRO BÁSICO DE TRABALHO PARA ANÁLISE DE CONFORTO TÉRMICO DE UMA EDIFICAÇÃO ..................................................................................................... .............................................................................................................................................. ......................................... 43 28 ROTEIRO BÁSICO DE TRABALHO PARA ANÁLISE DE CONFORTO LUMINOSO-VISUAL E DE VENTILAÇÃO NATURAL DE UM AMBIENTE INTERNO ......................................................................... 44 29 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. ................................................................................................................................ ................... 46 31 EXERCÍCIOS DO MÓDULO DE ILUMINAÇÃO NATURAL ............................................................ 48 32 ANEXOS ....................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ................... 56 32.1 CARTAS SOLARES.......................................... SOLARES................................................................................................................ ........................................................................... ..... 56 32.2 TABELA DE LATITUDES DE CIDADES BRASILEIRAS ............................................................. 58

MÓDULO DE GEOMETRIA SOLAR

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1 GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO E CARTA SOLAR .......................................................... ............................................................................. ................... 60 O 2 CARTA SOLAR (PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA) PARA LATITUDE DE 20 SUL (BELO HORIZONTE): .............................................................................................................. ............................................................................................................................................ .............................. 62 3 DIAGRAMA DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA CONDIÇÕES DE NEBULOSIDADE MÉDIA = 5 DÉCIMOS .................................................................. ........................................................................................................................................ ........................................................................... ..... 63 Versão 2011/2 2011/2



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4 TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE: ......................................................................................................... .................................................................................................................................................. ......................................... 64 5 CONSTRUÇÃO DAS MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE ............................. 65 6 DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA LATITUDE 20 O (BH) - CÉU CLARO (N  2,0) 67 7 RELÓGIO DE SOL PARA OS ENSAIOS SOB CÉU REAL ........................................................ ................................................................ ........ 68

MÓDULO DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL

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O PROJETO DE ILUMINAÇÃO ..................................................................................................... .......................................................................................................... ..... 70 1.1 Características do projeto de iluminação artificial ....................................................................... 70 1.2 Aspectos fisiológicos da iluminação ............................................................................................ ............................................................................................ 70 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM EDIFICAÇÕES ............................................................. ................................................................................ ................... 71 2.1 Eficiência energética em iluminação.............................................................. ............................................................................................ .............................. 71 2.2 Integração com iluminação natural .............................................................................................. .............................................................................................. 72 3 EFICÁCIA LUMINOSA ............................................................................... ........................................................................................................................ ......................................... 72 4 LÂMPADAS ........................................................................................................... ......................................................................................................................................... .............................. 74 4.1 Características das lâmpadas ............................................................. ...................................................................................................... ......................................... 74 4.2 Descrição dos tipos básicos de lâmpadas ................................................................... ................................................................................... ................ 78 5 REATORES ..................................................................................... ......................................................................................................................................... .................................................... 82 6 LUMINÁRIAS ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 83 6.1 Tecnologias em Luminárias ........................................................................... ......................................................................................................... .............................. 83 6.2 Dados Fotométricos ..................................................................................................... ..................................................................................................................... ................ 84 6.3 Nomenclatura ....................................................................................................................... ............................................................................................................................... ........ 84 6.4 Desempenho do Sistema de Luminárias ..................................................................... ..................................................................................... ................ 85 7 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ............................................. 86 7.1 Métodos existentes: ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 86 7.2 Determinação de d e iluminâncias ............................................................ ..................................................................................................... ......................................... 86 7.3 Cálculo do índice do Recinto ....................................................................................................... ....................................................................................................... 86 7.4 Escolha de luminárias e lâmpadas .............................................................................................. .............................................................................................. 87 7.5 Fator de utilização, Fu F u ................................................................................................................. ................................................................................................................. 88 7.6 Fator de Depreciação, Fd ............................................................................................................ ............................................................................................................ 88 8 MÉTODOS DOS LUMENS ................................................................................................................. ................................................................................................................. 89 9 MÉTODO DAS CAVIDADES ZONAIS .................................................................. ................................................................................................ .............................. 89 10 Tabela de Coeficientes de Reflexão () de materiais e cores:........................................................ cores: ........................................................ 93 11 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias* ................................................................... ......................................................................................................................................... ........................................................................... ..... 94 12 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias (continuação) ......................................................................................................... ......................................................................................................................... ................ 95 13 Tabela de Coeficientes de Utilização (u) para Luminárias Típicas ............................................... ............................................... 96 14 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 97 15 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 98 16 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 99 17 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 100 18 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 101 19 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 102 20 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 103 21 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 104 22 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 105 23 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 106 24 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 107 25 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 108  26 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 109 27 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 110 28 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 111 29 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 112 30 Fatores de Correção dos Valores de u para Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão diferente de 20% ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 113 31 Recomendações de Projeto para P.S.A.L.I.* ................................................................................ ................................................................................ 114 32 Prática de projeto de iluminação eficiente ......................................................... ..................................................................................... ............................ 115 33 Sistemas de Controle .................................................................................................................... .................................................................................................................... 115 Versão 2011/2 2011/2



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4 TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE: ......................................................................................................... .................................................................................................................................................. ......................................... 64 5 CONSTRUÇÃO DAS MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE ............................. 65 6 DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA LATITUDE 20 O (BH) - CÉU CLARO (N  2,0) 67 7 RELÓGIO DE SOL PARA OS ENSAIOS SOB CÉU REAL ........................................................ ................................................................ ........ 68


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O PROJETO DE ILUMINAÇÃO ..................................................................................................... .......................................................................................................... ..... 70 1.1 Características do projeto de iluminação artificial ....................................................................... 70 1.2 Aspectos fisiológicos da iluminação ............................................................................................ ............................................................................................ 70 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM EDIFICAÇÕES ............................................................. ................................................................................ ................... 71 2.1 Eficiência energética em iluminação.............................................................. ............................................................................................ .............................. 71 2.2 Integração com iluminação natural .............................................................................................. .............................................................................................. 72 3 EFICÁCIA LUMINOSA ............................................................................... ........................................................................................................................ ......................................... 72 4 LÂMPADAS ........................................................................................................... ......................................................................................................................................... .............................. 74 4.1 Características das lâmpadas ............................................................. ...................................................................................................... ......................................... 74 4.2 Descrição dos tipos básicos de lâmpadas ................................................................... ................................................................................... ................ 78 5 REATORES ..................................................................................... ......................................................................................................................................... .................................................... 82 6 LUMINÁRIAS ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 83 6.1 Tecnologias em Luminárias ........................................................................... ......................................................................................................... .............................. 83 6.2 Dados Fotométricos ..................................................................................................... ..................................................................................................................... ................ 84 6.3 Nomenclatura ....................................................................................................................... ............................................................................................................................... ........ 84 6.4 Desempenho do Sistema de Luminárias ..................................................................... ..................................................................................... ................ 85 7 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ............................................. 86 7.1 Métodos existentes: ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 86 7.2 Determinação de d e iluminâncias ............................................................ ..................................................................................................... ......................................... 86 7.3 Cálculo do índice do Recinto ....................................................................................................... ....................................................................................................... 86 7.4 Escolha de luminárias e lâmpadas .............................................................................................. .............................................................................................. 87 7.5 Fator de utilização, Fu F u ................................................................................................................. ................................................................................................................. 88 7.6 Fator de Depreciação, Fd ............................................................................................................ ............................................................................................................ 88 8 MÉTODOS DOS LUMENS ................................................................................................................. ................................................................................................................. 89 9 MÉTODO DAS CAVIDADES ZONAIS .................................................................. ................................................................................................ .............................. 89 10 Tabela de Coeficientes de Reflexão () de materiais e cores:........................................................ cores: ........................................................ 93 11 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias* ................................................................... ......................................................................................................................................... ........................................................................... ..... 94 12 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias (continuação) ......................................................................................................... ......................................................................................................................... ................ 95 13 Tabela de Coeficientes de Utilização (u) para Luminárias Típicas ............................................... ............................................... 96 14 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 97 15 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 98 16 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ........................ 99 17 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 100 18 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 101 19 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 102 20 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 103 21 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 104 22 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 105 23 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 106 24 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 107 25 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 108  26 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 109 27 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 110 28 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 111 29 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Lum inárias Típicas (continuação) ...................... 112 30 Fatores de Correção dos Valores de u para Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão diferente de 20% ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 113 31 Recomendações de Projeto para P.S.A.L.I.* ................................................................................ ................................................................................ 114 32 Prática de projeto de iluminação eficiente ......................................................... ..................................................................................... ............................ 115 33 Sistemas de Controle .................................................................................................................... .................................................................................................................... 115 Versão 2011/2 2011/2



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33.1 Integração da iluminação Elétrica ............................................................................. .............................................................................................. ................. 116 33.2 Sensores de Ocupação .......................................................... ............................................................................................................. ................................................... 118 33.3 Sistemas de Temporizadores .................................................................................................... .................................................................................................... 119 34 Análise Econômica de Projetos de Iluminação Ilum inação Artificial: ......................................................... ............................................................... ...... 121 35 Campos de atuação para projetistas pr ojetistas de iluminação ..................................................................... 122 36 Roteiro Básico de Trabalho para Análise de Conforto Luminoso-Visual de uma Edificação: ...... 123 36.1 Análise das Condições do Recinto Urbano: .............................................................................. .............................................................................. 123 36.2 Análise do Desempenho Luminoso-Visual L uminoso-Visual da Edificação: ........................................................ 123 37 Referências Bibliográficas: ......................................................................................................... ............................................................................................................ ... 125

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Escola de Arquitetura - Dep. TAU 077 - UFMG

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Souza, R. V. G., Assis, E. S.; Valadares, V. M.

MÓDULO DE ILUMINAÇÃO NATURAL 1

ESPECTRO DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

O espectro eletromagnético visível abrange o grupo de radiações com comprimentos de onda entre 380 e 760 nm, capazes de estimular a retina do olho humano produzindo a sensação luminosa.

Metros 10-15

10-13

cósmicos



10-11

10-9

raios X

10-7

UV

10-5 IV

10-3

V I distante

10-1 1

radar

UHF

101 F H V

103

s s a a d t r n u o c

105

rádio

luz visível

UV

a t e l o i v

400

azul

azul verde 500

verde

o l e r a m a

alaranjado

600

700

vermelho

IV

800

nm

Fig.1.1. Espectro Eletromagnético

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CURVA INTERNACIONAL DE SENSIBILIDADE ESPECTRAL DO OLHO HUMANO

Indica a variação da sensibilidade de um olho humano médio para níveis de luminância acima de 3 cd/m2. Verifica-se que o olho humano não é igualmente sensível a todas as cores do espectro visível.

Fig.2.1. Curva Internacional de Sensibilidade Espectral do Olho Humano. Extraído de: MOREIRA, 1982

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CAMPO VISUAL HUMANO

Está limitado a 130o no sentido vertical e 180 o no sentido horizontal. Dentro do campo visual total pode-se distinguir, segundo Egan (1983), três zonas: campo visual central, entorno do campo central e campo visual periférico (de visão binocular e de visão monocular).

Fig.3.1. Campo Visual Humano. Adaptado de: EGAN, 1983.

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SISTEMA C.I.E. TRISTÍMULUS

Exprime, através do diagrama de cromaticidade, a composição de cores em função de 3 componentes que correspondem à sensibilidade espectral relativa do olho humano padrão ao vermelho (R), verde (G) e azul (B).

Fig.4.1. Diagrama de Cromaticidade. Extraído do Catálogo Sylvania, s/ data.

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GRÁFICO DE KRUITHOF

Desenvolvido em 1941, aponta a sensação psicológica ligada à relação entre o nível de iluminamento do local e a temperatura de cor da fonte luminosa, podendo ser usado como indicador de conforto luminoso.

Gráfico de Kruithof Sensação psicológica ligada à relação entre Iluminância e Temperatura de cor da fonte

6580

) K(

5580

o

r o c e d

SENSAÇÃO SOMBRIA DESAGRADÁVEL

4580

ar ut ar e

SENSAÇÃO AGRADÁVEL

3580

p m e T

2580

SENSAÇÃO DE CALOR DESAGRADÁVEL

1580 1

10

100

1000

2000

10000

Iluminância (lux) Fig. 5.1. Sensação psicológica ligada à relação entre a Iluminância e a Temperatura de Cor da fonte.

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EFICÁCIA VISUAL HUMANA

Como se observa nos gráficos abaixo, cresce com o aumento da iluminância até o ponto onde passa a vigorar a “lei dos retornos regressivos”. Do mesmo modo, a sensibilidade de contraste melhora com o aumento da luminância média do campo visual até um ponto onde começa a haver ofuscamento perturbador (deslumbramento).

Fig. 6.1. Gráfico de Agudeza Visual Fig. 6.2. Gráfico de Sensibilidade ao Contraste Versão 2011/2



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Fig. 6.3. Gráfico de Capacidade Visual (Extraídos de: KOENIGSBERGER ET ALT, 1977)

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GRANDEZAS E DEFINIÇÕES

FLUXO RADIANTE [W] - é a potência da radiação eletromagnética emitida ou recebida por um corpo. O fluxo radiante pode conter frações visíveis e não visíveis (PEREIRA, 1994 -A). FLUXO LUMINOSO

[lm] - componente de qualquer fluxo radiante que gera uma resposta visual. Sua

unidade é lumen , definida como o fluxo emitido por uma fonte uniforme de 1 cd com 1 sr (esteradiano ou ângulo sólido). O fluxo total emitido por uma fonte de 1cd é 4  lumens (SZOKOLAY, 1980). EFICIÊNCIA LUMINOSA [lm/W] - habilidade da fonte me converter potência em luz. Uma fonte de luz ideal seria aquela que converteria toda sua potência (W) de entrada em luz (lm). No entanto, qualquer fonte de luz converte parte da potência em radiação infra-vermelha ou ultra-violeta (PEREIRA, 1994-A).  Equação 7.1

   w

INTENSIDADE LUMINOSA I [cd] - uma fonte de luz emite um fluxo luminoso em várias direções. A quantidade emitida em cada direção pode variar. A intensidade luminosa é a luz que se propaga numa dada direção, dentro de um ângulo sólido. Sua unidade é a candela [cd], ou lúmen/esteradiano, definida como a intensidade de um corpo negro de 1/60 cm 2 de área, quando aquecido até a tempratura do ponto de fusão da platina (MOORE, 1991; SZOKOLAY, 1980). O ângulo sólido , expresso em esteradianos, é uma medida do espaço tridimensional, assim como o radiano o é para o espaço bidimensional (PEREIRA, 1994 -A). I =

 

[Equação 7.2] 

ILUMINÂNCIA E [lux] -(o símbolo E vem de éclairage ) Quando o fluxo luminoso atinge uma superfície, esta superfície é dita iluminada. Iluminância é, portanto, a densidade de fluxo luminoso recebido por uma superfície: caracteriza o efeito de iluminação produzido pela luz incidente numa só ou numa infinidade de direções. É a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área cuja unidade é lux = lumen/m2 (iluminação é o processo; iluminância é o produto) (MOORE, 1991; SZOKOLAY, 1980). E

 

 lux

[Equação 7.3]

A

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Como em toda radiação, a direção do fluxo luminoso é divergente em relação à fonte de luz. Uma vez que sua direção não é paralela, sua área de abrangência é maior quanto maior for a distância da fonte (ou seja, o fluxo contido em um ângulo sólido, se mantém constante com a distância). Por isso, a iluminância é uma função inversa ao quadrado da distância (MOORE,1991; SZOKOLAY, 1980). E

I 

d

[Equação 7.4]

2

LEI DO COSSENO - se não se considerar um elemento normal ao feixe de radiação, tem-se que a iluminação varia com o cosseno do ângulo normal à superfície e o raio de luz. Ela é máxima quando o raio é normal á superfície, ou seja, quando o ângulo de incidência



= 0o. Em qualquer outro caso o raio de luz

cobrirá uma área maior, com uma consequente redução do nível de iluminação (PEREIRA, 1994-A). E

I 

d

2



cos 

[Equação 7.5]

LUMINÂNCIA L [cd/m2] - quando parte da luz incidente numa superfície é refletida, esta superfície é observada como uma fonte de luz (PEREIRA, 1994 - A). Portanto, luminância é a medida do brilho de uma superfície; é a intensidade luminosa de um elemento de qualquer superfície, numa dada direção, por unidade de área perpendicular a esta direção: depende, em geral, da direção segundo a qual é observado o elemento, e varia também, geralmente, de um elemento para outro da mesma superfície. O olho humano detecta luminâncias da ordem de 1 milionésimo de cd/m 2 até um limite de 1 milhão de cd/m 2 (PRADO, 1961; SZOKOLAY, 1980).

L

I  

A

'

[Equação 7.6]

Onde A’ = A cos ,

A é a área total da superfície, 

é o ângulo de incidência à normal da superfície e à direção de observação, e

I é a intensidade luminosa na direção considerada (PEREIRA, 1994 -A). Luminância de uma superfície, seja fonte primária ou secundária de luz, é, portanto, a intensidade de luz por área aparente da superfície, a partir do ponto em que é observada. A partir da luminância do céu, pode-se quantificar o quanto de fluxo luminoso incide sobre a área de uma superfície, obtendo-se, assim, seu nível de iluminação natural (HOPKINSON, 1986). A luminância devido a uma superfície difusa pode ser calculada por: L

E







[Equação 7.7]



onde  é o fator de reflexão da superfície. ILUMINAÇÃO ESPACIAL - a descrição usual das condições de iluminação em termos de iluminância num dado plano, pode não descrever totalmente as condições de iluminação. Existem ambientes onde o Versão 2011/2



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objeto da tarefa visual é essencialmete tri-dimensional, nestes casos deve-se recorrer á iluminação espacial (PEREIRA, 1994 - A). ILUMINÂNCIA ESCALAR E s [lux]- (ou iluminância esférica média) é a iluminância média recebida de todas as direções por uma pequena esfera, ou seja, é o fluxo total incidente na esfera dividido pela área de sua superfície, medida em lux. É, então, a medida da quantidade total de luz, não importando sua direção (SZOKOLAY, 1980). MODELOS DE CÉU - formas de representação matemática e/ou gráfica da distribuição das luminâncias de céu. Podem ser modelos para céu uniforme, encoberto, claro e parcialmente encoberto. DISTRIBUIÇÃO DA LUMINÂNCIA NO CÉU - A iluminância decorrente da luz do céu, pode ser determinada a partir da distribuição da luminância celeste. Uma única distribuição da luminância celeste é usada para representar cada uma das condições básicas de céu. A luminância do céu é função: 

Da distribuição da relação entre a luminância de cada um dos pontos da hemisfera celeste e a luminância do zênite;



de valores absolutos para a luminância do zênite(SCARAZZATO, 1995).

FATOR DE LUZ DIURNA (daylight factor ) - uma vez que a iluminância no interior da edificação muda em função das condições de céu, valores de iluminância não são indicativos diretos do real desempenho da edificação. O fator de luz diurna (DF ) é a razão da iluminância exterior pela interior sob um céu encoberto e desobstruído (medido em um plano horizontal em ambos os locais e expresso como uma percentagem), e é constante mesmo sob mudanças da luminância absoluta do céu. Tal se deve ao fato de que a distribuição em um céu uniforme é constante e não varia com o tempo. A constância do DF para uma edificação se aplica apenas para condição de céu encoberto; sob condição de céu claro, o DF pode variar de acordo com as mudanças de distribuição de luminância do céu e com a posição do sol (MOORE, 1991). ILUMINAÇÃO PLANAR - as condições de iluminação são geralmente descritas, medidas ou especificadas em termos de iluminâncias em um dado plano, comumente o plano de trabalho horizontal; em outras palavras, nós geralmente tratamos da iluminação planar (SZOKOLAY, 1980). OFUSCAMENTO - perturbação, desconforto ou mesmo perda de visibilidade devido a uma variação muito grande da iluminação e/ou uma velocidade muito grande. O efeito de saturação ocorre a partir de 25.000 cd/m2. O efeito de contraste ocorre caso a proporção entre as luminâncias do campo visual seja superior a 10:1. VETOR ILUMINAÇÃO Emáx [lux] - é uma medida composta, possuindo uma magnitude e uma direção. Sua magnitude é a diferença máxima em iluminância entre dois pontos diametralmente opostos na superfície de uma pequena esfera. Sua direção é dada pelo diâmetro que liga os dois pontos que apresentam a diferença máxima (SZOKOLAY, 1980). Versão 2011/2



10


FATOR DE FORMA - é a fração da radiação deixando um elemento de superfície finita S1 que chega a uma outra superfície S2 de área. FFS1 - S2 = fluxo recebido por S2vindo de S2 fluxo total emitido por S2

[Equação 7.8]

Quando os elementos possuem áreas diferentes A1 e A2, pela relação de reciprocidade se tem: FFS1 - S2 .A1 = FFS1 - S2. A2 finita (TREGENZA, 1993, INCROPERA, 1990). DISCRETIZAÇÃO DA ABÓBODA CELESTE - é a subdivisão da abóboda celeste em porções definidas por ângulos horizontais e verticias. Uma discretização em porções de 6 x 24, por exemplo, significa que se subdidiu a abóboda passando-se seis linhas paralelas ao plano do horizonte (com 15 o de altitude cada uma) e em 24 linhas longitudinais que cortam a abóboda do zênite para o horizonte (em “fatias” de 15o de varredura azimutal).

8

NECESSIDADES HUMANAS DE INFORMAÇÃO VISUAL:

Tabela 8.1 – Necessidades humanas sobre informação visual Informação visual para Exemplos e condições luminosas  Orientação física e locali1. Linhas horizontais de referência (p. ex. molduras, barras e juntas); zação 2. Ênfase nos eixos perigosos de escadas e corredores; 3. Definição clara das interseções de circulação. 

Segurança em uso

1. Variação de luz para complemento da estrutura (p. ex. elementos de luz coordenados aos módulos de painéis); 2. Rotas de fuga claramente visíveis com sinais de saída bem iluminados.



Relaxamento

1. Iluminação não uniforme com controle de ofuscamento; 2. Ênfase nas paredes mais que na luz de teto; 3. Centros de descanso visual interessantes (p. ex. esculturas, pinturas e plantas iluminadas), onde os ocupantes possam periodicamente passar a vista.



