Luz Natural - Companhia dos Cursos

Transcrição

Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo
Luz Natural
Profa. Dra. Roberta Vieira Gonçalves de Souza
Abril/2010
ABC
Módulo – Luz Natural
Disciplina : Iluminação Natural
Professora: Roberta V. G. de Souza
Titulação: Arquiteta, Doutora
Carga Horária: 20 horas
1 – Objetivos
Capacitar o aluno a trabalhar com a luz natural na arquitetura, otimizando seu uso de maneira
integrada no projeto;
Capacitar o aluno a reconhecer as grandezas físicas da luz natural e métodos básicos de
cálculo da iluminação natural em espaços construídos;
Desenvolver o senso crítico para a análise e identificação de bons projetos e soluções
arquitetônicas para uso da luz natural;
2 – Ementa
Estudo da luz natural, grandezas físicas, histórico do uso em arquitetura, sistemas e
componentes para sua otimização no espaço construído e métodos de cálculo e avaliação.
3 – Unidades de Ensino
Unidade 1 – Luz natural: características, grandezas físicas; relações com o clima,
disponibilidade de luz natural, tipos de céu; aspectos históricos do uso da luz natural em
arquitetura;
Unidade 2 – Métodos de cálculo e avaliação da luz natural no espaço construído;
Unidade 3 – Componentes e sistemas para uso da luz natural em arquitetura: captação,
condução e controle; materiais convencionais e avançados para luz natural; exemplos de
arquiteturas com bom uso de luz natural.
4 – Metodologia (Dinâmica das Aulas)
Aula Teórica: Explicitação de conceitos básicos em aulas expositivas ; leitura e discussão
de textos.
Aula Prática: Exercitação de avaliação da iluminação natural de um espaço construído
com os métodos de cálculo dados em sala de aula.
Base Crítica: Análise de projetos de arquitetura através de métodos morfológicos,
desenvolvendo o senso crítico para o bom uso da luz natural.
5 – Materiais e Recursos Utilizados
Aulas expositivas em sala
Bibliotecas (Acervos): Apostila e textos disponibilizados pelo professor
Aulas em power point com projeção em data show
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Profa. Dra. Roberta Vieira G. de
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PLANO DE AULAS
DIA
SEXTA
HORA
MATÉRIA
18:00 – 20:30
11:00 – 13:00
Luz natural – O que é – Espectro da Radiação Solar
Luz Natural e Geometria solar – interrrelação entre as grandezas
Grandezas – luminância, iluminância, eficácia luminosa
Tipos de céu
Disponibiliade de Luz Natural
Luz Natural na História Sistemas de iluminação natural – avaliação
de desempenho (Moore)
Método gráfico de estimativa de nível de iluminação lateral
14:00 – 17:00
Método gráfico de estimativa de nível de iluminação zenital
17:00 – 19:00
Avaliação
8:00 – 11:00
Normatização ABNT
Legislação construtiva
Exercício Prático
20:30 – 23:00
SÁBADO
DOMINGO
08:00 – 11:00
11:00 – 13:00
MATERIAL NECESSÁRIO
Sábado
Calculadora com funções trigonométricas (seno, cós, tg)
Papel manteiga (02 pedaços do tamanho de uma capa de CD)
Esquadros, transferidor, compasso
Domingo – para cada grupo de 04 alunos
Caixa de sapato
Papel para forrar a caixa – branco e uma folha colorida
Papel alumínio
Papel manteiga
Tesoura, cola, papelão
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ÍNDICE
EMENTA ......................................................................................................................Erro! Indicador não definido.