Orientação sobre o tempo



Contato com a natureza e 1. Aberturas que permitam a penetração da luz do dia (e as vistas disas pessoas tantes para relaxamento dos músculos dos olhos); 2. Evitar o “ruído visual” das proteções solares. Definição do território 1. Iluminação suplementar sobre o plano de trabalho integrada ao mopessoal biliário;



1. Permitir a percepção do ciclo dia-noite através de janelas e/ou domus bem dimensionados.

2. Forros em estrutura tipo caixão ou colunas em ambientes abertos. (Adaptado de: EGAN, 1983).

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9

11

PREFERÊNCIAS HUMANAS

FONTE: Adaptado de Manual de Iluminação, Philips Lighting Division, 1981

10 CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO GERAL DO AMBIENTE LUMINOSO Em geral trabalha-se com dois critérios para o projeto de um bom ambiente luminsoso: a uniformidade do campo visual, dado pelo índice de uniformidade e a eficácia visual da tarefa, dada pela preferência do usuário. O índice de diversidade do ambiente nada mais é do que a razão entre a mais alta e a mais baixa entre as iluminâncias encontradas. Este índice fornece uma idéia da variação das iluminâncias ao longo do ambiente e, portanto, da assimetria da distribuição da luz no ambiente interno. 10.1 Distribuição de luz natural

Valor

1,0 a 3,0 3,1 a 5,0 5,1 a 10,0 >10,1

Conceito

DISTRIBUIÇÃO DE LUZ NATURAL Critério do índice de diversidade

Ótimo

(Iluminância máxima / iluminância mínima) < = 3,0

Bom

3,1 < (Iluminância máxima / iluminância mínima) < 5,0

Aceitável

5,1 < (Iluminância máxima / iluminância mínima) < 10,0

Inadequado

(Iluminância máxima / iluminância mínima) > = 10,0

Fonte: MACEDO, 2002

10.2 Iluminâncias da zona

Para um ambinte em geral, e em função da preferência do usuário pode-se adotar a seguinte classificação para maibente iluminados sob luz natural. Níveis mais precisos para os ambientes de trablaho podem ser obtidos através da norma NBR 5413.

Conceito

ILUMINÂNCIA INTERNA Critério

1

Insuficiente

Iluminância inferior a 300 lux

2

Adequado

Iluminância de 300 a 1.000 lux

3

Ótimo

Iluminância de 1.000 a 2.000 lux

4

Admissível

Iluminância de 2.000 a 3.000 lux Versão 2011/2



12


5

Excessivo

Iluminância superior a 3.000 lux

11 NÍVEIS GERAIS DE ILUMINÂNCIA RECOMENDADOS PELA NBR 5413/82: As tabelas abaixo estabelecem os níveis de iluminância por classe ou grupo de tarefa visual. Para a determinação de a iluminância adequada consultar o item 5.3 da referida Norma. Tabela 7.1 - Iluminância para cada grupo de tarefa visual Faixa

Iluminância (lux)

Tipo de Atividade

A 20 - 50 Iluminação geral p/ áreas usadas inter- 50 - 100 ruptamente ou c/ tarefas visuais 100 -200 simples

Áreas públicas com arredores escuros.

B Iluminação geral para área de trabalho

Tarefas c/ requisitos visuais limitados, trabalho bruto de maquinaria, auditórios. Tarefas c/ requisitos visuais normais, trabalho médio de maquinaria, escritórios. Tarefas c/ requisitos especiais, gravação manual, inspeção, indústria de roupas.

200 - 500 500 - 1.000 1.000 - 2.000

C Iluminação adicional p/ tarefas visuais difíceis

2.000 - 5.000 5.000 - 10.000 10.000 - 20.000

Orientação simples p/ permanência curta. Recintos não usados p/ trabalho contínuo, depósitos.

Tarefas visuais exatas e prolongadas, (eletrônica de tamanho pequeno). Tarefas visuais muito exatas, montagem de microeletrônica. Tarefas visuais muito especiais, cirurgia.

(Extraído da NBR 5413/1982)

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Tabela 7.2 – Iluminância em lux por tipo de atividade (Extraído da NBR 5413/1982) Atividade Nível 1 Nível 2 Acondicionamento - engradamento, encaixotamento e empacotamento 100 150 Auditórios e anfiteatros tribuna 300 500 platéia 100 150 sala de espera 100 150 bilheterias 300 450* Bancos* 300 500 Bibliotecas sala de leitura 300 500 recinto de estantes 200 300 fichário 200 300 Corredores e escadas 75 100 Escolas sala de aula 200 300 quadro negro 300 500 laboratório geral 150 200 laboratório local 300 500 sala de desenho 300 500 sala de reuniões 150 200 Escritórios de registro, cartografia, etc. 750 1000 desenho, engenharia mecânica e arquitetura 750 1000 desenho decorativo e esboço 300 500 Hotéis banheiros 100 150 espelhos (iluminação suplementar) 200 300 sala de leitura – geral 100 150 sala de leitura – mesa 200 300 cozinha – geral 150 200 cozinha – local 300 500 quartos – geral 100 150 quartos – cama (iluminação suplementar) 150 200 escrivaninha 200 300 Residências sala de estar – geral 100 150 sala de estar – local 300 500 cozinha idem hotel quartos de dormir – geral idem hotel – quartos de dormir local (espelho, penteadeira, cama) idem hotel hall, escadas, despensas, garagens – geral 75 100 hall, escadas, despensas, garagens – local 200 300 banheiros idem hotel Restaurantes 100 150 Lanchonetes 150 200

Nível 3 200 750 200 200 750 750 750 500 500 150 500 750 300 750 750 300 1500 1500 750 200 500 200 500 300 750 200 300 500 200 750

150 500 200 300

Tabela 7.3 - Fatores determinantes da iluminância adequada (Extraído da NBR 5413/1982) Característica da tarefa Peso e do Observador -1 0 +1 Idade Inferior a 40 anos 40 a 55 anos Superior a 55 anos Velocidade e Precisão Sem importância Importante Crítica Reflectância do Fundo e Superior a 70% 30 a 70% Inferior a 30% da Tarefa Considerar Nível 1 se: soma dos fatores = -3 ou -2 Considerar Nível 2 se: soma dos fatores = -1,0,+1 Considerar Nível 3 se: soma dos fatores = +2 ou +3 Versão 2011/2



14

12 RECOMENDAÇÕES PARA UM BOM AMBIENTE LUMINOSO-VISUAL: O objetivo da iluminação em arquitetura é criar o ambiente visual mais adequado às atividades previstas. O conforto luminoso-visual resulta da percepção clara da informação visual demandada consciente ou inconscientemente. Para tanto, EGAN (1983) apresenta as seguintes recomendações: a) As condições visuais melhoram com o aumento da iluminância até um ponto onde passa a vigorar a

“lei dos retornos regressivos”;

b) As condições visuais melhoram se a tarefa visual pode ser distinguida de seu entorno por ser mais brilhante, mais contrastante, mais colorida, fortemente definida, ou uma combinação de dois ou mais destes fatores; c) As condições visuais são melhores se a tarefa visual está num cenário desobstruído e não confuso; d) A iluminação deve ser livre tanto do ofuscamento inabilitador quanto do ofuscamento perturbador . As fontes de luz não podem ser fontes de ofuscamento perturbador . Consequentemente, as aberturas do edifício devem ter elementos de proteção contra a luz direta do sol ou reflexões indesejáveis do entorno externo; e) Iluminação geral deve ser feita nos ambientes, com focos de luz sobre as tarefas visuais. Evitar criar condições onde os olhos devem se adaptar muito rapidamente a uma grande variedade de luminosidades; f) Ambientes uniformemente sombrios devem ser evitados. Pequenos pontos de luz de baixa potência corretamente distribuídos podem contribuir para criar uma agradável variação de luminosidade sem ofuscamento; g) Superfícies retas não devem ser iluminadas desigualmente, a menos que os focos estejam sobre peças de arte, painéis, entradas, etc.; h) Luz suficiente deve chegar aos forros, para evitar condições sombrias que ocorrem quando uma informação visual desejada sobre a estrutura do ambiente é perdida ou não está clara; i) O entorno da tarefa visual deve ter luminosidade moderada. Esta luminosidade deve resultar da reflexão das superfícies de teto e paredes e das aberturas para iluminação natural; j) As fontes de luz devem ser selecionadas de acordo com as necessidades humanas de reprodução de cor, finalidades do ambiente e tipo de mobiliário; k) A luz natural deve ser providenciada em qualquer ambiente para permitir contato com a natureza, com as pessoas e para induzir sensações de bem-estar e frescor. A variabilidade da luz é a característica dominante da luz natural do dia.

Versão 2011/2



15


13 GRÁFICOS DE ILUMINÂNCIA DIFUSA SOBRE PLANO HORIZONTAL (LUZ DO CÉU) - BELO HORIZONTE 18 ) x l k ( a s u f i D e E

5:00/19:00

16 14

6:00/18:00

12

7:00/17:00

10

8:00/16:00

8

9:00/15:00

6

10:00/14:00

4

11:00/13:00

2

12:00

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

Mês

Fig.11.1. Céu Claro (N  2,0)

50 5:00/19:00 ) x l k ( a s u f i D e E

6:00/18:00

40

7:00/17:00

30

8:00/16:00 9:00/15:00

20

10:00/14:00

10

11:00/13:00 12:00

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

Mês

Fig.11.2. Céu Parcialmente Encoberto (2,1  N  7,0)

25 ) x l k ( a s u f i D e E

5:00/19:00 6:00/18:00

20

7:00/17:00

15

8:00/16:00 9:00/15:00

10

10:00/14:00

5

11:00/13:00 12:00

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

Mês

Fig.11.3. Céu Encoberto (7,1  N  10,0) 

Dados gerados pelo software DLN versão 2.06, para dias luminosos típicos mensais (DLT) segundo SCARAZZATO (1995).

Versão 2011/2



16


14 ILUMINÂNCIA DIFUSA HORÁRIA (LUZ DO CÉU) DE BELO HORIZONTE PARA DEZEMBRO E JUNHO (SOLSTÍCIOS) – PLANO HORIZONTAL E PLANOS VERTICAIS Dados gerados pelo software DLN versão 2.06, para dias luminosos típicos mensais (DLT) segundo SCARAZZATO (1995). 18 N 16 NE

) x

14

k

12

a

10

l (

E SE

s

S

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8

D

6

i

SW

e

W

E

4 NW 2 H 0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.1. Condição de Céu Claro (N  2): DEZEMBRO (DLT = 12/12) 18 N 16 NE

x

14

k

12

a

10

f

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8

D

6

l (

E SE

s

S

i e

SW W

E

4 NW 2 H

0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.2. Condição de Céu Claro (N  2): JUNHO (DLT = 11/06)

Versão 2011/2



17


50 N 45 NE

) l

x

40 E

35

k (

30

SE

i

f

u

s

25

S

20

SW

a

D 15

E

e

W

10 NW 5 H 0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.3. Condição de Céu Parcialmente Encoberto (2,1  N  7,0): DEZEMBRO (DLT = 12/12) 50 N 45 NE 40

l

x

E

35

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k

30

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25

S

20

SW

a

D 15

E

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W

10 NW 5 H 0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.4. Condição de Céu Parcialmente Encoberto (2,1  N  7,0): JUNHO (DLT = 11/06)

Versão 2011/2



18


25 N NE

20

x l

E

k (

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15

a s

S

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i

SW

D

W

E

e 5

NW H 0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.5. Condição de Céu Encoberto (7,1  N  10,0): DEZEMBRO (DLT = 12/12)

25 N NE

) x

20

l

E

(

k SE

15

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S

f

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i

SW

D e

W

E

5 NW H 0 05:00

07:00

09:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.10.6. Condição de Céu Encoberto (7,1  N  10,0): JUNHO (DLT = 11/06)

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15 GRÁFICOS DE “CÉU DE PROJETO” PARA BELO HORIZONTE A iluminância do “céu de projeto” para uma dada localidade corresponde, segundo Koenigsberger et alt (1977), a um nível de iluminamento exterior (Ee) que é ultrapassado em 85% a 90% do tempo de luz solar. Frequência de Ocorrência dos Níveis de Iluminância para Céu Encoberto, Belo Horizonte 100 100

91 90 88 86

90 )

80 (

70

i

a

60

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F

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20

e % d a c

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82 81 79 77 76 73 65 64 62

58 49

45 32 14

10

03

0 0

0 0 0

. 1

0 0 5

. 1

0 0 0

. 2

0 0 5

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0 0 0

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0 0 0

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0 0 0

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0 0

0 0

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0 0

0 0

0 .

0 .

0 .

0 .

0 .

0 .

0 .

0 1

1 1

3 1

5 1

7 1

9 1

1 2

Iluminância Exterior (lux)

Fig.11.1. Freqüência de ocorrência de níveis típicos de iluminância para céu encoberto, cidade de Belo Horizonte.

100

Iluminância Interna Requerida (lx)

90 80

) 70

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

%(

ai 60 c êi

n 50

E

f

ci

40 30 20 10 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

FLD (%)

Fig. 11.2. Gráfico de Eficiência X FLD para céu encoberto, Belo Horizonte.

Versão 2011/2



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Freqüência de Ocorrência dos Níveis de Iluminância para Ceú Parcialmente Encoberto, Belo Horizonte 100 100 86

90

78 )

80

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%

70

i

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c

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72 63 53 44

21 14

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10

0

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0 0 0 , 5

0 0 0 , 0 1

0 0 0 , 5 1

0 0 0 , 0 2

0 0 0 , 5 2

0 0 0 , 0 3

0 0 0 , 5 3

0 0 0 , 0 4

0 0 0 , 5 4

0 0 0 , 0 5

Iluminância Exterior (lux)

Fig. 11.3. Freqüência de ocorrência de níveis típicos de iluminância para céu parcialmente encoberto, cidade de Belo Horizonte.

100

Iluminância Interna Requerida (lx)

90 80

) 70 %(

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

ai 60 c n êi

ci 50 E

f

40 30 20 10 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

FLD (%)

Fig.11.4. Gráfico de Eficiência X FLD para céu parcialmente encoberto, Belo Horizonte Extraído de: ASSIS (2000). Dados gerados pelo software DLN versão 2.06, para dias luminosos típicos mensais (DLT), segundo SCARAZZATO (1995). Gráficos gerados segundo método proposto por ALUCCI (1992).

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16 O MÉTODO DE CÁLCULO DA CONTRIBUIÇÃO DE ILUMINAÇÃO NATURAL (CIN ou FLD) O método de cálculo da Contribuição de Iluminação Natural (CIN) ou fator de luz diurna (FLD) é um método gráfico para cálculo de iluminâncias internas a ser utilizado em avaliações iniciais da quantidade de luz que se obtém por determinada abertura. A iluminação produzida pelo céu visto através de uma janela é independente da “distância” do

céu; ela é completamente definida pela direção e luminância de cada zona de céu e pelo ângulo sólido que subentende. Nós podemos especificar a iluminação em qualquer ponto do espaço apenas em termos do campo de luminância cercando o ponto (LYNES: 1968).Os diagramas apresentados neste método consideram a distribuição de luminâncias para céus encobertos e claros e possibilitam a verificação dos níveis de iluminância em determinados pontos situados em planos horizontais no interior de ambientes. Estes diagramas representam a distribuição de luminâncias em céu claro para as altitudes solares de 15o, 30o, 45 o, 60 o, 75 o e 90o, e são usados para se calcular os níveis de iluminância em um ponto escolhido, situado em planos horizontais no interior de ambientes iluminados naturalmente. Para o estudo da luz incidente em um ponto se utiliza o método de divisão do fluxo em que se avalia a iluminação a partir de três componentes distintas: a componente celeste (CC), a componente refletida externa (CRE) e a componente refletida interna (CRI). A somatória dos valores obtidos para a CC, CRE e CRI multiplicados pelos devidos fatores de correção para o tipo de vidro, tipo de caixilharia da abertura, de manutenção e de proteção solar fornecerá a contribuição total de iluminação natural, CIN ou FLD, relativa a um ponto situado em um plano horizontal.

Componente celeste Componente refletica externa Figura 12. 1 – componentes da iluminação natural

Componente refletida interna

16.1 Distribuição de Luminâncias para Céu Encoberto Em um dia completamente encoberto não há luz solar direta atingindo o solo e a luz de céu é tão uniformemente difundida que o padrão da luminância de céu é visualmente simétrico com relação ao zênite. A luminância de um céu encoberto é três vezes menor no horizonte do que acima.

Versão 2011/2



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16.2 Distribuição de Luminâncias para Céu Claro O modelo de distribuição de luminâncias do céu em um dia claro se baseia inteiramente na luz do sol dispersa em sua passagem pela atmosfera, chamada de luz do céu. A luminância de um dado elemento medido em radianos a partir do zênite; do ângulo no solo, entre o ponto central do elemento e o centro do sol e do fator de turvamento da atmosfera local (LYNES, 1968; CIE, 1996; PEREIRA, 1994b). Esta condição encontra-se padronizada pela CIE (1996), onde a luminância de qualquer ponto da abóbada celeste é dada como uma fração da luminância do zênite, em função da posição do sol e da posição relativa do ponto considerado.

Fig. 13.1. Distribuição de luminâncias para Fig. 13.2. Distribuição de luminâncias para céu encoberto, segundo MOORE (1991) e CLARO céu claro, segundo MOORE (1991) e CLARO et al et al (2004) (2004)

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16.3 Diagramas de Contribuição Relativa de Luz – DCRL A abóbada celeste pode ser considerada como um hemisfério de raio “infinito”, tendo no centro, o ponto

de estudo considerado. A iluminância devido a esta abóbada pode ser determinada a partir do conhecimento e da distribuição de luminâncias do céu. Para se determinar esta distribuição, a abóbada celeste deve ser subdividida em zonas, assumindo-se um valor de luminância único para cada zona. Para determinada divisão da abóbada são calculados, os valores da relação Lp /Lz, tanto para céu encoberto quanto para céu claro. Estes são multiplicados por fatores de forma calculados pela área do rebatimento da abóbada celeste em plano horizontal, de acordo com a divisão que se queira adotar. Para inserção no diagrama, os valores obtidos ponderados para que as tabelas geradas possuam um valor de somatório total igual a 10.000 lux. Ou seja, cada 100 unidades representam 1% da iluminação total obtida sobre um plano horizontal desobstruído. Os gráficos de fatores de forma para uma hemisfera de área 10.000 e os Diagramas de Contribuição Relativa de Luz para ceú encoberto e para céu claro com alturas solares de 15 o, 30 o, 45 o, 60 o, 75 o e 90 o produzidos para divisões de céu de 10o em 10o são fornecidos nesta apostila nas páginas a seguir. A partir dos diagramas e de uma máscara do ambiente construída com o auxílio de um tranferidor auxiliar pode-se, então, calcular a luz que chega em determinado ponto (CIN – Contribuição de Iluminação Natural), seja vinda do céu visto pela abertura (lateral e/ou zenital), das obstruções externas e/ou das paredes e teto do ambiente interno.

16.4 ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS LATERAIS 16.4.1

Construção da máscara do ambiente 

Determinação de ângulos horizontais () e verticais () das superfícies internas e externas;

Fig. 13.3. Determinação dos angulos no ambiente e projeção sobre o transferidor auxiliar.

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16.4.2 Cálculo da Componente Celeste CC Céu encoberto  

Sobreposição da máscara construída sobre o DCRL para céu encoberto. CC = soma dos valores vistos através da abertura correspondentes ao céu.

Céu claro 



Definição do dia para cálculo  Levantamento de azimute e altura solar o o o  Escolha do DCRL para céu claro com altura solar mais próxima à encontrada (DCRL 15 , 30 , 45 , 60o, 75o, 90o) Localização do Norte no DCRL (fig. 13.4). O N

S

L

Fig. 13.4. Orientação do DRCL com o auxílio da carta solar local. 

sobrepõe-se a máscara construída sobre o DCRL de forma que a abertura fique orientada adequadamente a partir do Norte já marcado e procede-se à soma dos valores internos à mascara de obstrução - as subdivisões do diagrama que forem cortadas pelas linhas das máscaras serão consideradas proporcionalmente à divisão. O

N

CC = 3,13 % EH EX: Fig. 13.5. Superposição da máscara de obstrução sobre o DRCL orientado.

S L

16.4.3 Cálculo da Componente Refletida Externa - CRE Existem duas estratégias básicas para o cálculo da CRE: uma para céu claro e outra para céu encoberto. Versão 2011/2



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

Céu Encoberto - considera-se que as luminâncias das obstruções vistas do ponto em estudo sejam iguais à luminância do céu. Faz-se a projeção estereográfica desta superfície e se superpõe esta ao DCRL para céu encoberto, lendo assim seu valor. Como a luminância das obstruções é geralmente menor que a do céu por vir somente da luz refletida, se multiplica o valor encontrado pela refletividade, , da superfície em consideração.



Céu Claro - quando uma parcela do céu é obstruída por uma edificação não iluminada diretamente pelo sol, considera-se que a porção de céu obstruída pela superfície externa possuirá uma luminosidade menor que a porção de céu equivalente vista da imagem Pi do ponto P. A porção de céu vista por reflexão pelo ponto P é então considerada como sendo a que se veria a sua imagem Pi através da superfície S de refletividade . CRE = CCvista por reflexão * onde:  - coeficiente de reflexão da superfície vista da abertura

Fig. 13.6. Porção de céu “vista” através de uma superfície refletora e projeção

de obstrução externa na hemisfera unitária vista através de uma abertura.

Obs.: Este cálculo é valido apenas quando a superfície externa não estiver diretamente iluminada pelo sol. As superfícies externas iluminadas pelo sol não serão objeto de discussão desta disciplina. 16.4.4 Cálculo da Componente Refletida Interna - CRI A componente refletida interna irá contribuir para a iluminância total que chega ao ponto interno e seus valores dependem da quantidade de luz que entra no ambiente através da abertura - a qual por sua vez depende do céu e das obstruções externas (GIRARDIN, 1993). O cálculo da área de contribuição de cada superfície leva em conta o fator de forma de cada uma das superfícies internas em relação ao ponto P e suas respectivas refletividades. O fator de forma é calculado pela superposição da superfície projetada (desenhada pelo transferidor auxiliar) sobre o diagrama de fatores de forma. O valor encontrado do fator de forma da cada uma das superfícies, FFP, é multiplicado pela refletância média desta superfície, m, obtendo-se assim o valor percentual da contribuição da CRI. n =i

CRI = (FFpi . i). (CC+CRE)*Kp n= 1

onde: n - número de superfícies FFpi - área projetada de cada superfície i - refletância de cada superfície interna

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16.4.4.1 Tabela de correção, Kp, dos valores de CRI encontrados, em função da posição do ponto em relação à janela Verificou-se através de diversos estudos que o método DCRL tende a subestimar as reflexões ocorridas nas superfícies internas do ambiente. Foi porposto então por Souza (2004) a introdução de índices de correção para evitar esta distorção, não só pela profundidade do ponto calculado, mas também pela refletividade média do ambiente. Estes índices são apresntados na tabela a seguir. Índices Kp para a correção da CRI no método DCRL. Posição do ponto próximo à abertura posição intermediária afastado da abertura

Valor de kP 0,9 1,15 1,6

16.4.5 Cálculo da Contribuição de Iluminação Natural - CIN A Contribuição de Iluminação Natural (para céu claro ou encoberto), também chamada de Fator de Luz Diurna (quando se refere apenas a céu encoberto) é o somátorio das componentes celeste, componente refletida interna e componente refletida externa, minorados das perdas de luz sofridas pelos seguintes fatores: transmissividade do vidro ( ), obstrução do caixilho (kc) e sujeira que se acumula no sistema de aberturas, função do grau de manutenção (km). Deve-se considerar também a existência ou não de proteção solar que pode ser computada através de um fator de obstrução, ko, ou através de sua representação gráfica.

CIN = (CC + CRE + CRI). m onde: m = . kc . km.ko 16.4.6 Verificação de adequabilidade do sistema 

Comparar nível de iluminação obtido com o nível necessário preconizado na norma NBR-5413/82

Epcalculado = CIN. EH [lux] 

Caso o nível esteja acima ou abaixo dos níveis desejáveis, propor alterações no sistema (dimensão, cor, transmissividade, manutenção, etc) de forma a melhor adequá-lo às necessidades visuais.

16.5 ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS ZENITAIS O cálculo da iluminação zenital permite a obtenção da área de abertura necessária na superfície da zenital para a otenção do nível de iluminação desejado no plano de trabalho. 16.5.1 Construção da máscara do ambiente  

Determinação de ângulos horizontais () e verticais () das obstruções externas; Construção da máscara de obstrução do entorno imediato da edificação tomando-se como referência o ponto central da cobertura.

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Fig. 13.7. Planta de uma edificação com representação

Fig. 13.8. Projeção do entorno da edificação

do entorno imediato.

para o ponto central de sua cobertura.

16.5.2 Cálculo da Componente Celeste, CC Céu encoberto 

Sobreposição da máscara de obstrução de entorno sobre o DCRL para céu encoberto.

CC = (100% - Ccobst.% + CCvisto%. Céu claro  

prédio)

[%]

Definição do dia para cálculo 

Levantamento de azimute e altura solar



Escolha do DCRL para céu claro com altura solar mais próxima à encontrada (DCRL 15 o, 30 o, 45o, 60o, 75o, 90o)



Localização do Norte no DCRL



Sobreposição da máscara de obstrução de entorno sobre o DCRL.



CC = (100% - Ccobst.% + CCvisto%.prédio) [%]

16.5.3 Cálculo da disponibilidade de Luz Natural sobre a cobertura Determinação do nível de iluminação em plano horizontal, EH em função do dia do ano, hora e tipo de céu (valor tabelado)  

Disponibilidade de luz no plano de trabalho

Ed= CC. EH total 16.5.4 Determinação da área iluminante total

E = /S ou: S = /E Szenital = (Ep . Sambiente ) / (Ed.m.ku) onde: Ep = nível de iluminação requerida no plano de trabalho (verificar tábelas da NBR-5413/82) Sambiente = área total do ambiente interno Ed = disponibilidade de luz natural no ponto médio da cobertura m = .kc.km.ko (coeficiente que representa o quanto de luz atravessa o sistema após as perdas por transmissividade do vidro, caixilho, manutenção e obstrução) ku = coeficiente de utilização, tabelado Versão 2011/2



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Para a determinação de ku, deve-se saber o valor das refletividades das superfícies internas do ambiente, e o índice do recinto, ir:

ir = (c. l ) / [(c+l). h]

onde: c - comprimento do recinto l - largura do recinto h - altura do plano de trabalho ao teto

Interpolar os valores das refletividades e de ir para se achar ku. 16.5.5 Determinação do número de estruturas zenitais onde:

N = Sz / Su

Sz = área total de zenitais Su = área unitária de cada zenital 16.5.6 Determinação do espaçamento dos sistemas zenitais para uniformidade de iluminação no plano de trabalho 

Verificar as relações entre distância entre cada uma das aberturas zenitais e altura do plano de trabalho D/H  1,25



Verificar relações entre as distâncias entre cada uma das aberturas zenitais e as distâncias até as paredes d  D/x, onde x varia para cada tipo de sistema.

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17 TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO EM PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA

Fig.14.1 - Transferidor Auxiliar Extraído de: SOUZA (1997)

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30

18 DIAGRAMA DE FATORES DE FORMA PARA A HEMISFERA UNITÁRIA

Fig 15.1. Fatores de Forma da Hemisfera Unitária Extraído de: SOUZA (1997)

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31

19 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU ENCOBERTO

Fig.16.1 - DCRL para Céu Encoberto Extraído de: SOUZA (1997)

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20 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU CLARO

Fig.17.1 - DCRL para altura solar 15 Extraído de: SOUZA (1997)

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21 TABELA DE COEFICIENTES DE REFLEXÃO () DE MATERIAIS E CORES: Material (%) alumínio polido 60-70 aço inox 55-65 asfalto sem poeira 07 cal 85-88 cerâmica vermelha 30 concreto aparente 55 cromo 60-65 esmaltes 60-90 espelhos 80-90 gesso (branco) 90-95 grama escura 06 granito 40 granolite 17 livros em estantes 10-20 mármore branco 45 madeira clara 13 madeira escura 07-13 terra 07-20 tijolo 13-48 tecido escuro 02 troncos de árvores 03-05 vegetação de porte médio 25 Fontes: CINTRA DO PRADO (1961) e MOREIRA (1982).

Cores escuras médias claras brancos branco-gelo pérolas marfim casca de ovo cremes amarelos laranja rosas vermelhos azuis verdes ocres marrons violetas cinzas pretos

(%) 15-30 30-50 50-70 85-95 79 72-84 71-84 81 60-76 60-70 50 35-60 17-35 10-50 12-60 44-60 07-32 05-40 25-50 04-08

22 TABELA DE COEFICIENTES MÉDIOS DE TRANSMISSÃO () DE VIDROS E PLÁSTICOS Material Vidro Transparente simples, 2 a 3mm de espessura triplo, 4 a 6mm de espessura aramado, até 6mm de espessura Vidro Translúcido impresso fantasia, 3 a 4mm de espessura esmerilhado, impresso grosso e v. industrial, até 6mm Vidro Especial colorido, absorvedor de calor, 4 a 6mm de espessura Telha ondulada de fibra de vidro para coberturas medianamente difusoras consideravelmente difusoras muito difusoras Placa translúcida opalina de acrílico Fonte: MASCARÓ & VIANA (1980).

(%) 85 86 80 80-85 75-80 74 75-80 66-75 55-70 55-78

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23 TABELA DE COEFICIENTES DE MANUTENÇÃO (M): Correção do fator de luz diurna (FLD) para perdas devido à sujeira da superfície iluminante.

Tipo de Local

Tipo de trabalho

Estado de Conservação

Superfície Iluminante m

Vertical

(%)

Inclinada

Horizontal

Limpo Limpo 90 80 70 Bom Sujo Sujo 70 60 50 Limpo Limpo 80 70 60 Regular Sujo Sujo 70 60 50 Limpo Limpo 70 60 50 Mau Sujo Sujo 60 50 40 Nota: os valores correspondem à localização da edificação em área não-industrial. Quando a localização for em área industrial, os valores indicados nesta tabela devem ser reduzidos em 10%. Fonte: MASCARÓ (1985).

24 PERCENTUAL DE OBSTRUÇÃO POR DIVERSOS TIPOS DE FATORES DE SOMBRA (FS)*: Correção do fator de luz diurna (FLD) para perdas devido à proteção contra insolação direta sobre o plano de trabalho.

Tipo de Fator de Sombra

Iluminância Obstruída (%)

Persiana de cor clara 60 de cor escura 80 Cortina de Tecido de Trama Aberta de cor clara 30 de cor escura 50 Cortina de Tecido de Trama Fechada de cor clara 70 de cor escura 85 Persiana de enrolar, 5% de abertura de cor clara 80 de cor escura 90 Toldo de cor clara 60 de cor escura 80 “Brises” horizontais (N-S) de cor clara 50 de cor escura 60 “Brises” verticais (L-O) de cor clara 40 de cor escura 50 o (*) Para latitude de 30 S. Fonte: MASCARÓ & VIANA (1980).

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25 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO ( U) PARA DOMOS Teto/Forro Paredes

Altura do Poço = 0 d/h = 1,25

Índice do Local (ir) 0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Altura do Poço = 1/2 x raio do poço d/h = 1,0

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Altura do Poço = 1 x raio do poço d/h = 1,0

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 


0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 


0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

0,50

0,70 0,30

Coeficiente de Reflexão ( ) 0,50 0,10 0,50 0,30 0,10

0,43 0,42 0,56 0,62 0,65 0,70 0,74 0,77 0,80 0,82 0,90 0,33 0,40 0,44 0,48 0,51 0,55 0,57 0,59 0,60 0,62 0,68 0,28 0,33 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 0,47 0,48 0,49 0,53 0,19 0,23 0,25 0,27 0,28 0,30 0,31 0,32 0,32 0,33 0,35 0,11 0,13 0,13 0,14 0,15 0,15 0,16 0,16 0,17 0,17 0,18

0,38 0,47 0,51 0,56 0,60 0,66 0,70 0,74 0,77 0,79 0,90 0,29 0,36 0,41 0,45 0,48 0,52 0,54 0,55 0,59 0,60 0,68 0,26 0,31 0,34 0,37 0,40 0,42 0,44 0,46 0,47 0,48 0,53 0,17 0,22 0,24 0,25 0,27 0,29 0,30 0,30 0,32 0,32 0,35 0,10 0,12 0,13 0,13 0,14 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,18

0,34 0.43 0,47 0,53 0,56 0,62 0,67 0,70 0,75 0,77 0,90 0,27 0,33 0,38 0,42 0,45 0,47 0,52 0,54 0,57 0,59 0,68 0,24 0,28 0,32 0,35 0,38 0,40 0,42 0,45 0,46 0,47 0,53 0,15 0,20 0,23 0,24 0,26 0,28 0,29 0,30 0,31 0,31 0,35 0,10 0,11 0,12 0,13 0,13 0,14 0,15 0,15 0,16 0,16 0,18

0,30

0,30 0,10

Coeficientes de Utilização ( u) 0,42 0,38 0,34 0,37 0,51 0,46 0,43 0,46 0,55 0,51 0,47 0,50 0,60 0,56 0,52 0,55 0,64 0,59 0,56 0,58 0,69 0,65 0,62 0,64 0,73 0,69 0,66 0,68 0,75 0,72 0,70 0,71 0,78 0,76 0,73 0,74 0,80 0,78 0,76 0,77 0,88 0,88 0,88 0,86 0,32 0,29 0,26 0,28 0,39 0,35 0,33 0,35 0,43 0,40 0,38 0,40 0,48 0,44 0,42 0,44 0,50 0,47 0,45 0,47 0,54 0,51 0,47 0,50 0,56 0,54 0,51 0,53 0,58 0,55 0,54 0,55 0,59 0,58 0,56 0,57 0,61 0,60 0,58 0,58 0,66 0,66 0,66 0,65 0,28 0,26 0,24 0,25 0,33 0,30 0,28 0,30 0,36 0,34 0,32 0,34 0,39 0,36 0,35 0,36 0,41 0,39 0,37 0,39 0,43 0,41 0,40 0,41 0,45 0,43 0,42 0,43 0,46 0,45 0,44 0,44 0,47 0,46 0,45 0,46 0,48 0,48 0,47 0,47 0,52 0,52 0,51 0,51 0,18 0,17 0,15 0,17 0,23 0,21 0,20 0,21 0,25 0,24 0,23 0,23 0,27 0,25 0,24 0,25 0,28 0,27 0,26 0,26 0,29 0,28 0,28 0,28 0,30 0,29 0,29 0,29 0,31 0,30 0,29 0,29 0,32 0,31 0,30 0,31 0,32 0,32 0,31 0,31 0,35 0,35 0,35 0,34 0,11 0,10 0,10 0,10 0,12 0,12 0,11 0,12 0,13 0,13 0,12 0,12 0,14 0,13 0,13 0,13 0,15 0,14 0,13 0,14 0,15 0,14 0,14 0,14 0,16 0,15 0,15 0,15 0,16 0,16 0,15 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,17 0,16 0,16 0,16 0,18 0,18 0,18 0,17

0,34 0,43 0,47 0,52 0,55 0,61 0,65 0,69 0,73 0,75 0,86 0,26 0,33 0,38 0,42 0,45 0,48 0,51 0,53 0,56 0,57 0,65 0,24 0,28 0,32 0,35 0,37 0,40 0,42 0,43 0,45 0,46 0,51 0,15 0,20 0,22 0,24 0,25 0,27 0,28 0,29 0,30 0,30 0,34 0,10 0,11 0,12 0,13 0,13 0,14 0,15 0,15 0,15 0,16 0,17

00 00 0,33 0,41 0,45 0,50 0,54 0,69 0,64 0,67 0,71 0,73 0,84 0,25 0,31 0,36 0,40 0,44 0,47 0,50 0,52 0,54 0,56 0,63 0,23 0,27 0,31 0,34 0,36 0,39 0,41 0,42 0,44 0,45 0,49 0,15 0,20 0,22 0,24 0,25 0,27 0,28 0,28 0,30 0,30 0,33 0,10 0,11 0,12 0,13 0,13 0,14 0,14 0,15 0,15 0,15 0,17

Nota: Os valores de (d/h) representam a relação máxima recomendada entre espaçamento e altura para cada tipo de elemento zenital. A altura (h) é medida entre a altura do plano de trabalho e a linha de centro da estrutura de cobertura. Fonte: Lynes, J. A. Principles of Natural Lighting . London, Elsevier, 1968. Extraído de MASCARÓ (1985).

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26 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO ( U) PARA DIVERSOS TIPOS DE ELEMENTOS ZENITAIS Teto/Forro Paredes

0,50

Índice do Local (ir) 0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 Cobertura de inclina- 2,00 ção dupla 2,50 Espaçamento: 3,00 Rendimento = 0,94 4,00 5,00 

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 Dente-serra c/ su- 2,00 perfície ilumin. vertical d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,34

2,50 3,00 4,00 5,00 

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 Dente-serra c/ su- 2,00 perfície ilumin inclinada d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,58

2,50 3,00 4,00 5,00 

0,70 0,30

0,10

Coeficiente de Reflexão ( ) 0,50 0,30 0,50 0,30 0,10 0,30 0,10

00 00

Coeficientes de Utilização ( u) 0,34 0,40 0,45 0,50 0,51 0,57 0,59 0,62 0,64 0,68 0,76 0,07 0,11 0,14 0,16 0,17 0,19

0,30 0,39 0,43 0,47 0,49 0,55 0,56 0,60 0,63 0,65 0,76 0,06 0,08 0,11 0,13 0,15 0,17

0,27 0,36 0,41 0,46 0,47 0,53 0,55 0,59 0,61 0,65 0,76 0,04 0,07 0,10 0,12 0,13 0,16

0,34 0,40 0,44 0,50 0,51 0,56 0,59 0,62 0,64 0,66 0,74 0,07 0,10 0,13 0,15 0,16 0,18

0,30 0,39 0,42 0,47 0,49 0,53 0,56 0,59 0,64 0,65 0,74 0,05 0,08 0,10 0,13 0,14 0,16

0,27 0,36 0,41 0,45 0,47 0,52 0,55 0,58 0,61 0,63 0,74 0,04 0,06 0,09 0,11 0,12 0,15

0,30 0,39 0,42 0,47 0,49 0,53 0,55 0,59 0,61 0,63 0,73 0,05 0,08 0,10 0,12 0,13 0,15

0,27 0,36 0,41 0,45 0,46 0,52 0,53 0,58 0,60 0,62 0,73 0,03 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

0,27 0,35 0,38 0,44 0,46 0,51 0,53 0,56 0,60 0,62 0,71 0,03 0,05 0,07 0,09 0,10 0,12

0,21 0,22 0,24 0,25 0,30 0,19 0,25 0,30 0,31 0,34 0,36

0,20 0,21 0,22 0,24 0,30 0,16 0,21 0,26 0,30 0,31 0,35

0,18 0,19 0,21 0,23 0,30 0,15 0,20 0,25 0,27 0,30 0,32

0,20 0,21 0,22 0,23 0,29 0,19 0,25 0,29 0,31 0,32 0,36

0,18 0,19 0,21 0,22 0,29 0,16 0,21 0,26 0,29 0,31 0,34

0,17 0,18 0,20 0,21 0,29 0,14 0,20 0,24 0,26 0,29 0,32

0,17 0,18 0,19 0,20 0,27 0,16 0,21 0,25 0,27 0,30 0,34

0,16 0,17 0,18 0,21 0,27 0,14 0,20 0,24 0,26 0,27 0,32

0,14 0,15 0,17 0,18 0,27 0,14 0,18 0,21 0,24 0,26 0,29

0,39 0,40 0,42 0,44 0,49

0,38 0,39 0,41 0,42 0,49

0,35 0,38 0,40 0,41 0,49

0,38 0,40 0,41 0,42 0,48

0,36 0,38 0,40 0,41 0,48

0,34 0,36 0,39 0,40 0,48

0,35 0,36 0,39 0,40 0,45

0,32 0,35 0,38 0,39 0,45

0,31 0,32 0,35 0,36 0,42

Nota: Os valores de (d/h) representam a relação máxima recomendada entre espaçamento e altura para cada tipo de elemento zenital. A altura (h) é medida entre a altura do plano de trabalho e a linha de centro da estrutura de cobertura. Fonte: Lynes, J. A. Principles of Natural Lighting . London, Elsevier, 1968. Extraído de MASCARÓ (1985).

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CONTINUAÇÃO DA TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO (U) PARA DIVERSOS TIPOS DE ELEMENTOS ZENITAIS Teto/Forro Paredes

0,50

0,70 0,30

0,10

ndice do Local (ir)

Lanternin c/ superf. iluminante vertical d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,31

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Lanternin c/ superf. ilumin. assimétrica d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,30

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Lanternin c/ superf. iluminante inclinada d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,59

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Lanternin c/ superf. ilumin. inclinada e assimétrica d/h = 2 : 1 Rendimento = 0,46

0,60 0,80 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 

Coeficiente de Reflexão ( ) 0,50 0,30 0,50 0,30 0,10 0,30 0,10

00 00

Coeficientes de Utilização ( u) 0,07 0,09 0,12 0,14 0,15 0,17 0,18 0,20 0,21 0,21 0,25 0,07 0,10 0,13 0,16 0,17 0,19 0,20 0,22 0,23 0,24 0,29 0,17 0,23 0,27 0,30 0,32 0,35 0,37 0,40 0,41 0,42 0,49 0,15 0,19 0,23 0,26 0,27 0,30 0,32 0,34 0,35 0,35 0,40

0,05 0,07 0,10 0,12 0,13 0,15 0,17 0,18 0,20 0,20 0,25 0,05 0,08 0,11 0,13 0,14 0,17 0,18 0,19 0,22 0,23 0,29 0,14 0,19 0,24 0,26 0,29 0,31 0,35 0,36 0,38 0,41 0,49 0,12 0,16 0,20 0,23 0,24 0,27 0,30 0,31 0,34 0,34 0,40

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,15 0,17 0,19 0,19 0,25 0,04 0,06 0,08 0,11 0,12 0,16 0,17 0,18 0,20 0,22 0,29 0,12 0,17 0,22 0,24 0,26 0,30 0,32 0,35 0,37 0,38 0,49 0,09 0,13 0,18 0,20 0,22 0,24 0,27 0,32 0,32 0,34 0,40

0,06 0,09 0,11 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,20 0,20 0,25 0,07 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,19 0,20 0,23 0,24 0,27 0,17 0,23 0,26 0,29 0,31 0,34 0,35 0,38 0,40 0,42 0,48 0,13 0,19 0,22 0,24 0,26 0,28 0,31 0,34 0,34 0,35 0,40

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,16 0,18 0,19 0,19 0,25 0,05 0,07 0,11 0,13 0,14 0,17 0,18 0,19 0,22 0,23 0,27 0,14 0,19 0,24 0,26 0,29 0,31 0,34 0,36 0,38 0,40 0,48 0,12 0,16 0,19 0,23 0,24 0,26 0,28 0,32 0,32 0,34 0,40

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,15 0,17 0,19 0,19 0,25 0,04 0,06 0,08 0,11 0,12 0,16 0,17 0,18 0,20 0,22 0,27 0,12 0,17 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,34 0,36 0,38 0,48 0,09 0,13 0,18 0,20 0,22 0,24 0,27 0,31 0,31 0,32 0,40

0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,16 0,17 0,19 0,19 0,24 0,05 0,07 0,11 0,13 0,13 0,16 0,18 0,19 0,20 0,22 0,27 0,13 0,19 0,23 0,26 0,27 0,31 0,32 0,35 0,37 0,38 0,47 0,11 0,16 0,19 0,22 0,23 0,26 0,28 0,32 0,32 0,34 0,39

0,04 0,06 0,03 0,10 0,11 0,13 0,15 0,16 0,18 0,18 0,24 0,04 0,06 0,08 0,11 0,12 0,14 0,17 0,18 0,20 0,22 0,27 0,12 0,17 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,34 0,36 0,37 0,47 0,09 0,13 0,18 0,20 0,22 0,24 0,27 0,31 0,31 0,32 0,39

0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,14 0,16 0,17 0,17 0,23 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,17 0,19 0,20 0,26 0,12 0,16 0,19 0,23 0,24 0,27 0,30 0,32 0,35 0,36 0,46 0,09 0,13 0,16 0,19 0,20 0,24 0,26 0,30 0,30 0,31 0,38

Nota: Os valores de (d/h) representam a relação máxima recomendada entre espaçamento e altura para cada tipo de elemento zenital. Nos lanternins, o espaçamento (d) é medido entre os centros de 2 elementos adjacentes. A altura (h) é medida entre o plano de trabalho e a linha de centro da estrutura de cobertura. Fonte: Lynes, J. A. Principles of Natural Lighting . London, Elsevier, 1968. Extraído de MASCARÓ (1985).