1
ILUMINAÇÃO NATURAL ..................................................................................................................................5
2
GRANDEZAS E DEFINIÇÕES ............................................................................................................................5
3
NÍVEIS GERAIS DE ILUMINÂNCIA RECOMENDADOS PELA NBR 5413/82: ..........................................10
4
RECOMENDAÇÕES PARA UM BOM AMBIENTE LUMINOSO-VISUAL: .................................................12
5
MÉTODO DE CÁLCULO DA CONTRIBUIÇÃO DE ILUMINAÇÃO NATURAL (CIN) ..............................13
5.1
Distribuição de Luminâncias para Céu Encoberto ...............................................................................13
5.2
Distribuição de Luminâncias para Céu Claro ........................................................................................13
5.3
Diagramas de Contribuição Relativa de Luz – DCRL ..........................................................................14
5.4
ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS LATERAIS ............................................15
5.4.1
Construção da máscara do ambiente ....................................................................................................15
5.4.2
Cálculo da Componente Celeste CC ....................................................................................................15
5.4.3
Cálculo da Componente Refletida Externa - CRE ...............................................................................16
5.4.4
Cálculo da Componente Refletida Interna - CRI .................................................................................17
Índices KP para a correção da CRI no método DCRL. ...................................................................................17
5.4.5
Cálculo da Contribuição de Iluminação Natural - CIN ........................................................................18
5.4.6
Verificação de adequabilidade do sistema ...........................................................................................18
5.5
ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS ZENITAIS .............................................18
5.5.1
Construção da máscara do ambiente ....................................................................................................18
5.5.2
Cálculo da Componente Celeste, CC ...................................................................................................19
5.5.3
Cálculo da Componente Refletida Externa, CRE.................................................................................19
5.5.4
Cálculo da disponibilidade de Luz Natural sobre a cobertura..............................................................20
5.5.5
Determinação da área iluminante total ................................................................................................20
5.5.6
Determinação do número de estruturas zenitais ...................................................................................20
5.5.7
Determinação do espaçamento dos sistemas zenitais para uniformidade de iluminação no plano de
trabalho 20
6
TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE OBSTRUÇÃO EM
PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA .............................................................................................................................21
7
DIAGRAMA DE FATORES DE FORMA PARA A HEMISFERA UNITÁRIA ..............................................22
8 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU ENCOBERTO ............23
9 DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU CLARO ........................24
10
TABELA DE COEFICIENTES DE REFLEXÃO (ρ) DE MATERIAIS E CORES: ......................................30
11
TABELA DE COEFICIENTES MÉDIOS DE TRANSMISSÃO (τ) DE VIDROS E PLÁSTICOS ..............30
12
TABELA DE COEFICIENTES DE MANUTENÇÃO (κM): ..........................................................................31
13
TABELA DE ILUMINÂNCIA EXTERIOR PERCENTUAL OBSTRUÍDA POR DIVERSOS TIPOS
DE FATORES DE SOMBRA (FS)*: ..........................................................................................................................31
14
TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO (κ
κU) PARA DOMOS .................................................32
15
TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO (κ
κU) PARA DIVERSOS TIPOS DE
ELEMENTOS ZENITAIS .........................................................................................................................................33
16
EQUAÇÕES EMPÍRICAS PARA O CÁLCULO DE ILUMINÂNCIAS INTERNAS..............................35
ρ – refletividade média das superfícies internas ..................................................................................................35
17
CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO GERAL DO AMBIENTE LUMINOSO .............................................36
17.1
Distribuição de luz natural ....................................................................................................................36
17.2
Iluminâncias da zona ............................................................................................................................36
18
BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................................37
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1
ILUMINAÇÃO NATURAL
Chama-se natural à iluminação que se obtém com a luz proveniente do sol e representada quer
pelos raios solares diretos, quer pelos raios indiretos da mesma proveniência, mas retransmitidos
pelo céu, pelas nuvens, pela vegetação, pelos edifícios ou por outros corpos. É uma luz dita de
espectro total e que apresenta a melhor resposta visual humana com a melhor reprodução de cores
dentre as fontes existentes (PRADO, 1961; ROBBINS, 1986).
2
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 Φ [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 4π lumens
(SZOKOLAY, 1980).
Tabela – φ de algumas fontes de luz (PEREIRA, 1994-A)
Especificação
Lâmpada de bicicleta 2W
Lâmpada incandescente 40 W
Lâmpada Incandescente 200 W
Lâmpada fluorescente de 40 W
Lâmpada de vapor de mercúrio 400W
φ
18 lm
350 lm
3.000 lm
2.500 lm
23.000 lm
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).
η=
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φ/w
[lm/W]
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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,
2
definida como a intensidade de um corpo negro de 1/60 cm de área, quando aquecido até a
tempratura do ponto de fusão da platina (MOORE, 1991; SZOKOLAY, 1980). O ângulo sólido ω,
expresso em esteradianos, é uma medida do espaço tridimensional, assim como o radiano o é para o
espaço bidimensional (PEREIRA, 1994 -A).