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27 ROTEIRO BÁSICO DE TRABALHO PARA ANÁLISE DE CONFORTO TÉRMICO DE UMA EDIFICAÇÃO 1. Selecionar uma edificação para estudo, levantar seu entorno, atual (estimando seu volume pela pro jeção dada pela planta topográfica de BH e pelo número de pavimentos – considerar uma altura média de 3m por pavimento). 2. De acordo com a legislação de uso do solo, indicar as alturas máximas das edificações possíveis para a região futura. 3. Fazer um levantamento dos dados climáticos (temperatura, umidade relativa, direção e velocidade de ventos, insolação, nebulosidade e precipitação). A série mínima para análise deve ser de 5 anos, sendo recomendável o uso de séries de 10 a 15 anos mais recentes de uma mesma Estação Meteorológica, que deve, ainda, ter condições semelhantes às do sítio estudado. Podem ser consultadas as Normais Climatológicas para a cidade em questão. 4. Escolhida a edificação a ser analisada, confeccionar a maquete em escala 1:100. 1:200 ou 1:250 (dependendo da escala da edificação), representando o entorno da edificação atual, inclusive o terreno. A maquete deve apresentar, ainda, o norte marcado. 5. Deverá ser marcado, para cada grupo, um horário com o monitor da disciplina a fim de que possa ser definida a escala a ser utilizada. O grupo deverá ter em mãos um mapa em escala 1:2000 do entorno da edificação para que seja definida a área a ser representada na maquete. 6. Nessa etapa do trabalho, serão feitos dois ensaios em duas etapas – insolação e ventilação na situação atual e na situação futura de saturação permitida pela Lei de Uso e Ocupação do Solo. 7. Para os ensaios, os alunos deverão ter em mãos a maquete com a edificação a ser analisada ressaltada em cor clara; um filme de 12 poses, preto e branco, 400 asas (mais grupos poderão usar um mesmo filme, por ex: 3 grupos com um filme de 36 poses), para ensiao com o fotógrafo da Escola, Sr. Archimedes. Pode-se também solicitar a câmera digital do CIAU – as fotos deverão ser feitas em preto e branco par ressaltar os efeitos de sombreamento. Marcar o ensaio com o Sr. Archimedes, fotógrafo da Escola no Laboratório de Fotodocumentação Sylvio de Vasconcellos. 8. Os horários dos ensaios serão previamente estabelecidos com a monitoria. 9. Descrição dos ensaios a. Ensaio de insolação i. Para este ensaio, será utilizado um relógio de sol sob céu real ou o heliodon a fim de simular a posição do sol na abóbada. Será verificada a insolação sobre a edificação em três horários para três dias do ano, sendo 9h, 12h e 15h para equinócio e solstícios de inverno e verão. ii. Cada horário será registrado com uma foto feita de cima, totalizando ao final do ensaio, 9 fotos. As fotos deverão ser tiradas sempre do mesmo ponto de observação, de preferência do topo da maquete. E deverão ser apresentadas em conjunto em uma página única para facilitar comparação de situações de insolação ente os diversos horários e épocas do ano. iii. Nesse ensaio, será observado o comportamento da edificação e de seu entorno no que diz respeito a áreas sombreadas ou atingidas pela insolação assim como os horários nos quais isso ocorre, além da análise das sombras e sua relação com a posição do sol. b. Ensaio de ventilação i. Para este ensaio, será utilizado o túnel de vento. Assim, podem-se identificar alguns efeitos causados pelo vento, decorrentes das diferenças de pressão (ver pág 12). ii. Serão feitas duas fotos, sendo uma com a maquete posicionada na direção dominante do vento e a outra com a segunda dominante (no caso de Belo Horizonte, leste e sudeste, respectivamente). 10. O trabalho deverá priorizar a análise dos ensaios utilizando, para isso, as fotos e anotações feitas durante o mesmo. a. A primeira parte constará da análise das fachadas quanto à insolação que recebem, levando em conta o uso do ambiente, assim como o período em que isso ocorre. O mesmo é válido para o sombreamento da edificação. b. Quanto à ventilação, devem ser analisados os efeitos ocorridos no entorno (que serão vistos no ensaio), assim como a incidência do vento nas fachadas da edificação em questão. 11. Conclusões gerais e possíveis propostas para melhorar as condições de conforto térmico para o edifício em analise e para o entorno. Versão 2011/2



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28 ROTEIRO BÁSICO DE TRABALHO PARA ANÁLISE DE CONFORTO LUMINOSO-VISUAL E DE VENTILAÇÃO NATURAL DE UM AMBIENTE INTERNO 1. Levantamento do entorno do ambiente interno em estudo: a.  As alturas dos edifícios existentes (considerar 3 m por pavimento) ou a estimativa da altura máxima permitida pela legislação local de uso e ocupação do solo, no caso de haver lotes vagos; b.  Cores e tipos de acabamento dos materiais do entorno visíveis a partir do ambiente em estudo; 2. Levantamento das coordenadas geográficas locais de latitude, para identificação do tipo de céu característico de cada estação do ano (ou pelo menos verão e inverno); 3. Levantamento das atividades desenvolvidas no ambiente em estudo e de seu lay-out de organização  Levantamento das exigências de iluminação natural existentes na legislação municipal local (área de aberturas, etc.), e nas normas técnicas brasileiras (em função do tipo de atividade desenvolvida) 4. Levantamento das cores e tipos de acabamento das superfícies internas e do mobiliário do ambiente em estudo. 5. Análise crítica das condições locais reais de acesso à luz natural em função dos tipos de céu e dos obstáculos do entorno.  Medição do ambiente real de 09 (nove) pontos de iluminação natural de acordo com o que estabelece a NBR 15215-4 - Iluminação natural - Parte 4 - Verificação experimental das condi- ções de iluminação interna de edificações - Método de medição (mesmo texto do projeto de norma 02:135.02-004 em http://www.labeee.ufsc.br/conforto/index.html)  Geração de curva isolux para análise da distribuição da luz natural no ambiente interno (usar Excel ou Surfer)  Avaliação das condições de iluminação natural em função dos níveis de iluminação e da distribuição de luz natural no ambiente (levando em conta o tipo de céu quando da medição in loco )  Cálculo do nível de iluminação natural em três pontos internos usando o método DCRL – pontos médios dos terços próximo à abertura, terço médio, e terço mais afastado da abertura. Avaliar a condição de iluminação no solstício de inverno, 9:00 ou 15:00 em função da condição mais desfavorável para a orientação do ambiente. Avaliar criticamente os níveis encontrados em função das medições realizadas, da percepção visual do ambiente e das necessidades estabelecidas pela NBR 5413. 6. Confecção da maquete a. Deverá ser confeccionada uma maquete em escala 1:20, 1:15 ou 1:10 (dependendo das dimensões do ambiente) do ambiente. A maquete deverá ser totalmente vedada externamente com fita isolante preta para evitar vazamentos de luz. As paredes, teto e piso devem ser construídos em material completamente opaco à entrada de luz, de forma a evitar distorções no ensaio. O tampo deve ser removível. b. Todas as aberturas devem ser representadas, sendo que as internas, como portas, deverão apresentar a possibilidade de serem fechadas. c. A maquete deverá apresentar, numa das superfícies cegas, uma abertura circular de 6 cm de diâmetro para permitir a entrada da lente da máquina fotográfica. Esta abertura também deve poder ser fechada. d. Para dar a escala humana à foto, a maquete deverá constar de uma foto de uma pessoa na face oposta à da abertura para a lente da câmera, além de conter o mobiliário, assim como reproduzir o mais realistamente possível as cores das superfícies internas. e. A maquete deverá possuir ainda o norte marcado na face superior esterna.

Descrição dos ensaios

9. Ensaio de iluminação a. Para este ensaio, é necessário que a maquete esteja completamente vedada, incluindo as portas e aberturas que não recebam iluminação do exterior. A única abertura existente deve ser a feita para a entrada da lente. b. O ensaio de iluminação é feito ao ar livre e depende da condição de céu o dia de ensaio, que deve ser explicitada na apresentação do trabalho. Deve-se buscar fazer o ensaio sob céu claro, sem nuvens ou céu encoberto uniforme, sem a presença de “buracos” em que seja possível ver o céu azul. Com a ajuda do relógio de sol, será feita a simulação da posição do sol às 9, 12 e 15 horas, Versão 2011/2



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nos equinócios e solstícios de verão e inverno. c. Estando a maquete posicionada no horário e dia especificado, é tirada a foto do interior da maquete. Serão utilizadas 9 poses para este primeiro ensaio. Cada uma destas posições deve ser fotografada em branco e preto, para melhor visualização dos contrastes. d. Com este ensaio, é possível simular a iluminação em um determinado ambiente ao longo do ano. Deve-se analisar criticamente o resultado obtido, levando em conta efeitos de insolação direta. Influência das reflexões de obstruções externas, distribuição da luz, quantidade de luz (luxímetro) 10 Ensaio de ventilação a. Este ensaio é feito com a mesma maquete do anterior, porém, ela deve ter seu teto removido, e coberto por um vidro tranparente. Todas as portas e janelas devem estar abertas e o orifício de 6 cm de diâmetro deve estar fechado. b. O equipamento utilizado nesse ensaio é o túnel de vento. Ao contrário do primeiro ensaio de ventilação, feito com fitinhas de papel, este utiliza bolinhas de isopor que simulam a movimentação de ar dentro do ambiente. c. Para esse ensaio, serão feitas duas fotos, uma para a primeira direção dominante do vento e outra para a segunda dominante. d. Outra opção para a realização deste ensaio é fazer maquete resistente à água para ensaio na mesa d’água.

Análise

a. Tendo em mãos, as fotos e anotações feitas durante o ensaio, deve-se fazer um estudo da geometria de insolação do ambiente e verificação se há incidência de sol direto sobre os planos de trabalho. Verificar se há possibilidade de ventilação cruzada e se esta percorre o ambiente homogeneamente. b. Análise crítica da qualidade da iluminação natural no ambiente, verificando as condições de clareza da informação visual, adequação da distribuição da luz no ambiente, ocorrência ou não de fortes contrastes, áreas sombrias ou de ofuscamento; análise da adequação do tipo de acabamento das superfícies, do mobiliário e da compatibilidade do lay-out de organização das atividades do ambiente com o sistema de iluminação natural utilizado. c. Análise dos fatores que influenciam a ventilação natural do ambiente: disposição das aberturas, dimensão das aberturas de entrada e saída, interferência de obstáculos externos.

Modificações

a. Propor alterações para corrigir os eventuais problemas encontrados na iluminação natural e na ventilação do ambiente b. Fazer os ensaios para verficar o acerto ou não das modificações propostas.

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29 BIBLIOGRAFIA ALUCCI, M. P. Conforto Térmico, Conforto Luminoso e Conservação de Energia Elétrica: procedimentos para o desenvolvimento e avaliação de projeto de edificações. [Tese de Doutorado], São Paulo, FAU/USP, 1992. ALUCCI, M. P.; CARNEIRO, C. M. & BARING, J. G. A . Implantação de Conjuntos Habitacionais: recomendações para adequação climática e acústica. São Paulo, IPT: Divisão de Edificações, 1986. AKUTSU, M. et alii. Desempenho Térmico de Edificações Habitacionais e Escolares: manual de procedimentos para avaliação. São Paulo, IPT: Divisão de Edificações, 1987. ASSIS, E. S. Mecanismos de Desenho Urbano apropriados à atenuação dos Efeitos da Ilha de Calor: análise de desempenho de áreas verdes urbanas em clima tropical. [Dissertação de Mestrado], Rio de Janeiro, FAU/UFRJ, 1990a. ASSIS, E. S. “Programa computacional para a avaliação da radiação solar incidente sobre planos de orientação e inclinação quaisquer”, Belo Horizonte, mimeo, 1990b.

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48

31 EXERCÍCIOS DO MÓDULO DE ILUMINAÇÃO NATURAL PARTE A: Questão 1:

Qual a diferença entre iluminância e luminância? Em quais unidades se medem estas grandezas?

Questão 2:

O que acontecerá com a iluminância emitida por uma superfície iluminada por uma fonte conhecida se, diminuindo o ângulo sólido, dividirmos por cinco a área desta superfície?

Questão 3:

Quais são as propriedades óticas dos materiais? Descreva-as.

Questão 4:

O que deve ser levado em conta na avaliação da qualidade do desempenho de tarefas visuais? Descreva os quatro itens principais.

Questão 5:

Conceitue os 3 atributos pelos quais se descrevem as cores.

Questão 6:

Defina:

1) Fluxo radiante:

2) Fluxo luminoso: Versão 2011/2



49

3) Eficiência luminosa:

4) Intensidade luminosa:

5) Iluminância:

6) Luminância:

Questão 7:

O que fazer para se aumentar as componente refletidas, interna e extena?

Questão 8:

Como o fenômeno da refração altera a incidência de luz de um ambiente? Há como utilizar este fenômeno em escala arquitetônica?

Questão 9:

Quais as características dos materiais que afetam a quantidade de luz disponível em um ponto interno a um ambiente?

PARTE B Questão 10: O que acontecerá com a iluminação de uma superfície que esteja iluminada por uma fonte distante de 6,5 m, se aproximarmos a fonte para 1,5 m?

Questão 11: Se uma fonte de intensidade conhecida for localizada perpendicularmente a um plano e outra fonte de mesma intensidade for localizada a 15  à mesma distância que a primeira, qual será o nível total de iluminação neste plano?

Questão 12: O que acontecerá com a iluminação de uma superfície que receba luz perpendicularmente de uma fonte distante de 4,5 m, se aproximamos a fonte para 2,8 m? Versão 2011/2



50

Questão 13: Qual será o nível de iluminação de uma superfície iluminada a 300lux por uma fonte de luz perpendicular a esta, se substituirmos esta fonte por duas fontes de mesma intensidade luminosa, mas localizadas a 30º da fonte original?

Questão 14: Assinale (V) Verdadeiro ou (F) Falso às seguintes definições e justifique: (........) a(........) b(........) c(........) d(........) e-

A Visão fotópica ocorre na fóvea do olho humano, pois é a região que tem maior concentração de cones. O campo visual central, que corresponde à visão foveal, tem por limite superior a sobrancelha e por limites inferiores a face e o nariz. As cores primárias possuem três atributos subjetivos: matiz, saturação ou pureza e cromatismo. A eficácia visual humana depende da agudeza visual, da sensibilidade de contraste, da capacidade visual ou tempo requerido para ver, da idade e das condições físicas da retina. O olho humano ajusta-se automaticamente às iluminâncias, mas leva mais tempo para se adaptar Quando passa de um local mais escuro para outro mais claro.

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PARTE C Questão 15: Determine o nível de iluminação no ponto P, na figura abaixo (CETEPS da Escola de Arquitetura, UFMG), verificando se este atende ou não às recomendações da norma para o dia 22 de junho às 15:00 h. Levar em consideração céu claro com um Ee = 9.000 lux Dados gerais oeste orientação da sala = 0.75 (coeficiente de reflexão do teto, cor marfim)  teto 0.50(coeficiente de reflexão da parede interna, cor laranja)  paredes Considerar vidro simples 3 mm  vidro kc 0.75 (coeficiente de obstrução devido ao caixilho) km 0.90 (coeficiente de manutenção) 250

0 0 1

ponto P

0 2

0 5 1

0 2 1

0 8

CORTE DA SALA 0 6 0 1

1 M

M

2 M

T P

750

PLANTA SALA CETEPS

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Questão 16: Determinar o nível de iluminação natural no ponto P, na figura a seguir, verificando se este atende ou não à recomendação da norma para o dia 22 de dezembro às 10:00 horas. Anexar desenhos e cálculos do processo de análise. Céu claro. Dados Gerais:  obstáculos externos: 0.40 (coeficiente de reflexão da parede do obstáculo)  teto: 0.75 (coeficiente de reflexão do teto)  paredes internas: 0.50 (coeficiente de reflexão da parede interna)  vidro: 0.70 (coeficiente de transmissividade do viro) k c: 0.75 (coeficiente de obstrução devido ao caixilho) k m: 0.90 (coeficiente de manutenção) Orientação da sala = LESTE Como melhorar este sistema?

PLANTA

CORTE

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Questão 17: Considere o ambiente acima e o seu entorno, que será utilizado para atividades de marcenaria. Decidiu-se que este ambiente receberá iluminação lateral através de uma única janela. Nestas condições, precisa-se saber: a) Qual a quantidade de luz obtida pelo sistema, considerando um céu parcialmente nublado, no dia 22 de junho às 9:00 horas? b) Considerando uma eficiência de 70% para céu encoberto, o nível de luz atende ao requerido pela atividade segundo a norma NBR 5413? c) Como se pode melhorar o desempenho de iluminação deste sistema? DADOS:  obstáculos externos:  teto:  paredes internas:  vidro:  vidro: k c: k m: Parede = 25cm

0.40 (coeficiente de reflexão da parede do obstáculo) 0.75 (coeficiente de reflexão do teto) 0.50 (coeficiente de reflexão da parede interna) 0.08 (coeficiente de reflexão do vidro) 0.70 (coeficiente de transmissividade do viro) 0.75 (coeficiente de obstrução devido ao caixilho) 0.90 (coeficiente de manutenção)

0 0 2

5 2 2

CORTE

PONTO

0 0 1

5 7

300

50

0 0 1

PONTO

0 5 1 3 3 º

N

0 9 2

0 0 5

0 0 2

400

PLANTA

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Questão 18: Considere o ambiente abaixo que será usado para fins de desenho. Decidiu-se que esse ambiente receberá iluminação zenital através de uma cobertura tipo shed. Nestas condições precisa-se saber: A) Qual a melhor orientação para as aberturas do shed (cidade de Belo Horizonte)? B) Qual a área de abertura necessária e sua distribuição na cobertura, de modo a atender os níveis de iluminância requeridos para o tipo de atividade prevista, segundo a norma NBR 5413? C) Haverá outro sistema zenital que ofereça melhor eficiência que o shed? DADOS: Cor do obstáculo: tijolo aparente  = 0.48  = 0.40 Cores internas paredes azuis Teto branco  = 0.70 Piso escuro  = 0.10 Considere m = 0.4725 e plano de trabalho a 80 cm de altura. Considere o céu claro no equinócio às 11:00h.

N 3

0 °

5 . 7

B e

0 1

5 . 1

d B 1 1

3

10 PLANTA

a

0 1

4

10

3

CORTE

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Questão 19: Considere o ambiente abaixo que será usado para fins de escritório. Decidiu-se que esse ambiente receberá iluminação zenital através de uma cobertura tipo shed. Nestas condições precisa-se saber: qual a área de abertura necessária e sua distribuição na cobertura, de modo a atender os níveis de iluminância requeridos para o tipo de atividade prevista , segundo a norma NBR 5413? DADOS: Dimensões do ambiente: 8,0 x 10,0 metros Cor do obstáculo: tijolo aparente  = 0.48 Cores internas paredes azuis  = 0.30  = 0.70 Teto branco Considere m = 0.4725 Considere o céu claro no soltício de verão às 11:00h.

º 7 2

1 9 º

2

1

CORTE

º 7 3

N

1 5 º

1 3 º

º 9 1

PLANTA

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32 ANEXOS 32.1 CARTAS SOLARES Latitude 0º

Latitude 4º

Latitude 8º

Latitude 12º

Latitude 16º

Latitude 20º

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Latitude 24º

Latitude 28º

Latitude 32º

Diagrama de radiação solar

Transferior auxiliar

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32.2 TABELA DE LATITUDES DE CIDADES BRASILEIRAS

CIDADES BELO HORIZONTE BELÉM SALVADOR SÃO PAULO RIO DE JANEIRO BRASÍLIA FLORIANÓPOLIS PORTO ALEGRE CURITIBA

LATITUDE 19º51’ 01º23’ 12º54’ 23º37’ 22º54’ 15º52’ 48º33’ 51º11’ 25º31’

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MÓDULO DE GEOMETRIA SOLAR

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1

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GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO E CARTA SOLAR

No projeto de uma edificação é importante considerar a posição relativa do sol através do ano, e o projetista deve ser capaz de visualizar o efeito de arranjos alternativos antes de tomar uma decisão (SZOKOLAY: 1980). Para se localizar a posição do sol na abóbada celeste é importante conhecer a sua altura e seu azimute. Altura solar é a distância angular acima do horizonte . A altura solar é o ângulo entre o centro do sol e o horizonte, do ponto de vista do observador. É obtido em função da hora do dia, da época do ano e da latitude e longitude geográfica do local considerado. A variação da altura solar é de 0  a 90, sendo que, quando o sol encontra-se no zênite, sua altura é igual a 90 . Azimute solar é o ângulo entre o norte geográfico e o círculo vertical que passa pelo centro do sol . O azimute solar é medido a partir do norte no sentido horário. Assim como a altura solar, o azimute solar também é função da hora do dia, época do ano e coordenadas geográficas do local considerado.

Fig. 13.1 – Os ângulos de azimute (s) e altura (s) do sol. O movimento aparente do sol pelo céu se deve à rotação da terra ao redor dele e sobre seu eixo, mas o aumento e o decréscimo do período de insolação, além da intensidade da radiação e iluminação solar em um ponto na superfície da Terra, é mais fácil de se obter se retomarmos a noção primitiva de uma Terra estática e plana e um sol circundante. A partir da projeção da hemisfera faz-se a construção das trajetórias solares, por meio de uma matriz data versus hora, na qual qualquer data do ano pode ser localizada. Se o ponto desejado é localizado, o ângulo azimutal pode ser lido através da determinação de uma linha radial que passe pelo ponto. As linhas curvas indicadas por dias e meses do ano representam as trajetórias solares nas datas mostradas. Linhas “radiais” a partir do Pólo Norte, indicam as horas (OLGYAY, 1963).

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O sistema de diagramas de trajetória solar mostra a abóbada celeste projetada em um plano do horizonte. No diagrama resultante (ver figura 14.1), a linha do horizonte aparece como um círculo e as trajetórias solares como curvas cuja curvatura depende do método de projeção adotado e da latitude local (OLGYAY, 1963).

Fig. 13.2 – Órbita da Terra em torno do Sol. Adaptado de BARDOU & ARZOUMANIAN (1984). A órbita aparente do sol em qualquer dia do ano pode ser então representada numa projeção da esfera unitária que representa a abóbada celeste (LYNES: 1968), como mostra a figura 13.3.

(A) (B) Fig. 13.3 – Projeção da abóbada celeste local (hemisfera) para a marcação da trajetória aparente do sol (A), originando, assim, a “carta solar” par a aquela latitude (B).

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2

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CARTA SOLAR (PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA) PARA LATITUDE DE 20O SUL (BELO HORIZONTE):

Representa a trajetória aparente do sol durante o ano sobre o plano do horizonte do observador, para a latitude considerada. Para outras latitudes, ver FROTA & SCHIFFER (1988 ou 1995).

Fig.14.1: Carta solar de Belo Horizonte Extraído de: FROTA & SCHIFFER (1988)

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3

63

DIAGRAMA DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA CONDIÇÕES DE NEBULOSIDADE MÉDIA = 5 DÉCIMOS

Estima as condições de radiação solar incidente sobre as superfícies horizontais, perpendiculares à direção da radiação incidente e sobres as superfícies verticais em condições de céu parcialmente encoberto. Deve ser usado sobreposto à carta solar e, no caso das superfícies verticais, convenientemente orientado.

Diagrama de radiação solar incidente para nebulosidade média de 5 décimos. Extraído de: KOENIGSBERGER et alt ( 1977 ).

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4

TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE:

Indica, segundo FROTA & SCHIFFER (1995), as projeções estereográficas sobre o plano do horizonte, para um observador situado em uma superfície vertical, dos planos definidos pelos ângulos (determinação das retas horizontais paralelas ao plano de horizonte do observador), das retas verticais perpendiculares ao plano de horizonte do observador) e

(determinação

(determinação das retas

horizontais perpendiculares à superfície vertical).

Figura 16.1- Transferidor auxiliar

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5

CONSTRUÇÃO DAS MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO DA ABÓBADA CELESTE

Placas/barras horizontais infinitas: infinitas: imagine uma série de barras paralelas horizontais, acima da linha de horizonte, como visto do ponto de referência no solo (fig. 17.1 – a). Se estas barras forem projetadas como linhas na abóbad a celeste, elas formariam um modelo de uma “meia laranja”, com as linhas convergindo para os pontos no horizonte, já que as barras são supostas infinitas. Este modelo se projetaria no plano horizontal como uma série de linhas curvas convergentes (fig. 17.1 – b).

Fig. 17.1 – Projeção das retas horizontais sobre o plano horizontal. Extraído de MOORE: 1991. Placas/barras verticais infinitas: infinitas: imagine agora uma série de barras verticais arranjadas num círculo. Projetando estas barras como linhas sobre a abóbada celeste, a partir do ponto de vista do observador, teríamos um padrão de retas convergentes sobre o plano horizontal para o centro, como mostra a fig. 17.2.

Fig. 17.2 – Projeção das retas verticais sobre o plano horizontal. Extraído de MOORE: 1991. Placas finitas: finitas: as projeções anteriores ocorreriam se as barras ou placas fossem infinitas , mas, para as aplicações em construção civil, é necessário trabalhar com a concepção realista de que estas barras ou placas são finitas . Observe o caso das figs. 17.3 e 17.4, onde uma placa horizontal ou vertical Versão 2011/2 2011/2



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estende-se em certo comprimento (finito) de cada lado da janela. Então, a máscara de obstrução deve ser modificada para mostrar a porção da abóbada celeste “visível” sobre cada lado finito da placa. Cada final da placa define, portanto, um novo ângulo, chamado ângulo ( ), a partir do plano horizontal, só que desta vez não ortogonal ao plano onde está a janela, como ( ), mas paralelo a ele e que indica que a placa horizontal tem um comprimento finito, em vez de uma extensão infinita no horizonte.

A

B

Fig. 17.2 – A obstrução da abóbada celeste da placa horizontal (A) sobre a janela representada sobre o transferidor auxiliar de ângulos (B). Extraído de MOORE (1991)

Fig. 17.3 - A obstrução da abóbada celeste da placa vertical finita sobre a janela representada sobre o transferidor auxiliar de ângulos. Extraído de MOORE (1991).

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6

DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA LATITUDE 20O (BH) - CÉU CLARO (N  2,0)

1100 N

1000 ) 2

900

NW

800

W

m / W (

700 r a l

600 S

500

o

SW S

o ã

SE

ç

400 i

300

E

200

NE

a d a R

100

H

0 0 5: 0 0

0 7: 0 0

0 9 :0 0

1 1 :0 0

1 3: 0 0

1 5 :0 0

1 7 :0 0

1 9 : 00

Hora (TSV)

Fig.18.3. Junho (dia médio do mês = 11)

1100 N

1000 ) 2

900

NW

(

W

/

800

W

m

700 a

r l

600 S

500

SW

o

S

ã

o

SE

400

R

a

d

i

a

ç

300

E

200

NE

100

H

0 5:00

7:00

9:00

11:00

13:00

15:00

17:00

19:00

Hora (TSV)

Fig.18.4. Setembro (dia médio do mês = 15) Dados gerados pelo software RADIN, segundo ASSIS (1990b), baseado principalmente em DUFFIE & BECKMAN (1980).

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7

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RELÓGIO DE SOL PARA OS ENSAIOS SOB CÉU REAL

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1

O PROJETO DE ILUMINAÇÃO

O termo “luz” refere-se a energia radiante capaz de excitar a retina humana e criar sensação visual causada por uma banda relativamente estreita de comprimento de ondas (menor que um oitavo) de radiação de energia eletromagnética, de cerca de 380 a 780 nm (nanômetro = 10-9m). Livremente, o termo é também aplicado a radiação de energia em si mesmo. Esta radiação de energia apresenta dupla característica: consiste em partículas de energia, fótons, mas também tem propriedades de movimento de onda. Visualmente há variações individuais na visualização dentro destes limites (SZOKOLAY, 1980; IES, 1993). “Uma boa iluminação resulta do acertado agenciamento da luz, feito de maneira a proporcionar uma aparência correta do objeto exposto ao nosso olhar, permitindo-nos reconhecê-lo ou identificá-lo. Uma iluminação deficiente, ao contrário, é aquela que falseia as formas, os contornos e as cores do objeto que vemos, desfigurando-o ou tornando difícil identificá-lo”. “As aberturas por onde a luz diurna penetra nos recintos, os focos de luz artificial que completam ou substituem a iluminação natural, e as superfícies capazes de modificar a distribuição ou a intensidade dos feixes luminosos, todos estes elementos desempenham uma função que não pode ser subestimada no projeto e na execução dos edifícios, qualquer que seja a natureza destes” (VIGNEAU, apud PRADO, 1961; PRADO, 1961).

1.1

Características do projeto de iluminação artificial

A quantidade de luz necessária para que um indivíduo desempenhe bem uma tarefa depende de um número de fatores que incluem: contraste, cor, refletância do alvo, tamanho do objeto, ângulo de visão, distribuição de luz no ambiente, idade do indivíduo, fatores psicológicos, espectro de cor da fonte de luz, importância da velocidade e precisão da visualização, localização das luminárias, nível de adaptação do olho e polarização da luz.

1.1.1

Tipos de Abordagem:

1. Iluminação geral - estratégia usada para fornecer um nível de iluminação razoavelmente uniforme em todo o ambiente. Ideais para ambiente que podem sofrer mudanças. 2. Iluminação de tarefa - o sistema de iluminação geral é suplementado por iluminação nos postos de trabalho com luminárias locais.

1.2

Aspectos fisiológicos da iluminação

De acordo com a ELEY Associates (1993), uma iluminação inadequada pode causar problemas como estresse físico e psicológico, fadiga e redução de produtividade. A seguir cita-se alguns dos problemas que podem estar relacionados a aspectos de iluminação: 

VDTs (terminais de vídeo) - podem afetar a visão. Deve-se manter uma distância adequada do VDT. Também deve-se verificar a iluminação no ambiente de forma a evitar reflexões e ofuscamento indesejável.



Luzes em Ângulos Altos - devem ser evitadas porque causam reflexões indesejáveis em VDTs.



Iluminação indireta e de forro - recomenda-se que o contraste de luminância (intensidade luminosa em dada direção por unidade de área) do teto seja menor que 10:1, idealmente não excedendo 4:1 e menor que 850 cd/m2 em qualquer ângulo.



Níveis de iluminância - recomenda-se que os níveis de iluminação nos postos de trabalho de VDTs seja de 200-500 lux, máximo (dados dos EUA). Versão 2011/2



71




Radiação - a iluminação é um tipo de radiação de campo eletromagnético (EMF), que pode ser prejudicial à saúde, mas a distância e a quantidade emitida, fazem com que a quantidade de radiação recebida pelo ser humano pelo sistema de iluminação seja desprezível.



Fotobiologia - não ha dúvidas de que a luz natural afeta a vida humana. Abaixo citam-se os aspectos que acredita-se relacionarem a luz e a saúde: 

Espectro total de luz - para pessoas normais expostas a uma quantidade normal de luz natural diariamente a importância da relação luz natural / luz artificial é mínima.



Luz, câncer e AIDS - não há indícios de ligação evidentes entre estes fatores atualmente.



Desordem emocional sazonal - depressão causada pela diminuição da luz natural nos meses de inverno.



Flicker (tremular da lâmpada)- pode causar dores de cabeça e tontura.



Deposição de resíduos tóxicos e perigosos - geralmente a iluminação elétrica é limpa e segura. A única precaução que se deve tomar é com o despejo de lâmpadas HID e reatores antigo que contêm PCBs (Bifenil policlorinados), o despejo destes últimos sendo regulado em lei.



As plantas podem receber esta luz por meio artificial.

2

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM EDIFICAÇÕES

Parte importante da vida de todos nós, o ambiente construído é o meio onde se desenvolvem as atividades produtivas, de lazer e de viver do homem. A arquitetura tem papel fundamental ao longo da vida do ser humano e da vida útil de um edifício ou de um espaço urbano. O planejamento arquitetônico irá determinar a forma como a edificação interage com o meio ambiente e torná-la mais ou menos adaptada às necessidades do ser humano de habitar, trabalhar e descansar. Este planejamento interfere também na maior ou menor demanda energética da edificação para desempenhar esses papéis. Essas interações dependem das considerações feitas pelo arquiteto e do cuidado que este tiver ao analisar as condições ambientais, locais, físicas, geográficas e comportamentais para o projeto. Nos Estados Unidos, estudos indicam que a iluminação representa mais da 1/2 da eletricidade gasta em prédios comerciais, onde um prédio comercial típico usa 36 kWh/m 2.ano para iluminação e mais 6 kWh/m2.ano para retirar o calor gerado pela iluminação. Um melhor aproveitamento da luz natural pode reduzir sensivelmente o dimensionamento e sobrecarga do sistema de iluminação durante o período do dia, podendo ainda reduzir o dimensionamento dos sistemas de refrigeração artificial para os meses quentes e a demanda nos horários de pico, no caso do verão em que no fim do dia ainda há luz natural disponível (ELEY ASSOCIATES, 1993. ROBBINS, 1986).

2.1

Eficiência energética em iluminação

O uso da luz natural pode trazer uma relevante contribuição para a diminuição do consumo de energia elétrica em edificações industriais, comerciais, institucionais e residenciais. Mas a luz natural nem sempre está disponível durante todo o período de trabalho ou para utilização no desenvolvimento de tarefas visuais, seja por apresentar condições de céu com luminosidade insuficiente para promover uma boa iluminação interna dos ambientes - dias nublados, chuvosos, atmosfera com alta concentração de poluentes que turvam a abóbada celeste - seja por estar presente em apenas parte do dia, não cobrindo os períodos noturnos e, em alguns casos, os primeiros horários da manhã e do fim de tarde. Existem ainda tarefas que exigem níveis de iluminação especiais e uniformes para seu desenvolvimento, por vezes não proporcionados apenas pela utilização de luz natural, exigindo o uso de iluminação com Versão 2011/2



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plementar. Há então que se lançar mão de sistemas de iluminação artificial, mas deve-se conceber estes sistemas de forma integrada e adequada à utilização da luz natural, de forma a complementar os níveis de iluminação existentes (HOPKINSON, 1975).

2.2

Integração com iluminação natural

De acordo com a ELEY ASSOCIATES (1993) em um sistema de iluminação corretamente projetado, que incorpore conservação de energia como critério de projeto, a luz elétrica seria desligada ou diminuída sempre que uma quantidade suficiente de luz natural estiver presente para fornecer iluminação suficiente para a execução da tarefa ou para fornecer a necessária iluminação de fundo. Uma outra visão, mais sustentável, pode ainda nos ser dada: o projeto da edificação deve ser feito tendo a luz natural como fonte principal de iluminação diurna. Neste tipo de projeto só se lançará mão de sistemas de iluminação artificial quando houver a necessidade de uso de iluminação complementar (HOPKINSON et al, 1975). Pode parecer que estas visões sejam iguais, mas a sutil diferença de abordagem pode implicar em diferenças substanciais no projeto dos sistemas de iluminação e quiçá de toda a edificação. De qualquer forma, devem-se conceber ambos sistemas – natural e artificial - de forma integrada e adequada. Muneer (1995, A) coloca ainda que os benefícios para a sociedade do uso da iluminação natural como um meio de evitar o consumo de energia elétrica, vão além do benefício monetário direto. De acordo com o autor os benefícios para a sociedade são a soma de benefícios monetários para o consumidor como um todo: benefícios nacionais pela redução de uso de combustíveis fósseis para a produção de energia elétrica (na Inglaterra este uso é muito mais intenso que no Brasil); benefícios para os produtores de sistemas de controle de iluminação; benefícios psicológicos ao usuário e benefícios conseqüentes para o empregador que ganha com o aumento de produtividade e por fim, benefícios ambientais

3

EFICÁCIA LUMINOSA

A iluminação natural é ainda uma das mais eficientes formas de iluminação, apesar da evolução havida na eficiência energética das fontes de luz artificiais. A figura abaixo mostra o aumento da eficácia luminosa de vários tipos de lâmpadas existentes no mercado. Há lâmpadas que chegam a 180 lm/W enquanto a iluminação natural pode chegar a 120 ou 130 lm/W. Estas lâmpadas de alta eficiência, no entanto, apresentam baixo índice de reprodução de cor, e, portanto, não podem ser utilizadas para todo tipo de tarefa visual.

Figura – Evolução da eficácia luminosa das fontes de luz artificiais de 1880 a 2000. Fonte: http://europa.eu.int/comm/energy_transp ort/atlas/htmlu/lightdintro2.html

Hoje, nas lâmpadas incandescentes apenas cerca de 10% a 15% da entrada de energia é emitida na forma de luz; o resto se constitui em energia térmica concentrada no infravermelho. Nas lâmpadas fluorescentes, aproximadamente de 55 a 75% da energia é emitida como luz. E da luz solar aproximadamente 50% da energia emitida é luminosa. No caso da luz natural, 55% da energia térmica está dentro Versão 2011/2



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do espectro visível. Em termos de produção de luz, a eficiência luminosa da luz solar direta é de 110 120 lm/W e da luz proveniente da abóbada celeste é de 120 - 130 lm/W, enquanto as lâmpadas fluorescentes comuns fornecem de 60 - 70 lm/W e as incandescentes de 10 - 50 lm/W. Já as lâmpadas fluorescentes energeticamente eficientes chegam a 100 lm/W e as lâmpadas de alta pressão de sódio podem chegar a 180 lm/W - sua aplicação no entanto é feita quase exclusivamente para a iluminação de ruas devido a deficiências na sua reprodução de cor (MEINEL E MEINEL, 1977; ROBBINS, 1986; PEREIRA, 1994). As figuras a seguir mostram a eficácia luminosa média de diversos tipos de lâmpada.

Figura – Tipos de lâmpadas e suas eficácias luminosas correspondentes. Nota-se a baixa eficácia das lâmpadas incandescentes, ainda bastante usadas, em grande parte por sua iluminação agradável na faixa de 2.000 oK de temperatura de cor. Fonte: http://www.osram.com.br/download/manual/MANUAL.PDF, 2005.

Eficiência Luminosa das Fontes de Luz Artificial Incandescente Tungstênio Halógena Luz Mi sta t n

Vapor de Mercúrio Fluorescente Compacta Fluorescente Compacta (5-26W) (27-40W) o F e d o

Fluorescente Normal pi T

Vapor Metálico Vapor Metálico Compacta Vapor Sódio Alta Pressão Vapor de Sódio Branco

0

10

20

30

40

50

60

70

Fonte: IES Lighti ng Handbook (1982); Manual OSRAM (1971)

80

90

100

110

120

Lm/W (lâmpada + reator)

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4

74

LÂMPADAS

Há basicamente três tipos de lâmpadas: incandescentes, de descarga e leds. As lâmpadas incandescentes emitem luz por aquecimento do filamento, em geral de tungstênio. Possuem menos eficiência que as lâmpadas de descarga, mas possuem melhor índice de reprodução de cores, imitando a luz solar. A luz em uma lâmpada de descarga- como nas fluorescentes, de mercúrio, de sódio e de multivapores metálicos - é produzida pela passagem da corrente elétrica em um gás ou vapor ionizado, imitando a descarga elétrica produzida por um relâmpago. O terceiro tipo abrange os leds, diodos emissores de luz que funcionam por luminescência, imitando os vagalumes.

4.1 4.1.1

Características das lâmpadas Potência Nominal

Condiciona o fluxo luminoso e o dimensionamento da instalação do ponto de vista elétrico. Em geral quanto maior a potência da lâmpada, maior a sua eficiência energética.

4.1.2

Vida Útil

A maioria das lâmpadas apresenta decaimento do fluxo luminoso durante o funcionamento e uma duração média. Sua vida útil representa o período no qual a lâmpada é considerada econômica

4.1.3

Eficiência Luminosa

Relação entre a potência da lâmpada e o fluxo luminoso por ela fornecido. Lâmpadas de altíssima eficiência geralmente possuem baixo IRC.

Na figura ao lado vê-se o selo PROCEL de consumo de energia para lâmpadas. Fonte: www.eletrobras.gov.br

4.1.4

IRC – Índice de Reprodução de Cores

Mede o grau de mudança que a cor de um objeto passa quando iluminado por uma luz, comparado com a aparência destes objetos quando iluminados por uma luz de referência de mesma temperatura de cor (ELEY, 41993). Varia de zero a 100, e, quanto maior esse índice, maior será a fidelidade das cores. As fluorescentes compactas têm IRC de 85, o que é considerado bom; no entanto, com a evolução tecnológica já é possível encontrar fluorescentes de última geração com diferentes aparências de cor e IRC de 90 (considerado ótimo). Incandescentes dicróicas, PAR, halógenas bipino duplo contato e as incandescentes comuns têm IRC de 100, considerado excelente. Versão 2011/2



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4.1.5

Temperatura de Cor Correlata ( oK)

Este parâmetro condiciona a tonalidade da luz ou a “aparência da cor” - cores quentes possuem tonalidades avermelhadas e cores frias possuem tonalidades azuladas.

A temperatura de cor está ligada à qualidade da energia irradiante e da propriedade da sua fonte geradora. Mede a cromacidade ou cor da fonte luz e se refere à temperatura de um radiador de corpo negro que produziria a mesma cor de luz que a da fonte de luz medida. Fonte:

A luz “quente” de aparência amarelada, tem baixa temperatura de cor (não superior a 3.000 oK). a luz “fria” de aparência azul violeta, tem temperatura de cor maior que 6.000 oK. A luz branca emitida pelo sol sob céu claro ao meio-dia tem temperatura de cor próxima a 6.000 oK.

Exemplos: 

Luz de um dia nublado 6.000/7000 ºK



Luz de um dia com o céu limpo 5.500 º K



Luz incandescente de halógeneo 3200 ºK



Luz incandescente doméstica 2000 ºK

4.1.6

Combinando diferentes TCC e IRC

De acordo com a ELEY Associates (1993), existem 3 métodos para se combinar fontes de luz: 1. combinar a temperatura de cor de todas as fontes elétricas que devem ter aproximadamente o mesmo CCT, na faixa de 3.000 K, ou deve haver uma progressão natural do ambiente de temperatura de cor mais baixas para mais altas cores nos postos de trabalho. As diferenças não devem exceder a 1.000 K. 2. Combinar os CRI das fontes. Se a definição de cores e as propriedades de temperatura de cor forem razoavelmente semelhantes, a coloração das superfícies e objetos parecerão similares se vistas sob diferentes fontes de luz. 3. Conciliar pequenas diferenças entre fontes de luz adjacentes, usando-se luminárias de alta qualidade, bem acabadas e evitar cuidadosamente que fontes de luz diferentes iluminem partes de uma mesma superfície. Muitas tecnologias de iluminação oferecem boa definição de cores. A grande variedade de temperatura de cor e índices de definição, tornam possível se projetar espaços interiores que passam facilmente de uma fonte de luz para outra. A escolha de temperatura de cor influencia o humor do espaço; a coloração da luz branca, combinada com o acabamento do interior pode afetar a percepção do conforto térmico. Lâmpadas quentes e cores terrosas podem fazer a temperatura do ar parecer 1 oC mais quente do que o mesmo ambiente com lâmpadas e cores frias. Versão 2011/2



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Os ambientes comerciais mais comuns são frios (4.100 K) pelo uso direto de lâmpadas fluorescentes frias e lâmpadas de descarga alta intensidade (HID) de cor fria. Ambientes frios são recomendados para postos de trabalho ativo com níveis de iluminação acima de 1.000 lux (ex.: laboratórios). Temperaturas de cores quentes criam ambiente luminosos mais desejáveis para residências, saguões e outros ambientes hospitaleiros (lâmpadas incandescentes de 3.000 K ou menos). Temperaturas de cor intermediárias (3.500 K) fornecem ambientes quentes e acolhedores e de boa qualidade. Ambientes ideais para escritórios, escolas, lojas, etc.