Ι=φ/Ω
Especificação
Lâmpada de bicicleta (sem refletor)
Lâmpada de bicicleta (com refletor)
Lâmpada incandescente 100 W
Lâmpada fluorescente de 40 W
Lâmpada de farol - sinalização marítima
I (cd)
1 cd
250 cd
110 cd
320 cd
2.106 cd
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=
φ
[ lux]
A
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Iluminação Natural
Dia de verão, pleno sol
Dia de inverno, meio-dia, ar livre
Lua cheia, céu limpo
Iluminação Artificial Geral
Escritório e escolas
Sala de estar
Dormitório
Boa iluminação de rua
E (lux)
100.000
10.000
0,25
300-500
150-200
70-100
15-25
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
d2
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
⋅ cos β
d2
2
LUMINÂNCIA L [cd/m ] - 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
2
milionésimo de cd/m até um limite de 1 milhão de
2
cd/m (PRADO, 1961; SZOKOLAY, 1980).
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Refletividade de superfícies
E⋅ρ
Preto
Iβ
Papel preto
L = ' ou L =
π
Fachada granito cinza
A
Paisagem exterior
onde ρ é o fator de reflexão da
Tinta branca
superfície.
ρ
1 - 2%
5%
20%
20 - 30%
85 - 90%
Onde A’ = A cos β, A é a área total da superfície, β é o ângulo de incidência à normal da superfície e
à direção de observação, e Iβ é a intensidade luminosa na direção considerada (PEREIRA, 1994 -A).
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, obtendose, assim, seu nível de iluminação natural (HOPKINSON, 1986).
Especificação
Area iluminada a 400lux
Papel branco
Papel preto
L(cd/m2)
100
5
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 objeto da tarefa visual é essencialmete tri-dimensional, nestes casos deve-se recorrer á
iluminação espacial (PEREIRA, 1994 - A).
ILUMINÂNCIA ESCALAR Es [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
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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).
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
2
de 25.000 cd/m . 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).
FATOR DE FORMA - é a fração da radiação deixando um elemento de superfície finita δS1 que
chega a uma outra superfície S2 de área.
FF
S1 - S2
= fluxo recebido por S2vindo de S2
fluxo total emitido por δS2
Quando os elementos possuem áreas diferentes A1 e A2, pela relação de reciprocidade se tem: FFδS1
- S2 .A1 = FFδS1 - 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 15o
de altitude cada uma) e em 24 linhas longitudinais que cortam a abóboda do zênite para o horizonte
o
(em “fatias” de 15 de varredura azimutal).
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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 - Iluminância para cada grupo de tarefa visual
Faixa
Iluminância
Tipo de Atividade
(lux)
A
20 - 50
Áreas públicas com arredores escuros.
Iluminação geral p/
áreas usadas
interruptamente ou
c/ tarefas visuais
simples
50 - 100
Orientação simples p/ permanência curta.
100 -200
Recintos não usados p/ trabalho contínuo, depósitos.
B
200 - 500
Iluminação geral
para área de
trabalho
500 - 1.000
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.
C
2.000 - 5.000
Iluminação
adicional p/ tarefas
visuais difíceis
5.000 - 10.000
1.000 - 2.000
10.000 - 20.000
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)
Tabela - Fatores determinantes para seleção do nível de iluminância por tipo de atividade
Característica da
Peso
tarefa e do
observador
-1
0
+1
Idade
Inferior a
40 a 55 anos
Superior a
40 anos
55 anos
Velocidade e Precisão
Sem
Importante
Crítica
importância
Reflectância do Fundo Superior a
30 a 70%
Inferior a
e da Tarefa
70%
30%
Para selecionar-se entre os níveis 1, 2 ou 3 da tabela de Iluminância em lux por tipo de atividade
Deve-se fazer a somatória de cada um dos pesosda tabela anterior. Se:
Soma
Valor selecionado
-3,-2
Nível 1
-1,0,+1
Nível 2
+2,+3
Nível 3
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Tabela – Iluminância em lux por tipo de atividade
Atividade
Acondicionamento
- engradamento, encaixotamento e empacotamento
Auditórios e anfiteatros
- tribuna
- platéia
- sala de espera
- bilheterias
Bancos*
Bibliotecas
- sala de leitura
- recinto de estantes
- fichário
Corredores e escadas
Escolas
- sala de aula
- quadro negro
- laboratório geral
- laboratório local
- sala de desenho
- sala de reuniões
Escritórios
- de registro, cartografia, etc.