4.1.7

Fluxo Luminoso das lâmpadas, (lm) O Fluxo luminoso é a radiação total da fonte luminosa entre os limites de comprimento de onda da radiação visível (380 a 780 nm). É a quantidade de luz emitida por uma fonte, medida em lúmens, na tensão nominal de funcionamento.

Figura - Fluxo luminoso (Fonte: Manual OSRAM)

4.1.7.1

Fluxo Luminoso Inicial das lâmpadas mais comuns:

Tipo de lâmpada INCANDESCENTES

PN (W) FL (lm) Tipo de lâmpada PN (W) Fluorescente partida rápida/ ele- 16 trônica (bulbo T-8) Comum e Comercial/ Industrial 40 455 32 (clara) 60 780 Fluorescente partida rápida/ ele- 28 trônica (bulbo T-5) 75 1035 100 1470 Fluorescente compacta 11 150 2430 15 200 3325 16 300 5205 20 Refletora comum (acetinado) 60 595 26 100 1135 Fluorescente circular 55 Halógena de base bilateral (pali- 100 1600 Vapor de mercúrio 80 to) 200 3600 125 300 5400 250 500 10500 400 Halógena (bipino, baixa tensão) 20 320 Mista 160 50 930 250 Halógena (bipino, tensão rede) 25 230 500 60 790 Sódio a alta pressão 50 VAPOR 150 Fluorescente convencional (bul- 15 800 250 bo T-8/T-12) 30 2000 Multivapor metálico 73 Fluorescente convencional 20 1060 150 (bulbo T-12) 40 2700 250

FL (lm) 1020 2500 2700 570 800 850 1200 1800 830 3500 6000 12500 22000 3000 5500 12500 3400 15000 27500 520 11400 19000

PN - Potência nominal da lâmpada (W); FL - Fluxo luminoso inicial (lm) Versão 2011/2



4.1.8

77

Intensidade Luminosa, I (cd/m 2) Se a fonte luminosa irradiasse luz uniformemente em todas as direções, o Fluxo Luminoso se distribuiria na forma de uma esfera. Como tal não acontece na realidade, é necessário medir-se o valor dos lumens emitidos em cada direção. Esta direção é representada por vetores, cujo comprimento indica a intensidade luminosa. Intensidade Luminosa é portanto o fluxo luminoso numa dada direção.

Figura- Intensidade luminosa (Fonte: Manual OSRAM)

4.1.9

Curva de Distribuição Luminosa (CDL)

Se num plano transversal à lâmpada, todos os vetores que dela se originam tiverem suas extremidades ligadas por um traço, obtém-se a Curva de Distribuição Luminosa (CDL). A CDL é a representação da intensidade Luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano. Para a uniformização dos valores das curvas, estas são referidas a 1000 lm. Neste caso é necessário multiplicar-se o valor encontrado na CDL pelo Fluxo Luminoso da lâmpada em questão e dividir o resultado por 1000. Figura: Curva de Distribuição de Intensidades Luminosas no plano transversal e longitudinal de uma lâmpada fluorescente isolada (A) ou associada a um refletor (B) (Fonte: Catálogo OSRAM, 2004 – Internet)

4.1.10 Vida Útil A vida útil de uma lâmpada é dada em horas e é definida pela média aritmética do tempo de duração da lâmpada. Abaixo gráfico com vida útil (em horas) de algumas lâmpadas (Fonte: LUMICENTER, 2004).

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4.2

78

Descrição dos tipos básicos de lâmpadas

4.2.1

Incandescente Primeira lâmpada comercialmente viável, ela funciona quando a corrente elétrica passa pelo filamento de tungstênio e o aquece, deixando-o em brasa. Emite mais calor do que luz - na prática, apenas 6% do que consome de energia é transformado em luz visível, e o restante é transformado em calor. Sua durabilidade é de, no máximo, mil horas pelo fato de o filamento ir se tornando mais fino devido ao aquecimento, causando a depreciação do fluxo luminoso até o momento em que o filamento se rompe e a lâmpada queima.

4.2.2

Halógena

Halógena

Seu funcionamento segue o mesmo princípio da lâmpada incandescente, da qual é considerada uma versão evoluída. A diferença está no fato de que o gás halogênio no interior do bulbo devolve ao filamento as partículas de tungstênio que se despreendem com o calor. Com isso, ela ganha estabilidade de fluxo luminoso e um aumento de durabilidade que pode chegar a 5 mil horas (em geral 2 a 4 mil horas). Seu IRC é 100. Halógena com refletor dicróico

As lâmpadas halógenas possuem luz branca e brilhante, que possibilita realçar as cores e os objetos com eficiência energética maior do que a das lâmpadas incandescentes comuns. Por serem compactas, as lâmpadas halógenas são utilizadas nas mais diversas luminárias, desde pequenos spots até wallwa- shers , oferecendo liberdade para a criação de diversos ambientes (www.osram.com.br, 2006)

4.2.2.1

Operação

São lâmpadas incandescentes mais eficientes pela adição de gás halógeno, iodo ou brometo, que suprime a evaporação do filamento de tungstênio por um processo químico regenerativo. Possuem fechamento de vidro especial, geralmente de quartzo, que suporta as altas temperaturas do bulbo. O manejo destas lâmpadas deve ser cuidadoso, uma vez que o quartzo é altamente sensível a óleos e sujeiras da mão (ELEY ASSOCIATES, 1993) Limitações: alguns soquetes e bases são incomuns e devido ao tamanho compacto e altas temperaturas, são susceptíveis a queimar a menos que sejam de boa qualidade.

4.2.2.2

Tipos de Lâmpadas



De tungstênio-halógenas de Baixa Voltagem : lâmpadas para projetores e refletores.



Dicróicas (MR): possuem facetas refletoras de vidro cobertas com um filme dicróico. disponíveis em várias wattagens e jatos de luz. As versões para arquitetura são de 20-75 W, 12 Volts e se constituem em lâmpadas de pequeno ângulo de iluminação e alta difusão de raios, que são determinados pela orientação e tamanho das facetas na face refletora da lâmpada.



Tipo AR de Baixa Voltagem : alguns projetistas preferirem usar as AR em vez das MR por sua melhor consistência de característica de cor (quase só existem na Europa).



PAR-36 : proporcionam ótimo controle da difusão de luz. Versão 2011/2



4.2.3

79

Endura

Fluorescente diferenciada que tem uma bobina eletromagnética no lugar do filamento para fazer a indução do mercúrio. A ausência do filamento assegura vida útil de aproximadamente 60 mil horas. É indicada para locais de difícil manutenção, como espaços de pé-direito muito alto.

4.2.4

Vapor de mercúrio de alta pressão Já foi muito usada na iluminação pública e vem sendo substituída pelas lâmpadas de sódio. Seu princípio de funcionamento é exatamente igual ao das fluorescentes.

4.2.5

Sódio

Atualmente usada na iluminação pública, a lâmpada de sódio oferece luz amarela e monocromática que distorce as cores - seu IRC é de no máximo 30, afirma Silva. Em contrapartida, oferece grande fluxo luminoso com baixo consumo. Seu funcionamento é parecido com o das fluorescentes, exceto pela presença do sódio no lugar do mercúrio. A partida requer reator específico e ignitor (espécie de starter que eleva a tensão na hora da partida para 4 500l volts).

4.2.6

Multivapores metálicos

Tipo de lâmpada também conhecida como metálica, contém iodetos metálicos. Seu funcionamento é similar ao da lâmpada de sódio - requer reator e ignitor para elevar a tensão de partida. Tem grande iluminância, IRC de 90 e é indicada para locais onde é necessário haver iluminação profissional, como quadras de tênis, grandes eventos, jogos de futebol etc. Estas lâmpadas podem substituir as lâmpadas incandescentes, tendo ainda outras aplicações. Requerem reatores, são compactas e potentes. Na hora de substituir uma lâmpada metálica por uma de outra marca, deve-se trocar também o reator e o ignitor, pois eles são incompatíveis.

4.2.6.1

Partida

As lâmpadas de vapor de metal usam um eletrodo de partida embutido para iniciar o arco da corrente. As menores são ligadas por um pulso de alta voltagem nos eletrodos de operação gerado por um circuito de partida com um reator. Existem poucos reatores para lâmpadas HID. Sua vantagem é um gerenciamento mais preciso da wattagem no tubo da lâmpada, proporcionando maior vida e cores mais consistentes, mas não aumenta a eficiência, com raras exceções. Não é possível se obter imediatamente o brilho total da lâmpada HID. Estas lâmpadas empregam uma mistura de gases e metais no tubo-arco e à medida que a potência é aplicada e a tensão e a pressão aumentam, os vapores de metal entram no tubo e brilham. A partida leva alguns segundos e o aquecimento de 2 a 10 minutos. Em geral a lâmpada deve esfriar de 1 a 15 minutos para ser ligada novamente. Podem ser usadas para dimming, mas requerem reatores especiais para tal. Sua vida útil varia consideravelmente em relação ao tipo, orientação, aquecimento, tamanho e configuração (de 3.000 a 24.000 ou mais). No fim da vida mudam a tonalidade de cor.

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4.2.6.2

80

Eficiência energética

É uma das mais eficientes. As de sódio brancas possuem a menor eficiência com 40 a 50 lumens/watt, as de vapor de metal com 55 a 110 lumen/watt e as de sódio de alta pressão com 65 a 125 lumen/watt para lâmpada de 1.000 W.

4.2.7

Fluorescentes

A lâmpada fluorescente é um tubo de vidro com a superfície interna coberta por fósforo e preenchido com gás argônio e criptônio. Uma pequena quantidade de mercúrio é vaporizada durante a operação da lâmpada. Os eletrodos (cátodos) são colocados em cada extremidade do tubo e quando uma alta voltagem é aplicada neles, se inicia uma descarga que gera um arco de corrente elétrica e a corrente resultante ioniza o vapor de mercúrio no tubo que emite radiação ultravioleta, que atinge e excita a cobertura de fósforo fazendo com que ela brilhe e produza luz visível, quando os raios UV atravessam essa pintura. O tipo de fósforo é que determinado a tem de cor. Com a evolução das lâmpadas, a pintura é feita hoje com o trifósforo nas três cores básicas (vermelho, verde e azul), o que resulta em maior fidelidade de reprodução de cores. As lâmpadas fluorescentes requerem um reator para regular a corrente que atravessa a lâmpada. Existem 3 tipos de lâmpadas fluorescentes: de pré-aquecimento (não muito comuns); de partida rápida; e de partida instantânea. A longevidade das lâmpadas fluorescentes é afetada pelo número de vezes que a lâmpada é acesa e apagada. Com a tecnologia dos Reatores Eletrônicos, RE, a vida útil pode ser preservada mesmo se a lâmpada for acesa em intervalos menores que 3 horas (este intervalo é o estabelecido para testes de vida útil de lâmpadas).

4.2.7.1 

Novos Produtos (ELEY ASSOCIATES, 1993)

T8 - 265 mA, mesma ba, e das T12, mas são eletricamente diferentes e precisam de reatores especiais; temperaturas de cor de 3.000, 3.500 e 4.100 K e boa definição de cor; de 16 a 40 W; e vida de 20.000 horas para 60 Hz. Há pequena diferença entre o preço do sistema lâmpada-reator T12 para o sistema lâmpada-reator T8. Operando em partida instantânea, tem a vida diminuída em 25%, com aumento de eficiência de 10%. Podem usar dimerização (dimming). Aplicação: Em reformas, quando se tem que mudar o reator, as T8 se tornam mais viáveis economicamente. Em novas construções, fornecem de 8a 9% mais luz com o uso de 4 a 9% menos watts. Ótimas para escritórios, lojas, iluminação de tarefa comercial e industrial, podendo ser usadas também como luzes de superfície e decorativas.



T5 de duplo tubo - de 250 a 550 mA, para luminárias menores e mais compactas, com 26 a 56 cm, temperaturas de cor de 3.000, 3.500 e 4.100 K em versões de 18 a 55 W, alta saída de lumen, A lâmpada de 55W possui saída de 4.800 lumens ( o que acarretará cuidados especiais no projeto de luminárias, para se evitar ofuscamento) e vida de 20.000 horas com o uso de RE, podendo fornecer maior nível de iluminação do que qualquer outro tipo de lâmpada. - Aplicação: limitada a novas construções porque requerem reatores e soquetes especiais; ideais para locais que requerem altos níveis de iluminação. Bom desempenho em lustres, pendentes, arandelas e sistemas indiretos.

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4.2.8

81

Lâmpadas Fluorescentes Compactas Inventadas no final dos anos 70 e introduzidas no mercado no início dos 80. Atualmente a produção em larga escala tem aumento as possibilidades de aplicação para esta tecnologia.

Estas lâmpadas são mais versáteis, possuem excelente definição de cores e temperaturas de cor de 2.700 a 5.000 K; disponíveis em diversos tamanhos, formas e wattagens. São de alta eficiência energética, ideais para substituir lâmpadas incandescentes na maioria dos casos, usando de 1/3 a 1/4 da energia com duração 10 vezes maior. Ex.: uma lâmpada de 13 W (17 W com o reator) com vida de 10.000 horas pode ter seu nível de iluminação comparado ao de uma lâmpada de 60W de vida de 1.000 horas. O ótimo desempenho destas lâmpadas se deve ao uso de fósforos rare earth (RE) para melhorar a definição de cor e para o bom funcionamento das compactas pela alta densidade de potência no pequeno diâmetro do tubo. Para que a lâmpada tenha o melhor desempenho possível deve se cuidar para que não trabalhe a temperaturas superiores a 50 oC, o que pode ocorrer em luminárias fechadas sem circulação de ar. Também a orientação da lâmpada afeta seu desempenho: na posição horizontal ou virada para cima produz 20% mais lumens que uma lâmpada de iluminação descendente.

4.2.8.1

Descrição de Tecnologia

Estas lâmpadas, são sistemas que consistem de, um conector e um reator, geralmente com o dispositivo de partida acoplado à sua própria base. Algumas vezes um soquete de rosca é incorporado ao pacote. Existem em 3 tipos: 1. Sistema integral : com reator em uma peça única, com adaptador de soquete de rosca e combinação de lâmpada - permitem fácil substituição das lâmpadas; 2. Sistema modular : com reator, com um adaptador de soquete de rosca, suporte para a lâmpada, e lâmpada de reposição- permitem fácil substituição das lâmpadas; 3. Sistema dedicado : estes sistemas existem quando um reator e um soquete para lâmpada fluorescente tiverem sido diretamente conectados como parte da luminária. São equipamentos fornecidos juntamente com as luminárias - requer a substituição de toda a unidade integral

4.2.9

LED

Há menos de cinco anos, o LED, Light Emissor Diod (diodo emissor de luz), só era usado como indicador luminoso de aparelhos como rádio, TV ou computador ligados. Com a evolução, ele deixou de ser um marcador para se transformar em emissor de luz visível, e a cada ano os módulos de led estão dobrando seu fluxo luminoso. Não possui filamentos nem descarga elétrica, trabalha em baixa tensão, normalmente 10 ou 24 volts, e consome em média 1 watt, o que proporciona extrema economia de energia. Sua vida útil é de cerca de 100 mil horas, o que dispensa manutenção, e ainda tem a vantagem de praticamente não emitir radiações infravermelha e ultravioleta. Oferece a possibilidade de criar cenas no modo RGB (sigla em inglês para as três cores básicas: vermelho, verde e azul), comandadas por controle remoto ou computador. É usado em marcação de cinemas, teatros e substitui as fluorescentes em back-lights e fachadas. (Revista ProjetoDesign, edição Fevereiro de 2004 ).

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82

4.2.10 Fibra óptica Não é uma fonte luminosa, mas sim um condutor de luz que pode ser comparado a uma mangueira de água. Depende de uma fonte de luz num dos extremos. É um filamento, de vidro ou de materiais poliméricos, com capacidade de transmitir luz. Estes filamentos têm diâmetros variáveis, dependendo da aplicação, indo desde diâmetros ínfimos, da ordem de micra (mais finos que um fio de cabelo) até vários milímetros. A transmissão da luz pela fibra segue um mesmo princípio, independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz em uma extremidade da fibra, e pelas características ópticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra através de consecutivas reflexões.

5

REATORES

As lâmpadas de alta descarga, incluindo as fluorescentes, requerem um reator para operar. O reator fornece uma alta voltagem inicial para iniciar a descarga e, então, rapidamente limita a corrente da lâmpada para manter a descarga a um nível seguro. Cada reator é feito para operar otimamente um tipo de lâmpada; se a lâmpada usada não for a correta, podem ser afetadas suas características de partida, fornecimento de luz e sua vida útil. Os reatores possuem grande potencial para conservação de energia. Recentemente os reatores melhoraram muito em qualidade e se tornaram viáveis economicamente. Os antigos reatores eletromagnéticos antigos, grandes e pesados, que funcionam em 60 hertz, vêm sendo substituídos pelos modelos eletrônicos, que economizam energia e têm menor carga térmica. Os reatores eletrônicos trabalham em 35 kilohertz, o que evita a intermitência conhecida como cintilação e o efeito estroboscópico, ambos responsáveis pelo cansaço visual. Os reatores de baixa performance são os chamados “acendedores (starters)” e servem apenas para acender lâmpadas em ambientes residenciais. Os de alta performance são equipados com filtros que evitam interferências no sistema elétrico e são indicados para instalações comerciais, hospitais, bancos, escolas etc. Há ainda os reatores eletrônicos dimerizáveis, que permitem a dimerização de fluorescentes - possibilidade inimaginável há apenas dez anos. Seu uso permite a integração da luz natural com a artificial - quando combinado a sensores, ele vai aumentando ou diminuindo a intensidade luminosa das lâmpadas conforme a necessidade, de modo que a luz artificial seja usada apenas como complemento à luz natural. Também possibilita a criação de diferentes cenários de luz (Fonte: Revista ProjetoDesign, edição Fevereiro de 2004 ).

5.1.1

Tipo de circuito e modo de operação

Existem basicamente 3 tipos de lâmpadas fluorescentes e modos de operação de reator: 

Lâmpadas de pré-aquecimento: os eletrodos são aquecidos antes de se iniciar a descarga são lâmpadas de baixa voltagem de 20 W ou menos;



Lâmpadas de partida rápida: os eletrodos são aquecidos antes e durante a descarga e os reatores possuem 2 espirais secundárias para fornecer baixa voltagem - as lâmpadas ligam suavemente e possuem vida longa;



Lâmpadas de partida instantânea: os reatores fornecem alta voltagem para os eletrodos não aquecidos - as lâmpadas não são pré-aquecidas, ligam rápida e possuem menor vida.

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83


5.1.2

Eficiência energética

Muita da energia usada pelos reatores produz aquecimento, causando desperdício de energia; há 3 meios para se aumentar a eficiência dos reatores : 

reduzir as perdas dos reatores ;



operar as lâmpadas em alta freqüência;



reduzir as perdas pelos eletrodos das lâmpadas.

6

LUMINÁRIAS

Trata dos sistemas óticos avançados e materiais refletores eficientes e ilustra como os sistemas luminária-lâmpada-reator afetam a potência utilizada e a saída de luz. As luminárias devem ser escolhidas especificamente para tirar a melhor wattagem das fontes de luz que utilizam. 

Componentes das luminárias: lâmpada, soquete, refletor, escudo/difusor, acabamentos e fechamentos.



Materiais refletores internos: possuem um acabamento espelhado ou especular que permite redirecionamento preciso do fluxo luminoso. Alguns dos novos materiais são: alumínio anodizado especular de refletividade de 85-90%, alumínio anodizado especular composto com um filme dielétrico de refletividade de 88-94% e prata especular de depósito a vácuo, aplicada na frente ou atrás de superfícies de filme de poliester claro de refletividade de 91-95%.

6.1

Tecnologias em Luminárias

6.1.1

Luminárias para iluminação geral

As luminárias mais usadas são as projetadas para iluminar grandes áreas, geralmente com lâmpadas fluorescentes usadas no teto ou embutidas e constituem uma iluminação geral simétrica e uniforme. São elas (ELEY ASSOCIATES, 1993): 

luminárias diretamente abertas: muito eficientes com CU (coeficientes de utilização) altos, mas podem causar desconforto visual por ofuscamento;



luminárias abertas de refletor especular: aumentam o coeficiente de utilização (CU);



sistema de luz direta com protetores: evita visão direta das lâmpadas em ângulos normais de visão;



luminárias industriais e comerciais com refletores especulares: de alta eficiência e alto CU equipadas com “aletas“ par evitar ofuscamento;



Troffers parabólicos embutidos com “aletas”: possuem baixo brilho, de bom a alto CU, boa eficiência e bom controle de ofuscamento. Algumas variações são especialmente projetados para não produzir imagens refletidas nos VDTs.



Troffers com lentes equipados com refletores especulares: o uso de refletores pode aumentar de 70 a 80% a eficiência do troffer , com maior CU.

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6.1.2

Sistemas de iluminação indireta

São sistemas que irradiam luz para um teto refletor. Possuem baixo CU e necessitam de luz complementar individual para tarefa.

6.2



Tipo enseada (cove ) - instalações cobertas: aumentam a eficácia de fios de luz e eliminam sombras de soquetes;



Sistema de luz indireta HID compacta - para peças de mobiliário;



Sistema de iluminação direta e indireta - combinam a eficiência e alto CU da iluminação direta e a uniformidade e controle de ofuscamento da iluminação indireta;



Luminárias arquitetônicas - tem como principal meta o aspecto estético;



Luminárias embutidas HID de baixa voltagem - ideais para tetos mais baixos e espaços que exigem alta qualidade CRI com uso de lâmpadas de vapor de metal e de sódio de alta pressão. Ideais para substituir lâmpadas incandescentes;



Fluorescentes embutidas - Lâmpadas que possibilitam dimming , usadas com RE (reatores eletrônicos). Substituem incandescentes na base de 1W para cada 3 ou 4 W;



HID direcionais e holofotes de fluorescentes compactas - significativa economia de energia;



Fluorescentes compactas com rosca para conexões de incandescentes - a substituição de lâmpadas incandescentes por fluorescentes visa economia de energia. Deve-se tomar cuidado com a temperatura de operação da lâmpada e da luminária;



Luzes de tarefa - usam 2 sistemas separados para melhorar a iluminação e economizar energia;



Luminárias decorativas - podem ser energeticamente eficientes, com uso de lâmpadas HID de baixa wattagem e luminárias de parede para fluorescentes compactas;



Luminárias exteriores com fluorescentes compactas - ideais para iluminação de paisagens;



Luminárias exteriores com lâmpadas HID de baixa wattagem - substituir qualquer luminária exterior incandescente.

Dados Fotométricos

Medições de luz irradiada por luminárias devem ser apresentadas em gráficos, tabelas, diagramas e são usadas em todos os tipos de cálculos e projetos. Os dados de CU e curvas fotométricas fornecidos geralmente são de boa qualidade. Deve-se levar em conta os Fds tomando cuidando para não se superestimá-los. Os fatores de perda de iluminação podem ser recuperáveis (troca das lâmpadas, limpeza) ou não (perdas pelo fator do reator e pelo fator térmico de aplicação).

6.3

Nomenclatura

As luminárias são identificadas por números que detalham os materiais usados no refletor e nas aletas, o tipo de instalação, número de lâmpadas, potência das lâmpadas e uso de recuperador. Abaixo tabelas com os códigos para esta classificação.

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1 2 3 4 5 6 7 Material Material Código Tipo de Nº de Potência Uso de Recuperador do Refletor da Aleta Sequencial Instalação Lâmpadas da Lâmpada (Campo Opcional) alumínio anodizado Material do Re- (A) (C) chapa de aço com pintura eletrostática 1 fletor (R) refletor em alumínio repuxado e anodizado Material da Ale- (A) alumínio anodizado especular ou acetinado (C) chapa de aço com pintura eletrostática 2 ta (N) não aletada Código SeUsado para indicar as famílias dos produtos 3 quencial (A) arandela Tipo de In(E) embutir 4 stalação (P) pendente (S) sobrepor Identifica a quantidade de lâmpadas em cada luminária, normalmente 1, 2 ou Nº de Lâmpa- 4 lâmpadas, 5 das conforme o modelo. Para diferentes quantidades é necessário um pedido especial. Indica a potência de cada uma das lâmpadas. Lâmpada fluorescente tubular: 14 / 16 / 18 / 20 / 28 / 32 / 36 / 40 / 58 e 110w Lâmpada fluorescente compacta: 09 / 15 / 18 / 20 / 23 e 26w Lâmpada fluorescente compacta longa: 36 e 55w Lâmpada fluorescente flat: 36w Potência da Lâmpada par: 120w 6 Lâmpada Lâmpada de vapor metálico: 70, 150, 250 e 400w (tubular e elipsoidal) Lâmpada de vapor de sódio: 150, 250 e 400 (tubular); 70, 150, 250 e 400w (elipsoidal) Lâmpada de vapor de mercúrio: 125, 250 e 400 (elipsoidal) Uso de Recu- Algumas luminárias admitem recuperador de alumínio atrás da lâmpada, poperador rém é um item opcional. 7 (Campo Opcio- O símbolo (r), logo após o código comercial, indica que a luminária pode ser nal) solicitada com o recuperador. Exemplos A A 01 E 1 32 R Luminária com refletor de alumínio, aletas de alumínio, da seqüência 01, de embutir, com 1 lâmpada, 32w de potência por lâmpada, com recuperador de alumínio. R N 03 S 2 26 Luminária com refletor repuxado de alumínio, não aletada, da sequência 03, de sobrepor, com 2 lâmpadas, 26w de potência por lâmpada. HT 02 S 2 16 Luminária hermética, da sequência 02, de sobrepor, com 2 lâmpadas, 16w de potência por lâmpada.

6.4

Desempenho do Sistema de Luminárias

Os sistemas de luminárias são compostos por luminárias, lâmpadas, Reatores , refletores, lentes e materiais de acabamento. O interesse no sistema é verificar como a interação lâmpada-luminária-reator trabalha, especialmente com relação a efeitos térmicos. 

Tabelas de desempenho - fornecem informações mais precisas sobre níveis de iluminância das combinações entre lâmpadas e reatores , fornecendo ao projetista o desempenho do sistema total da lu Versão 2011/2



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minária. A tabela apresenta o fator de correção de aplicação (produto do fator de térmico pelo fator do reator, que representa a maior porção do Fd) e serve para se estimar a energia consumida e o rendimento em lumens proporcionado pelo sistema da luminária.

7 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL 7.1

Métodos existentes:

1. Cálculos pelo Método Lúmen - fornece a iluminância geral no plano de trabalho ou o número de luminárias para se obter determinado nível de iluminação p/ luz direta e indireta. Dados de entrada: características físicas do ambiente, refletâncias das superfícies, altura do plano de trabalho, distância plano de trabalho/ luminárias, coeficiente de utilização (CU) para a luminária, número de lâmpadas por luminária, descarga inicial das lâmpadas, e fator de perda de luz (Fd). O fator de perda luz pode ser recuperável ou não. Em geral se assume Fds de 0,65 a 0,85 para sistemas com uso de reatores e de 0,75 a 0,95 para sistemas de lâmpadas incandescentes. 2. Programas de cálculos por pontos - fornece os níveis de iluminância em planos de trabalho horizontais com desvio padrão, máximas, médias e mínimas; luminâncias de superfícies difusas do ambiente (candelas/área ou lumen/área), densidade de iluminação e padrão de luz do teto e paredes. Alguns programas podem calcular o nível de visibilidade da tarefa, qualidade de iluminação e desempenho visual. Outros podem calcular a probabilidade de conforto visual (VCP). Além dos dados de entrada acima citados, requer: dados fotométricos da luminária, localização e orientação precisa das luminárias, podendo usar interfaces com sistemas CAD e fazer análise de luz diurna. Saída de dados: tabelas e plotagens de curvas isolux ou em tons de cinza. Alguns fornecem perspectivas. 3. Cálculos por pontos graficamente visualizados - apresentam gráficos de resultados em escala de cinza ou curvas isolux para interior e exterior e fotografias sintéticas tridimensionais de um espaço com seu sistema de iluminação. 4. Cálculos por ray-Tracing (traçado de raios) - capazes de extrema precisão com uso de fotografia “sintética” para descrições realistas de iluminação interior e exterior, incluindo luz natural. 5. Há também programas para Cálculos de iluminação Exterior - para estacionamentos, rodovias, passeios, etc. Dados de entrada: dimensões, localização, altura, inclinação e fotometria da luminárias, fornecimento de luz e LLFs. Calculam pontos onde a iluminação seja crítica e podem levar em conta o sombreamento e edificações e ter interface CAD.

7.2

Determinação de iluminâncias

Um projeto de iluminação envolve a predeterminação da iluminância E em um plano de trabalho de área S. Sabe-se que a iluminância é proporcional ao fluxo luminoso da fonte, , incidente em determinada área: E =  / S

ou seja,

=

E.S

Se soubermos qual é a iluminância desejada em função da tarefa exercida no ambiente, podemos determinar o fluxo luminoso total. A iluminância será selecionada de acordo com as tabelas da ABNT 5413/1982 ou item 7 desta apostila.

7.3

Cálculo do índice do Recinto

As proporções e cores do ambiente determinarão a maneira de distribuição do fluxo nele incidente. Estas proporções são analisadas através do Ir – índice do recinto, que é um fator que relaciona o comprimento, D, a largura, L, e a altura de montagem da luminária em relação ao plano de trabalho, H. Versão 2011/2



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Em função do fabricante este índice do recinto será tabelado para determinadas dimensões do ambiente ou pode ser calculado pela seguinte fórmula: Ir =

D.L H. (D+L)

Este índice é usado na determinação do coeficiente ou fator de utilização do compartimento (Fu ou Cu). As cores do recinto serão expressas através de suas respectivas refletividades.

7.4

Escolha de luminárias e lâmpadas

O próximo passo será selecionar o conjunto de lâmpadas e luminárias a serem utilizados para a iluminação do ambiente. Esta seleção deve ser feita levando-se em conta as características do ambiente e de sua utilização, a altura de montagem do sistema de iluminação artificial, a limpeza do local (luminárias abertas ou fechadas), a periodicidade prevista na troca e manutenção do sistema (acessibilidade ao sistema e facilidade de troca), as características de distribuição de luz requeridas, a adaptabilidade ao local, as características de construção, a aparência, e o rendimento. Há que se atentar para a sensibilidade do ambiente ao ofuscamento, geralmente causado pela visão direta da fonte em montagens de baixa altura ou através de reflexões indevidas em superfícies verticais como telas de computador. Neste caso deve-se usar luminárias com aletas de forma a minimizar a visão direta ou refletida da fonte. O uso de lâmpadas de descarga fluorescentes pode levar ao aparecimento de efeito estroboscópico o que pode ser reduzido pelo uso de luminárias com um número par de lâmpadas equipadas com reatores duplos e de alto fator de potência.

7.4.1

LÂMPADAS

Existem basicamente dois tipos de lâmpadas, classificadas de acordo com seu acendimento: as lâmpadas incandescentes e as lâmpadas de descarga. A luminária deve ser selecionadas em função da lâmpadas selecionada, uma vez que, em função do seu sistema de acionamento estas lâmpadas necessitarão ou não de reatores e starters que podem estar ou não embutidos na própria luminária. As lâmpadas devem ser selecionadas em função de seu fluxo luminoso, eficiência energética, temperatura de cor, índice de reprodução de cores e do tipo de luminária a ser utilizado. Ver item 7. 7.4.2

LUMINÁRIAS

As luminárias podem ser classificadas em função da direção principal do fluxo luminoso como: 

diretas – o fluxo luminoso é totalmente dirigido ao plano de trabalho (para baixo);



semi-direta – parte do fluxo luminoso é dirigido para o teto;



indireta – todo o fluxo luminoso é dirigido para o teto;



semi-indireta – a maior parte do fluxo luminoso é dirigido para o teto.

Em geral os catálogos trazem informação sobre o percentual de luz emitida para cima e para baixo para cada tipo de luminária ou esta informação é dada através das curvas fotométricas das mesmas.

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7.4.3

88

Classificação das luminárias segundo a C.I.E.: As luminárias para iluminação de interiores são classificadas em 5 tipos, segundo a distribuição espacial do fluxo luminoso emitido, acima e abaixo do plano horizontal que passa por seu centro.

Adaptado de Moreira (1982)

7.4.4

Espaçamento entre luminárias

O espaçamento e a distribuição das luminárias é o que determina o fator de uniformidade da iluminação obtida. Em geral os espaçamento máximos entre luminárias varia de 1 a 1,5 sua altura de montagem, em função da distribuição fotométrica da luminária. Em outros casos o espaçamento máximo pode ser fornecido por meio de tabelas e será dado como um fator a ser multiplicado pela altura de montagem da luminária (distância entre o centro da luminária a o piso). Em geral, adota-se que o espaçamento entre as luminárias e as paredes deve ser a metade do espaçamento adotado entre luminárias.

7.5

Fator de utilização, Fu

O coeficiente de utilização de uma instalação de iluminação artificial nos fornece a relação entre o fluxo luminoso que incide sobre o plano de trabalho e o fluxo luminosos total fornecido pelo sistema lâmpada /luminária. Ele depende do tipo de local, do acabamento das luminárias e das cores das paredes teto e piso. Para uma melhor determinação deste coeficiente, deve-se calcular a refletâncias médias das cavidades do teto, da paredes e do piso através do método das cavidades zonais.

7.6

Fator de Depreciação, Fd

Este fator relaciona o fluxo luminosos produzido por um sistema de lâmpada/ luminária no fim do seu período de manutenção com o fluxo luminoso produzido pela mesma luminária no seu início de funcionamento. Este fator de depreciação dependerá não apenas das características físicas da luminária, mas também da limpeza do tipo de atividade realizada neste ambiente.

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À medida que o tempo passa, lâmpadas e refletores (e a própria envolvente) vão ficando sujas por ação das poeiras, da umidade, etc.; complementarmente, as próprias lâmpadas vão sofrendo um processo de depreciação mecânica, que se traduz por uma diminuição do seu fluxo luminoso. Qualquer destas situações tem como conseqüência uma redução apreciável da eficiência dos sistemas de iluminação, ao longo do tempo, que fica patente pela análise do gráfico seguinte (utilização média de 3 000 h/ano):

- Depreciação mecânica - Depreciação por sujidade - Depreciação total Como se vê, o efeito conjunto da depreciação mecânica do equipamento, com a depreciação que resulta da sujidade, pode levar a uma redução da ordem dos 50%, do fluxo luminoso inicial, mantendo-se inalteráveis os consumos de energia do sistema.

Figura: Depreciação do Fluxo luminoso (Fonte: http://www.aeportugal.pt/)

8

MÉTODOS DOS LUMENS

O fluxo necessário para iluminar um compartimento é calculado então em função da iluminância requerida para o ambiente, E, da área deste ambiente, S, do coeficiente de utilização do sistema lâmpada luminária, Cu, e do fator de depreciação do fluxo, Fd. T

= (S. E) / (Cu . Fd)

O número de luminárias é então obtido pela razão do fluxo total,  T, e aquele emitido por cada luminária  L. n =  T /  L

9

MÉTODO DAS CAVIDADES ZONAIS

Este método difere do método dos lumens pela execução de um método mais preciso para a determinação das refletâncias médias das superfícies do ambiente que é dividido em 3 cavidades a saber: CT, a cavidade do teto, CR, a cavidade do recinto e CC a cavidade do chão. Estas cavidades correspondem respectivamente à área das paredes e teto superiores ao plano de montagem das luminárias, à área de paredes entre a luminária e o plano de trabalho, e a área de paredes e piso inferior ao plano de trabalho. (Fonte: iluminação e fotometria – iluminância de interiores.)

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O cálculo do índice cada uma destas cavidades, IC, é feito da seguinte forma: IC = [5h (L+D)] / (L.D) Onde h, é a altura de cada uma das cavidades. No caso de recintos com forma irregular o IC pode ser calculado por: IC = 2,5 x perímetro da cavidade x altura da cavidade / área da base da cavidade A seguir determinam-se as refletâncias das cavidades. A refletância da cavidade do teto, CT, é determinada pela combinação das refletâncias do teto e das paredes. Para luminárias embutidas ou montadas à superfície do teto, a CT é a própria refletividade do teto. A refletância média de cada cavidade, C, é determinada a partir das tabelas apresentadas a seguir. No caso de tetos não horizontais como é o caso de muitos galpões industriais a CT pode ser calculadas através da fórmula a seguir: CT

= ( teto . Aa) / (As – teto.As + teto. Aa)

onde Aa é a projeção horizontal do teto e As é a área da superfície do teto. A refletância da cavidade do chão será obtida pela combinação das refletividades do chão e das paredes. Após feitos os cálculos procede-se como no método dos lumens, calculando-se o fator de depreciação de acordo com as tabelas a seguir.

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Fator de depreciação da luminária com a poeira. Local: ML – muito limpo; L, limpo; M, médio; S, sujo; MS, muito sujo. Categorias: I – luminárias abertas na parte inferior e superior (lâmpadas nuas); II – luminárias abertas por baixo ou com colméias, sendo mais de 15% do seu fluxo luminoso emitido para cima, através de aberturas; III – luminárias abertas por baixo ou com colméia, com menos de 15% de seu fluxo luminoso emitido para cima através de aberturas; IV – luminárias abertas ou com colméias por baixo e sem aberturas superiores; V – luminárias com fechamento inferior por lentes ou difusores e sem aberturas superiores; VI – luminárias de iluminação totalmente direta ou totalmente indireta.

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10 Tabela de Coeficientes de Reflexão ( ) de materiais e cores: Materiais alumínio polido aço inox asfalto sem poeira cal cerâmica vermelha concreto aparente cromo esmaltes espelhos gesso (branco) grama escura granito granolite livros em estantes mármore branco madeira clara madeira escura terra tijolo tecido escuro troncos de árvores vegetação de porte médio

 (%)

60-70 55-65 07 85-88 30 55 60-65 60-90 80-90 90-95 06 40 17 10-20 45 13 07-13 07-20 13-48 02 03-05 25

Cores escuras médias claras brancos branco-gelo pérolas marfim casca de ovo cremes amarelos laranja rosas vermelhos azuis verdes ocres marrons violetas cinzas pretos

 (%)

15-30 30-50 50-70 85-95 79 72-84 71-84 81 60-76 60-70 50 35-60 17-35 10-50 12-60 44-60 07-32 05-40 25-50 04-08

Fontes: Cintra do Prado, L. (1961) e Moreira (1982).

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11 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias*

Extraído de: IES (1984)

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95

12 Tabela de Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão para Várias Combinações de Refletâncias (continuação)

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96

13 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Típicas


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14 Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Típicas (continuação)


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16 Extraído de: IES (1984) Versão 2011/2



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Tabela de Coeficientes de Utilização ( u) para Luminárias Típicas (continuação)


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30 Fatores de Correção dos Valores de u para Refletância Efetiva da Cavidade de Teto ou de Chão diferente de 20%


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31 Recomendações de Projeto para P.S.A.L.I.* A técnica de iluminação artificial suplementar permanente em interiores foi desenvolvida pelo Building Research Station, Inglaterra, tendo por objetivos a melhoria do conforto visual, principalmente em edifícios comerciais e institucionais, onde é necessária a suplementação da luz natural por razões tanto qualitativas (aparência visual local) quanto quantitativas e a redução dos custos do uso da iluminação artificial durante o dia. Para a integração entre luz natural e artificial recomenda-se (Egan, 1983):

*



Preserve a qualidade visual da iluminação natural do ambiente, evitando mudanças perturbadoras do nível de iluminação que causem dificuldade de adaptação visual, redução da produtividade e, portanto, perdas econômicas que podem exceder a economia de energia;



Admita luz natural a partir de 2 ou mais lados do ambiente para evitar grandes contrastes entre a luz natural e as superfícies adjacentes. O lado oposto a aberturas unilaterais é percebido como “mais escuro” por causa da adaptação à luz. Evite aberturas em cantos agudos que po ssam criar regiões de alto brilho e ofuscamento. Use a luz elétrica em baixos níveis para iluminar as superfícies adjacentes, reduzindo o brilho aparente e ofuscamento da janela;



Para controlar o ofuscamento, use fatores de sombra nas aberturas, sejam elas laterais ou zenitais. A luminância das janelas normalmente não deve exceder os 1.028 cd/m2 em escritórios e salas de aula;



Complemente a luz natural com a luz elétrica, nos locais onde os níveis de luz natural não são suficientes;



Use superfícies de paredes e teto de alta refletância, porém difusoras. Para aumentar a eficiência da luz refletida, use superfícies inclinadas, “light -shelves” e na base externa da edificação, pisos ou acabamentos sobre o solo de cores claras;



Use no ambiente cores neutras para evitar distorções na interpretação das cores quando luz elétrica é usada com a natural. Evite superfícies de cores escuras adjacentes a janelas, pois pode-se criar condições de alto contraste;



Em edifícios não-residenciais o controle da luz elétrica deve ser automático para haver uma economia significativa de energia. A seleção do tipo de controle depende do tamanho do ambiente, do tipo de lâmpadas e reatores usados, do tipo de instalação, do nível de luz natural e sua estratégia de uso no ambiente. Muitos tipos de controles foram feitos especificamente para certos tipos de lâmpadas: o projetista deve estar consciente desta necessidade de compatibilização. O custo é determinante na seleção do sistema de controle, mas é preciso comparar os custos iniciais de instalação aos de operação e manutenção para orientar a melhor escolha para uma dada aplicação.

P.S.A.L.I.: Permanent Supplementary Artificial Lighting of Interiors Versão 2011/2



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32 Prática de projeto de iluminação eficiente De acordo com a ELEY ASSOCIATES (1993) a iluminação ambiente em um edifício comercial pode ser apenas 33% da iluminação nos postos de trabalho. Um prédio comercial que requer de 300 a 700 lux para as tarefas visuais poderia ser iluminado em 50% do espaço com 200 a 300 lux. Há 2 métodos de projeto para se economizar energia elétrica: 

Usar análise de iluminação ponto a ponto para assegurar a iluminação apropriada no posto e no ambiente.



Projetar o sistema de iluminação ambiente ou geral usando projeto convencional e, então, fornecer nível de iluminação necessária a dar boa iluminação (empiricamente) quantitativamente e qualitativamente.

Os dados sobre desempenho devem ser revistos periodicamente. Mudanças não previstas de reatores, nível de iluminância ou lâmpada são podem alterar a eficiência em 20 a 25%.