- desenho, engenharia mecânica e arquitetura
- desenho decorativo e esboço
Hotéis
- banheiros
- espelhos (iluminação suplementar)
- sala de leitura – geral
- sala de leitura – mesa
- cozinha – geral
- cozinha – local
- quartos – geral
- quartos – cama (iluminação suplementar)
- escrivaninha
Residências
- sala de estar – geral
- sala de estar – local
- cozinha
- quartos de dormir – geral
- quartos de dormir – local (espelho, penteadeira, cama)
- hall, escadas, despensas, garagens – geral
- hall, escadas, despensas, garagens – local
- banheiros
Restaurantes
Lanchonetes
Nível 1
Nível 2
Nível 3
100
150
200
300
100
100
300
300
500
150
150
450*
500
750
200
200
750
750
300
200
200
75
500
300
300
100
750
500
500
150
200
300
150
300
300
150
300
500
200
500
500
200
500
750
300
750
750
300
750
750
300
1000
1000
500
1500
1500
750
100
200
100
200
150
300
100
150
200
150
300
150
300
200
500
150
200
300
200
500
200
500
300
750
200
300
500
100
300
idem hotel
idem hotel
idem hotel
75
200
idem hotel
100
150
150
500
200
750
100
300
150
500
150
200
200
300
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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.
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MÉTODO DE CÁLCULO DA CONTRIBUIÇÃO DE ILUMINAÇÃO NATURAL
(CIN)
O método de cálculo da Contribuição de Iluminação Natural (CIN), valor semelhante ao 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
o
o
o
o
o
o
solares de 15 , 30 , 45 , 60 , 75 e 90 , 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
5.1
Componente refletica externa
Fig. Componentes da iluminação natural
Componente reflet. interna
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.
5.2
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 de céu visto da terra dependerá da altitude do elemento acima do horizonte; do ângulo
zenital do sol, 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.
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Souza
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ABC
Fig. Distribuição de luminâncias para
Fig. Distribuição de luminâncias para
céu encoberto, segundo MOORE (1991) e CLARO céu claro, segundo MOORE (1991) e CLARO et al
et al (2004)
(2004)
5.3
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 15o, 30o, 45o, 60o, 75o e
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ABC
o
o
o
90 produzidos para divisões de céu de 10 em 10 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.
5.4
5.4.1
ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CIN PARA ABERTURAS LATERAIS
Construção da máscara do ambiente
• Determinação de ângulos horizontais ( ) e verticais ( ) das superfícies internas e externas;
Fig. Determinação dos ângulos no ambiente e projeção sobre o transferidor auxiliar.
5.4.2
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
• Escolha do DCRL para céu claro com altura solar mais próxima à encontrada (DCRL 15 , 30 ,
45o, 60o, 75o, 90o)
• Localização do Norte no DCRL.
• 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.
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ABC
O
N
S
L
Fig. Orientação do DRCL com o auxílio da carta solar local.
O
N
S
L
5.4.3
Figs. Superposição da máscara de obstrução sobre
o DRCL orientado e detalhe da sobreposição.
Cálculo da Componente Refletida Externa - CRE
Existem duas estratégias básicas para o cálculo da CRE: uma para céu claro e outra para céu
encoberto.
• 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 ρ.
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ABC
CRE = CCvista por reflexão * ρ
onde:
ρ - coeficiente de reflexão da superfície vista da abertura
Fig. 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.
5.4.4
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 = Σ (FFpi . ρi). (CC+CRE)
n= 1
onde:
n - número de superfícies
FFpi - área projetada de cada superfície
ρi - refletância de cada superfície interna
5.4.4.1 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 da literatura que o método DCRL tende a subestimar as
reflexões múltiplas 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.
Valor de kP
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ABC
Posição do ponto
Refletividade baixa
Refletividade média
Refletividade alta
próximo à abertura
6
2
1
posição intermediária
7
3
1
afastado da abertura
8
4
2
5.4.5
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
5.4.6 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.
5.5
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.
5.5.1
Construção da máscara do ambiente
•
Determinação de ângulos horizontais (α) e verticais (β) 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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ABC
Fig. Planta de uma edificação com representação
do entorno imediato.
5.5.2
Fig. Projeção do entorno da edificação
para o ponto central de sua cobertura.
Cálculo da Componente Celeste, CC
Céu encoberto
• Sobreposição da máscara de obstrução de entorno sobre o DCRL para céu encoberto.
• CC = (10.000 - soma dos valores sob a obstrução) /100 [%]
Céu claro
• 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 15o,
o
o
o
o
o
30 , 45 , 60 , 75 , 90 )
• Localização do Norte no DCRL
• Sobreposição da máscara de obstrução de entorno sobre o DCRL.