33 Sistemas de Controle Objetivam a economia de energia e de custos de operação, na coordenação entre a quantidade de iluminação artificial necessária para suplementar a luz natural. Existem basicamente 2 tipos de controles, que podem ser manuais ou automáticos: interrupção do sistema suplementar (“switching”) e regulação com amortecimento suave da luz (“dimming”). Os controles de manutenção de luz natural e artificial podem reduzir o consumo de energia elétrica através de dispositivos de controle de iluminação e projeto adequado de aberturas. A luz natural pode ser capaz de fornecer parte ou toda a iluminação necessária para o desempenho de tarefas visuais em prédios comerciais. Mas para tal o sistema de energia elétrica deve ser controlado, reduzindo a iluminação elétrica nas horas em que a luz natural é mais abundante e vice-versa. O uso de luz natural também pode contribuir para diminuir o pico de demanda de carga. No entanto, o custo adicional de sistemas de controle deve ser considerado cuidadosamente. Os controles de luz natural se relacionam bem às estratégias de manutenção de lumens, que se baseia em um sistema de iluminação fotoeletricamente ligado que limita a potência de energia quando as lâmpadas e luminárias são novas. O foto-sensor detecta a diminuição do nível de eficiência da luz elétrica e o sistema de controle fornece automaticamente o nível de iluminação adequado.

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o mais comum é o uso de fotocélula no ambiente interno capaz de registrar 2 níveis de luz para comandar apagar ou acender as luzes. Temporizadores podem prevenir o desconforto gerado pelo apaga-acende luzes com céu parcialmente encoberto. Outro tipo de controle usa sensor externo ao edifício, com registro de 1 só nivel de luz. reduzem a luz elétrica com o aumento da luz natural. Um sistema “ideal” só forn ece a luz elétrica requerida e não consome energia quando há suficiente luz natural. Até o presente ainda não é possível fazer isso, pois alguma energia é sempre necessária na operação dos controles. A regulação para lâmpadas incandescentes usando “dimmers” é a que mais se aproxima da regulação “ideal”. estão disponíveis 2 tipos básicos de controles, de modelos variados: (a) instalação simples: controlam 1 ou 2 reatores apenas, usando um sensor de fibra-ótica que transfere o sinal para uma caixa de controle; (b) instalações múltiplas: regulação simultânea de grande número de luminárias. Um único sensor e uma caixa de controle são usados e, portanto, deve-se assegurar que as áreas sob regulação recebem o mesmo nível de luz natural. há um tipo de controle para instalações convencionais onde o regulador abaixa o nível de luz elétrica até 25% e quando a luz natural atinge o nível requerido, apaga o sistema suplementar. Quando as luzes são acesas de novo, lâmpadas e reatores convencionais devem ser acionados totalmente, e só depois regulados. Nem todas as fluorescentes podem ser reguladas, especialmente as economizadoras de energia. são semelhantes ao anterior, exceto que podem fazer uma regulação de 100%. Até o presente, só disponível para instalações múltiplas.

Adaptado de: Lam (1986) e Moore (1991)

33.1 Integração da iluminação Elétrica O sistema de iluminação artificial deve ser colocado em zonas para simular a disponibilidade de luz natural, integrando os padrões de distribuição espacial da luz natural e da artificial. Luminárias próximas às janelas devem ser controladas separadamente das mais distantes. Luminárias e outros equipamentos devem ser compatíveis com o sistema de controle de luz natural (ELEY ASSOCIATES, 1993). 33.1.1 Acompanhamento da luz natural: Estratégia de automaticamente se aumentar ou diminuir os níveis de iluminação elétrica por dimming ou desligamento. Componentes de Controle: podem ser integrados em um componente único e se compõem de: 

Fotocélula ou foto-sensor - mede o nível de iluminação dentro do ambiente e gera um sinal elétrico na proporção da iluminação que nele incide. A sensibilidade da célula varia com sua geometria e seu Versão 2011/2



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suporte. O foto-sensor deve ser corrigido em relação à cor para que responda à distribuição espectral de luz da mesma maneira que o olho humano. 

Controlador : incorpora um algoritmo para processar o sinal do foto-sensor convertendo-o em um comando para a unidade de dimming .

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Unidade de dimming : varia a saída de luz elétrica alternando a quantidade de potência para as lâmpadas.

33.1.2 Algoritmos de Controle: 

Controle integral em circuito fechado: o foto-sensor é localizado de forma a detectar tanto a luz natural quanto a luz elétrica, de forma que a saída do foto-sensor seja mantida ao nível estabelecido. Quando há um aumento na iluminação devido a luz natural, o controlador reduz o nível de iluminação elétrica para restabelecer o sinal do foto-sensor. O ponto de calibração é determinado para fornecer luminância desejável no período noturno (calibração noturna).

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Controle: o foto-sensor é localizado para detectar apenas a luz natural e é insensível à luz elétrica. O algoritmo geralmente estabelece uma relação linear entre o sinal detectado e o nível de dimming . Durante a calibração, o usuário pode determinado arbitrariamente a relação entre as variáveis. Quando o estímulo de luz natural excede zero, a luz elétrica diminui de acordo com uma reta inclinada.

33.1.3 Resposta e Colocação Espacial do Fotosensor: para um sistema de circuito fechado, o foto-sensor montado no teto deve possuir um maior campo de visão (para que não seja altamente sensível a pequenas mudanças na iluminância) e ser bloqueado de uma visão direta da janela. Com um sistema de circuito aberto proporcional, um foto-sensor sem proteção deve ser colocado. Em um local onde haja somente uma área de trabalho, o foto-sensor deve ser colocado acima da tarefa. Se há várias áreas de trabalho, o foto-sensor deve ser colocado acima da que recebe uma quantidade representativa de luz natural. 33.1.4 Equipamentos de dimming: o dimming é mais barato para controlar muitas lâmpadas do que para poucas. Os sistemas incluem: 

auto-relays: formas mais simples de dimming , geralmente aplicados em larga escala com uma unidade de controle para um ramo de circuitos. São altamente restritivos: só permitem dimming de 100 a 75%. não são muito eficiência para luz natural.

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Dimmers baseados em ramos de circuitos: fazem o dimming de até 50% de circuitos inteiros e não requerem troca dos reatores. Podem afetar a vida útil da lâmpada.

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Controladores dinâmicos: para lâmpadas individuais ou pares. Não requerem reatores especiais e possuem dimming de até 30%.

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Reator de dimming de rosca: para lâmpadas individuais ou pares. Dependendo do tipo de lâmpada e circuito podem fornecer dimming de até 8%. Outros sistemas para eficiência energética podem chegar a 20%. Podem aumentar o barulho dos reatores.

RE de dimming : lâmpadas individuais ou em grupos de 2, 3 ou 4. Possuem dimming de até 10%. Obs.: a maioria das fontes de luz se torna menos eficaz quando usam dimming pela necessidade de suprir potência total de aquecimento para o eletrodo mesmo quando a luz tem sua saída de luz diminuída. 

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33.1.5 Equipamentos de Alternação: Os alternadores fotosensores podem ser usados para apagar as luzes em zonas periféricas à luz natural e podem ser ajustados por zonas em relação à intensidade de iluminação natural a que devem ser ligados/apagados os sistemas. Alguns permitem o ajuste por um temporizador que evita a entrada do sistema em ciclo. Podem economizar até 50% da energia em novas construções onde a IN seja abundante e onde a fiação possa ser feita corretamente. Os foto-alternadores são uma forma barata de se aumentar o nível de iluminação quando se utiliza luz natural, tendo vantagem sobre os dimmers por não consumirem energia alguma quando desligados. No entanto alguns ocupantes reagem negativamente ao acender/apagar das lâmpadas durante o dia, especialmente quando é freqüente. 33.1.6 Conservação de Energia: o nível de conservação de energia é altamente dependente das aplicações específicas. Estudos avaliam que se pode atingir economia de 30 a 40% de energia entre 6:00 e 18:00 horas, durante o verão podendo chegar a 50%.

33.2 Sensores de Ocupação Os sensores de ocupação exploram detectores de movimento infravermelhos e infra-sônicos para desligar automaticamente as lâmpadas em áreas desocupadas. São dispositivos de alternação que respondem à presença ou ausência de pessoas no campo de visão do sensor. O sistema é composto por um sensor de movimento, de uma unidade de controle eletrônico, e um interruptor controlável. O detector sente o movimento e manda sinais para a unidade controladora que então processa o sinal e abre ou fecha o interruptor (ELEY ASSOCIATES, 1993). A tecnologia básica dos sensores de ocupação é derivada de sistemas de segurança que foram sofisticados para responder tanto à presença quanto a ausência de pessoas. 33.2.1 Sistemas Passivos de Infravermelho (PIR): reagem à energia de calor infravermelho emitida pelas pessoas; são passivos e só detectam a radiação (não emitem radiação). São maximamente sensíveis a objetos que emitam comprimentos de onda de aproximadamente 10 m. São dispositivos de linha de visão restrita: não podem ver cantos ou através de divisórias ou obstruções. Empregam um transdutor piroelétrico para detectar radiação infravermelha em um sinal de voltagem. Uma lente multifacetada cerca o transdutor e foca a energia calorífica no detector. A lente enxerga a área como uma série de estreitos raios ou cones (não enxerga a área como uma unidade contínua). Quando o ocupante move o braço ou a mão de um cone a outro, um sinal positivo é gerado e mandado ao controlador. A sensibilidade do sensor decresce com a distância (a maioria é sensível a uma distância de 3,5 m para movimento de mãos e 12m para movimento de corpo todo). O cone de visão pode ser controlado, permitindo uma variedade de padrões de sensibilidade: quanto mais estreito o cone, maior seu alcance. Unidades para áreas abertas possuem um cone de visão de 90 a 180 graus e cobrem áreas de 27 a 55 m2, com sensibilidade linear de 12 m. 33.2.2 Sensores Ultra-sônicos: Ativam um cristal de quartzo que emite ondas ultra-sônicas através do espaço. A unidade percebe a freqüências das ondas refletidas. Operam a 25, 30 e 40 Hz. Por esta razão, são mais sensíveis ao movimento (sensível a uma distância de 7,5m para movimento de mãos, braço e torço a 9 m, e 12m para movimento de corpo todo). São mais caros, mas fornecem maior cobertura do que os PIR; no entanto, sensibilidades maiores significam que são mais susceptíveis a falsas detecções devido a movimentos no espaço. Estão disponíveis sensores que cobrem áreas de 25 a 180 m2. Há também detectores para espaços menores com corredores, que conseguem detectar uma pessoa a 30 m. 33.2.3 Sensores de Teto:

1o tipo de sensores usados para iluminação, sendo os mais populares. Podem ser usados para pequenas e grandes áreas e possuem poucas limitações. Sensores múltiplos podem ser conectados para cobrir uma área maior que um único sensor. Versão 2011/2



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Sensores de Caixa de Parede: Para pequenos escritórios, onde o custo dos Sensores de teto fica muito alto. A caixa é fixada a 42 polegadas acima do chão e mobílias e divisórias limitam seu campo de visão. Podem ser PIR ou ultrasônicos. são sensíveis a movimentos de mão em 27 m 2 e a movimentos maiores em 70 m2. Campo de visão de 120 a 180 graus. Temporizador ajustável de 30s a 15 min. Características Comuns - podem operar em 3 modos básicos: 

Sempre desligado - ignora o sensor mesmo com presença de pessoas (auditório de audiovisual);

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automático ;

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De ligação manual e desligamento automático.

Especificações de vem incluir: sensibilidade de calibração, atraso programável de tempo, indicador de funcionamento, alarme audível. Outros dispositivos: 

Timer de prazo - permitem que o usuário se movimente 5 a 10 segundos para reativar as luzes no modo de ligação manual e desligamento automático;

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Função de falha - os sensores mantém as luzes acesas se o dispositivo falhar;

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Marcas de mascaramento - ajuste do campo de cobertura do sensor.

33.2.4 Diretrizes de Aplicação O critério para espaços geralmente ocupados é a quantidade de tempo que o espaço fica desocupado. Em espaços onde o padrão de ocupação é previsível, um sistema temporizador pode ser mais eficiência; ainda assim sensores de ocupação ajudam a economizar energia fora do período normal de trabalho. Ambientes de ocupação intermitente são ótimos para aplicação de sensores de ocupação. É importante que falhas no sistema de ocupação não apaguem as luzes. É seguro se deixar algumas lâmpadas sem controle ou se instalar iluminação de emergência para que as pessoas não fiquem prejudicadas. São apropriados para controlar lâmpadas incandescentes e fluorescentes de partida rápida. A medida verdadeira da viabilidade de um sistema de sensores de ocupação é o seu custo e a economia de energia que ele proporciona. Valores típicos para conservação de energia são de 35 a 45%.

33.3 Sistemas de Temporizadores Variam de simples sistemas temporizadores a sofisticados sistemas de gerenciamento de energia e podem reduzir significativamente as horas de operação dos sistemas de iluminação. São projetados para reduzir o gasto de energia, gerenciando o ligamento e desligamento dos sistemas de iluminação. Desligam as luzes quando o edifício esteja vazio ou ocupado por trabalhadores que não requerem iluminação total (limpeza, por ex.). Para controlar as horas de desligamento, estes sistemas requerem interruptores, alternadores de baixa voltagem ou telefones para que o usuário possa reacender o sistema. 33.3.1 Componentes: 

Processador central - unidade que controla vários grupos de lâmpadas independentemente;

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Relays - interruptores controlados eletricamente;

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Interruptores ativados pelo usuário;

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Fiação de controle que liga os componentes do sistema.

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33.3.2 Métodos de Acendimento (overrides) São controladores que ocupantes trabalhando fora do expediente normal possam usar para acender as lâmpadas. São interruptores de baixa voltagem, localizados próximos às lâmpadas que controlam. A melhor forma para conservação de energia é fazer com que o sistema apenas apague as luzes e os overrides sejam acesos pelos usuários; desta forma as luzes não serão acesas a menos que necessário. 33.3.3 Diretrizes de Aplicação 

São efetivos se os padrões de ocupação forem relativamente previsíveis, havendo períodos em que as luzes possam ser apagadas sem afetar a produtividade ou segurança.

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Ideais para escritórios e fábricas.

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Sistemas híbridos de sensores de ocupação e temporizadores podem ser a escolha ótima para muitas aplicações.

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Os ocupantes devem ser avisados antes que as luzes apaguem.

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Alguns sistemas permitem que tarefas como limpeza e segurança sejam realizados com um menor nível de iluminação, apagando apenas alguns das lâmpadas.

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Os usuários devem saber manipular o sistema para que este funcione mais eficazmente. O sistema deve poder ser reprogramado com a mudança de necessidades de maneira simples, evitando chamar-se um técnico apenas para isto.

33.3.4 Economia de Energia É afetada pela maneira como o sistema era operado antes dos controles serem instalados e de que forma os temporizadores são programados. É difícil se prever a economia resultante destes sistemas, mas foram relatadas economias de 10 a 35%. 33.3.5 Diretrizes de Especificação Os sistemas devem ser capazes de programar esquemas separados para dias da semana e fins de semana, ser equipados com um interruptor para feriados e com backup para falta de luz. Os overrides devem ser acessíveis aos ocupantes, permitir que as lâmpadas fiquem acesas por pelo menos 2 horas quando acessado, controlar áreas inferiores a 45 m 2, ser colocados na mesma área que controlam.

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34 Análise Econômica de Projetos de Iluminação Artificial: CUSTOS

Tipo de lâmpadas a comparar Número de lâmpadas Potência de cada lâmpada + Perda do reator [W] Preço por lâmpada Vida média [horas] Tempo de uso mensal [horas] = horas/dia x dias/mês Custo do kWh [Reais] para a classe de consumo Custo do consumo mensal de energia elétrica = [(1)x(2)x(5)x(6)]/1000 Custo mensal da reposição das lâmpadas = [(1)x(5)x(3)]/(4) Custo mensal total = (7) + (8) (A) Pela diferença entre os dois sistemas obtenha a economia mensal

SISTEMA COMUM

SISTEMA MAIS EFICIENTE

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Custo de Investimentos: Total do Investimento: Custo das lâmpadas = (1) x (3) Custo dos reatores = (1) x (preço por reator) Custo das luminárias = [(1) / (no. lâmpadas por luminária)] x (custo por luminária) Custo de outros acessórios Custo do projeto Custo da instalação Custo Total do Investimento: (B) Pela diferença entre os custos dos dois sistemas obtenha o custo a mais de um com relação ao outro (C) Tempo de Retorno do Investimento: (B) / (A) = (no. de meses) Adaptado de: ABILUX (1992)

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35 Campos de atuação para projetistas de iluminação Os especialistas em projetos de iluminação devem ser acionados no caso da existência de (ELEY ASSOCIATES, 1993): - tarefas visuais exigentes; - potencial de aproveitamento de luz natural; - potencial efetivo de conservação de energia e alta eficiência; - projetos de alta qualidade e retrofits; - projeto de longa vida útil; - necessita-se de análises comparativas; - o projeto possui metas estéticas ou sistemas complexos; - deve-se usar vários meios de iluminação e ou combinação de sistemas; - necessitar-se de assistência para produtos específicos; - análises de custo-benefício. Nos EUA, para tornar efetivo o uso das novas tecnologias desenvolvidas na área, foram formadas a ALPAC - Advanced Lighting Professinal Advisory Comission, a IESNA - Iluminating Engeneering Society of North America e os grupos de gerenciamento de demanda (DSM), que visam a implementação de diversos programas e diretrizes como: 

Programas de educação para construtores, projetistas, educadores e pesquisadores.

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Formação de profissionais especializados na área de iluminação: consultores particulares, representantes, profissionais ligados à conservação de energia, gerenciadores de iluminação.

Criação das ESCO’s ( Energy Service Companies) - companhias de serviço de energia que fornecem projetos de serviço de retrofit. No Brasil existem várias ESCO´s em atuação. Ano entanto as ESCOs no Brasil ainda enfrentam um sério problema de acesso a linhas convencionais de financiamento existentes no mercado financeiro. Basicamente, a única fonte segura existente e que movimenta 80% do mercado de eficiência energética são os recursos oriundos de uma obrigação legal que conduz todas as distribuidoras de energia elétrica do país a investirem 0,5% da sua receita operacional líquida na implantação de projetos que objetivam o uso mais eficiente de energia no consumidor – lei 9.991/2000. (http://www.canalenergia.com.br/ – entrevista de 08/09/2005). 

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36 Roteiro Básico de Trabalho para Análise de Conforto Luminoso-Visual de uma Edificação: 36.1 Análise das Condições do Recinto Urbano: Levantamento do entorno da edificação em estudo, indicando: 

As alturas dos edifícios existentes ou a estimativa da altura máxima permitida pela legislação local de uso e ocupação do solo, no caso de haver lotes vagos;



As cores e tipos de acabamento dos materiais do entorno visíveis a partir do ambiente em estudo;



As instalações de iluminação artificial externa e/ou pública, com o tipo de luminária e de lâmpadas utilizadas.



Levantamento das exigências de iluminação natural e artificial existentes na legislação municipal local, nas normas técnicas brasileiras e nas normas das concessionárias elétricas do estado.



Levantamento dos dados climáticos de insolação e nebulosidade médias mensais (normais de pelo menos 5 anos) para identificação do tipo de céu característico de cada estação do ano (ou pelo menos verão e inverno); levantamento das coordenadas geográficas locais de latitude, longitude e meridiano-padrão para a geração dos dados de iluminância exterior sobre os planos horizontal e vertical (pelo menos N, L, S e O) para os tipos de céu identificados.



Análise crítica das condições locais reais de acesso à luz natural em função dos tipos de céu e dos obstáculos do entorno.



Análise crítica da eficácia da legislação local na garantia do acesso aos níveis requeridos de iluminação natural para as funções que a edificação em estudo deve cumprir.



Análise crítica do desempenho da iluminação artificial instalada, quanto às exigências do conforto luminoso-visual e economia de energia.

36.2 Análise do Desempenho Luminoso-Visual da Edificação: 

Levantamento das atividades desenvolvidas no ambiente em estudo e de seu lay-out de organização.



Levantamento das cores e tipos de acabamento das superfícies internas e do mobiliário do ambiente em estudo.

Identificação das exigências de conforto luminoso-visual requeridas pelas atividades desenvolvidas no ambiente (quadro de referência para a análise posterior). Avaliação das condições de iluminação natural: 

Estudo da geometria de insolação do ambiente e verificação se há incidência de sol direto sobre os planos de trabalho;



Determinação dos níveis de luz natural nos pontos do ambiente escolhidos para análise, através de medições ou de cálculo estimativo;



Determinação da distribuição da luz natural no ambiente, através da representação das curvas isolux;

Análise crítica da qualidade da iluminação natural no ambiente, verificando as condições de clareza da informação visual, adequação da distribuição da luz no ambiente, ocorrência ou não de fortes contrastes, áreas sombrias ou de ofuscamento; análise da adequação do tipo de acabamento das superfícies, do Versão 2011/2



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mobiliário e da compatibilidade do lay-out de organização das atividades do ambiente com o sistema de iluminação natural utilizado; Análise crítica da quantidade de luz natural no ambiente de acordo com as normas técnicas e a legislação municipal porventura existente. Avaliação das condições de iluminação artificial: 

Levantamento do tipo de luminária e lâmpadas utilizadas no ambiente (fabricante, nome da luminária e da lâmpada, curva fotométrica da luminária; fluxo, potência nominal e temperatura de cor das lâmpadas);



Levantamento, junto aos usuários e/ou com o projetista, do perfil de funcionamento do sistema de iluminação artificial e das condições de manutenção;



Levantamento do lay-out de distribuição das luminárias no ambiente e de seu estado de conservação;



Levantamento do tipo de controle elétrico do sistema de iluminação artificial;



Medição ou cálculo estimativo dos níveis de luz artificial do ambiente;



Análise crítica das condições de conforto luminoso-visual pela adequação dos níveis de iluminamento às exigências humanas, do espaçamento das luminárias às exigências de uniformidade sobre o plano de trabalho, ausência de ofuscamento, de áreas sombrias e de fortes contrastes entre as superfícies;



Análise crítica quanto à otimização do sistema utilizado no aspecto da economia de energia.



Avaliação das condições de integração entre a luz natural e artificial



Verificação da compatibilidade entre as temperaturas de cor das duas fontes de luz;



Estimativa da distância a partir da qual é necessário o uso de luz artificial suplementar permanente; verificação da compatibilidade do lay-out de distribuição das luminárias;

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Verificação da integração ou não do tipo de controle elétrico da iluminação artificial ao sistema de iluminação natural.



Conclusões gerais e propostas para a melhoria das condições de conforto luminoso-visual e economia de energia.

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Apostila Iluminação Natural e Artificial

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