• CC = (10.000 - soma dos valores sob a obstrução) /100 [%]
5.5.3
Cálculo da Componente Refletida Externa, CRE
•
Seguir passos para cálculo da componente celeste
•
CRE = soma dos valores sob obstrução* refletividade da obstrução / 100 [%]
n=1
CRE = Σ (Co . ρi) / 100 [%]
n= i
onde:
n - número de superfícies
Co - componente obstruída do céu a 180o (céu oposto)
ρi - refletância de cada superfície interna
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ABC
5.5.4
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+CRE) EH total
5.5.5
Determinação da área iluminante total
E = ϕ/S ou: S = ϕ/E
Szenital = (Ep . Sambiente) / (Ed.m.ku)
onde:
Ep
= nível de iluminação requerida no plano de trabalho (verificar tábelas da NBR5413/82)
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
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
l
h
- comprimento do recinto
- largura do recinto
- altura do plano de trabalho ao teto
Interpolar os valores das refletividades e de ir para se achar ku.
5.5.6
Determinação do número de estruturas zenitais
N = Sz / Su
onde:
Sz = área total de zenitais
Su = área unitária de cada zenital
5.5.7
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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ABC
6
TRANSFERIDOR AUXILIAR PARA O TRAÇADO DE MÁSCARAS DE
OBSTRUÇÃO EM PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA
Fig.14.1 - Transferidor Auxiliar
Fonte: SOUZA (1997)
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7
DIAGRAMA DE FATORES DE FORMA PARA A HEMISFERA UNITÁRIA
Fig 15.1. Fatores de Forma da Hemisfera Unitária
Fonte: SOUZA (1997)
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ABC
8
DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU
ENCOBERTO
Fig.16.1 - DCRL para Céu Encoberto
Fonte: SOUZA (1997)
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ABC
9
DIAGRAMAS DE CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DE LUZ (DCRL) PARA CÉU
CLARO
Fig.17.1 - DCRL para altura solar 15°
Fonte: SOUZA (1997)
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Fonte: SOUZA (1997)
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Fonte: SOUZA (1997)
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Fonte: SOUZA (1997)
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Fonte: SOUZA (1997)
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Fonte: SOUZA (1997)
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ABC
10 TABELA DE COEFICIENTES DE REFLEXÃO (ρ) DE MATERIAIS E CORES:
Materiais
ρ (%)
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
ρ (%)
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
11 TABELA DE COEFICIENTES MÉDIOS DE TRANSMISSÃO (τ) 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
τ (%)
85
86
80
80-85
75-80
74
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).
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75-80
66-75
55-70
55-78
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ABC
12 TABELA DE COEFICIENTES DE MANUTENÇÃO (κM):
Correção do fator de luz diurna (FLD) para perdas devido à sujeira da superfície iluminante.
Tipo de
Local
Tipo
de
trabalho
Limpo
Sujo
Limpo Sujo
Limpo
Sujo
Limpo Sujo
Limpo
Sujo
Limpo Sujo
Estado de
Conservação
Superfície Iluminante
κm (%)
Vertical
Inclinada
Horizontal
Bom
90
70
80
60
70
50
Regular
80
70
70
60
60
50
Mau
70
60
60
50
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).
13 TABELA DE ILUMINÂNCIA EXTERIOR PERCENTUAL OBSTRUÍDA 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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ABC
14 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO (κU) PARA DOMOS
Teto/Forro
Paredes
Altura do
Poço = 0
d/h = 1,25
Altura do
Poço =
1/2 x raio do
poço
d/h = 1,0
Altura do
Poço =
1 x raio do
poço
d/h = 1,0
Altura do
Poço =
2 x raio do
poço
d/h = 0,75
Altura do
Poço =
4 x raio do
poço
d/h = 0,50
Coeficiente de Reflexão (ρ
ρ)
0,50
0,70
Índice do
Local (ir)
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
∞
0,60
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
∞
0,30
0,10
0,30
00
0,50
0,30
0,10
0,50
0,30
0,10
00
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
Coeficientes de Utilização (κ
κu)
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
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).
Nov-08
Souza
Pág.: 32
ABC
15 TABELA DE COEFICIENTES DE UTILIZAÇÃO (κU) PARA DIVERSOS TIPOS
DE ELEMENTOS ZENITAIS
Teto/Forro
Paredes
Cobertura de
inclinação
dupla
Espaçamento:
Rendim. = 0,94
Dente-serra
c/
superfície
ilumin. vertical
d/h = 2 : 1
Rendimento = 0,34
0,50
0,70
0,30
0,10
ρ)
0,50
0,30
0,50
0,30
0,10
0,30
0,10
00
00
Índice
do
Local
(ir)
0,60
0,80
1,00
0,34
0,40
0,45
0,30
0,39
0,43
0,27
0,36
0,41
0,34
0,40
0,44
0,30
0,39
0,42
0,27
0,36
0,41
0,30
0,39
0,42
0,27
0,36
0,41
0,27
0,35
0,38
1,25
1,50
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,60
0,80
1,00
0,50
0,51
0,57
0,59
0,62
0,64
0,68
0,76
0,07
0,11
0,14
0,47
0,49
0,55
0,56
0,60
0,63
0,65
0,76
0,06
0,08
0,11
0,46
0,47
0,53
0,55
0,59
0,61
0,65
0,76
0,04
0,07
0,10
0,50
0,51
0,56
0,59
0,62
0,64
0,66
0,74
0,07
0,10
0,13
0,47
0,49
0,53
0,56
0,59
0,64
0,65
0,74
0,05
0,08
0,10
0,45
0,47
0,52
0,55
0,58
0,61
0,63
0,74
0,04
0,06
0,09
0,47
0,49
0,53
0,55
0,59
0,61
0,63
0,73
0,05
0,08
0,10
0,45
0,46
0,52
0,53
0,58
0,60
0,62
0,73
0,03
0,06
0,08
0,44
0,46
0,51
0,53
0,56
0,60
0,62
0,71
0,03
0,05
0,07
1,25
1,50
2,00
0,16
0,17
0,19
0,13
0,15
0,17
0,12
0,13
0,16
0,15
0,16
0,18
0,13
0,14
0,16
0,11
0,12
0,15
0,12
0,13
0,15
0,10
0,12
0,14
0,09
0,10
0,12
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,60
0,80
1,00
0,21
0,22
0,24
0,25
0,30
0,19
0,25
0,30
0,20
0,21
0,22
0,24
0,30
0,16
0,21
0,26
0,18
0,19
0,21
0,23
0,30
0,15
0,20
0,25
0,20
0,21
0,22
0,23
0,29
0,19
0,25
0,29
0,18
0,19
0,21
0,22
0,29
0,16
0,21
0,26
0,17
0,18
0,20
0,21
0,29
0,14
0,20
0,24
0,17
0,18
0,19
0,20
0,27
0,16
0,21
0,25
0,16
0,17
0,18
0,21
0,27
0,14
0,20
0,24
0,14
0,15
0,17
0,18
0,27
0,14
0,18
0,21
κu)
1,25
0,31
0,30
0,27
0,31
0,29
0,26
0,27
0,26
0,24
1,50
0,34
0,31
0,30
0,32
0,31
0,29
0,30
0,27
0,26
2,00
0,36
0,35
0,32
0,36
0,34
0,32
0,34
0,32
0,29
2,50
0,39
0,38
0,35
0,38
0,36
0,34
0,35
0,32
0,31
3,00
0,40
0,39
0,38
0,40
0,38
0,36
0,36
0,35
0,32
4,00
0,42
0,41
0,40
0,41
0,40
0,39
0,39
0,38
0,35
5,00
0,44
0,42
0,41
0,42
0,41
0,40
0,40
0,39
0,36
0,49
0,49
0,49
0,48
0,48
0,48
0,45
0,45
0,42
∞
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).
Dente-serra c/
superf.iluminante
inclinada
d/h = 2 : 1
Rendim. = 0,58
Nov-08
Souza
Pág.: 33
ABC
CONTINUAÇÃO
Teto/Forro
Paredes
0,50
0,70
0,30
0,10
Índice
do
Local
(ir)
Lanternin c/
superf.
iluminante
vertical
d/h = 2 : 1
Rendim. = 0,31
Lanternin c/
superf.
ilumin.
assimétrica
d/h = 2 : 1
Rendim. = 0,30
Lanternin c/
superf.
iluminante
inclinada
d/h = 2 : 1
Rendim. = 0,59
Lanternin c/
superf.
ilumin. inclinada e
assimétrica
d/h = 2 : 1
Rendim. = 0,46
ρ)
0,50
0,30
0,50
0,30
0,10
0,30
0,10
00
00
κu)
0,60
0,80
1,00
0,07
0,09
0,12
0,05
0,07
0,10
0,04
0,06
0,08
0,06
0,09
0,11
0,05
0,07
0,09
0,04
0,06
0,08
0,05
0,07
0,09
0,04
0,06
0,03
0,03
0,05
0,07
1,25
1,50
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,60
0,80
1,00
0,14
0,15
0,17
0,18
0,20
0,21
0,21
0,25
0,07
0,10
0,13
0,12
0,13
0,15
0,17
0,18
0,20
0,20
0,25
0,05
0,08
0,11
0,10
0,12
0,14
0,15
0,17
0,19
0,19
0,25
0,04
0,06
0,08
0,13
0,15
0,16
0,18
0,19
0,20
0,20
0,25
0,07
0,10
0,12
0,11
0,13
0,15
0,16
0,18
0,19
0,19
0,25
0,05
0,07
0,11
0,10
0,12
0,14
0,15
0,17
0,19
0,19
0,25
0,04
0,06
0,08
0,11
0,13
0,15
0,16
0,17
0,19
0,19
0,24
0,05
0,07
0,11
0,10
0,11
0,13
0,15
0,16
0,18
0,18
0,24
0,04
0,06
0,08
0,09
0,11
0,13
0,14
0,16
0,17
0,17
0,23
0,04
0,06
0,08
1,25
1,50
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,60
0,80
1,00
0,16
0,17
0,19
0,20
0,22
0,23
0,24
0,29
0,17
0,23
0,27
0,13
0,14
0,17
0,18
0,19
0,22
0,23
0,29
0,14
0,19
0,24
0,11
0,12
0,16
0,17
0,18
0,20
0,22
0,29
0,12
0,17
0,22
0,14
0,16
0,18
0,19
0,20
0,23
0,24
0,27
0,17
0,23
0,26
0,13
0,14
0,17
0,18
0,19
0,22
0,23
0,27
0,14
0,19
0,24
0,11
0,12
0,16
0,17
0,18
0,20
0,22
0,27
0,12
0,17
0,22
0,13
0,13
0,16
0,18
0,19
0,20
0,22
0,27
0,13
0,19
0,23
0,11
0,12
0,14
0,17
0,18
0,20
0,22
0,27
0,12
0,17
0,22
0,10
0,12
0,14
0,16
0,17
0,19
0,20
0,26
0,12
0,16
0,19
1,25
1,50
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,60
0,80
1,00
0,30
0,32
0,35
0,37
0,40
0,41
0,42
0,49
0,15
0,19
0,23
0,26
0,29
0,31
0,35
0,36
0,38
0,41
0,49
0,12
0,16
0,20
0,24
0,26
0,30
0,32
0,35
0,37
0,38
0,49
0,09
0,13
0,18
0,29
0,31
0,34
0,35
0,38
0,40
0,42
0,48
0,13
0,19
0,22
0,26
0,29
0,31
0,34
0,36
0,38
0,40
0,48
0,12
0,16
0,19
0,24
0,26
0,29
0,31
0,34
0,36
0,38
0,48
0,09
0,13
0,18
0,26
0,27
0,31
0,32
0,35
0,37
0,38
0,47
0,11
0,16
0,19
0,24
0,26
0,29
0,31
0,34
0,36
0,37
0,47
0,09
0,13
0,18
0,23
0,24
0,27
0,30
0,32
0,35
0,36
0,46
0,09
0,13
0,16
1,25
1,50
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00
∞
0,26
0,27
0,30
0,32
0,34
0,35
0,35
0,40
0,23
0,24
0,27
0,30
0,31
0,34
0,34
0,40
0,20
0,22
0,24
0,27
0,32
0,32
0,34
0,40
0,24
0,26
0,28
0,31
0,34
0,34
0,35
0,40
0,23
0,24
0,26
0,28
0,32
0,32
0,34
0,40
0,20
0,22
0,24
0,27
0,31
0,31
0,32
0,40
0,22
0,23
0,26
0,28
0,32
0,32
0,34
0,39
0,20
0,22
0,24
0,27
0,31
0,31
0,32
0,39
0,19
0,20
0,24
0,26
0,30
0,30
0,31
0,38
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).
Nov-08
Souza
Pág.: 34
ABC
16 EQUAÇÕES EMPÍRICAS PARA O CÁLCULO DE ILUMINÂNCIAS INTERNAS
Este método desenvolvido por SOUZA (2004) leva em consideração apenas as componentes celeste
e refletida interna, ou seja:
Ei = CC + CRI
Como a componente refletida interna depende da luz que entra pela abertura e é refletida nas
paredes, para fins de elaboração do modelo matemático a CRI foi considerada como um fator de
majoração da luz obtida diretamente, pela componente celeste, ou seja:
Ei = CC . CRI
Souza (2004) desenvolveu as seguintes equações para o cálculo da CC e da CRI para as condições
de céu claro e de céu encoberto, que levam em conta as variáveis, iluminância difusa externa, Ed,
ângulo sólido, Ω’, ângulo entre o centro da abertura e o ponto interno considerado, Zi, e azimute do
sol em relação à normal à abertura, ψi.
Tabela – Equações para a CC e para a CRI para céu claro e céu encoberto.
Componente celeste (lux)
Componente Refletida interna (%)
Céu claro
CRIcl = 3,14 Ed 0,06 Ω’p 3,4 ρ 0,67 e (0,02 senZi)
CCcl = 0,90Ed0,73 Ω’0,63 e(0,23 senZi + 0,05 cosψi )
Céu Encoberto
CCen = 1,63Ed0,68 Ω’0,79 e(0,11 senψf –0,29cosψf)
CRIen = 2,16Ed 0,06 Ω’p 3,50 ρ0,25 e(-0,06 senZi )
Onde:
Ed = Iluminância difusa horizontal externa
Ω’ = (A/d2) cosθ
θ1.cosθ
θ2.cosθ
θ 3 (ângulo sólido)
A= área
d = distância do ponto ao centro da janela
θ1 = ângulo horizontal entre o ponto e o centro da janela
θ2 = ângulo vertical entre o ponto e o centro da janela
θ3 = ângulo entre a normal ao sensor e o centro da janela
ψf - ângulo entre o sol e o centro da abertura (azimute do sol em relação à fachada)
Zi - ângulo entre a normal do ponto considerado e o centro da janela
ρ – refletividade média das superfícies internas
Estes níveis podem ser calculados com o auxílio da planilha “iluminância externa” desta ferramenta,
ou entrados diretamente pelo usuário nas células correspondentes.
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CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO GERAL DO AMBIENTE LUMINOSO
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
O índice de diversidade deve ser comparado às faixas apresentadas nos gráficos para análise
qualitativa do ambiente
17.1 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
17.2 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:
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
5
Excessivo
Iluminância superior a 3.000 lux
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ABC
18 BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), NBR15215-1 - Iluminação natural - Conceitos básicos e
definições. Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), NBR15215-2 - Iluminação natural - Procedimentos de cálculo
para a estimativa da disponibilidade de luz natural Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), NBR15215-3 - Iluminação natural - Procedimento de cálculo para
a determinação da iluminação natural em ambientes internos. Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), NBR15215-4 - Iluminação natural - Verificação experimental das
condições de iluminação interna de edificações - Método de medição Rio de Janeiro, ABNT, 2005
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR 5461: Iluminação - Terminologia. Rio de
1991.
Janeiro, ABNT,
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR 5413: Iluminação de Interiores. Rio de
1982.
Janeiro, ABNT,
CHICHIERCHIO, L. C. Manual Técnico de Iluminação Zenital. São Paulo, COLORPLAST, s/ data.
CINTRA DO PRADO, L. Iluminação. São Paulo, FAU/USP, vols. I a IV, 1961.
EGAN, M. D. Concepts in Architectural Lighting. New York, McGraw-Hill, 1983.
HOPKINSON, R. G.; PETHERBRIDGE, P. & LONGMORE, J. Iluminação Natural. Trad. A. S. Faria,
Calouste Gulbenkian, 1980, 2a. edição.
Lisboa, Fundação
HOPKINSON, R. G. Architectural Physics: lighting. London, HMSO, 1963.
ILLUMINATING Engineering Society. Lighting Handbook: Reference Volume. New York, Illuminating Engineering Society,
1984.
ILLUMINATING Engineering Society. Lighting Handbook: Application Volume. New York, Illuminating Engineering Society,
1987.
KOENIGSBERGER, O. H.; INGERSOLL, T. G.; MAYHEW, A. & SZOKOLAY, S. V. Viviendas y Edificios en Zonas Cálidas
y Tropicales. Trad. E. R. Ros. Madrid, Paraninfo, 1977.
LAM, W. M. C. Sunlighting as Formgiver for Architecture. New York, Van Nostrand Reinhold, 1986.
MASCARÓ, L. R. Energia na Edificação: estratégia para minimizar seu consumo. São Paulo: Projeto, 1985.
MASCARÓ, L. E. R. Luz, Clima e Arquitetura. São Paulo, Nobel, 1983, 3a. edição.
MASCARÓ, L. R. & VIANA, N. S. Iluminação Natural. Porto Alegre, PROPAR/UFRS, 1980.
MOREIRA, V. A. Iluminação e Fotometria: teoria e aplicação. São Paulo, Edgar Blücher, 2a edição, 1982.
MOORE, F. Concepts and Practice of Architectural Daylighting. New York, Van Nostrand Reinhold,
PEREIRA, F. O. R. Apostila do Curso de Especialização em Engenharia de Segurança do
Centro Tecnológico/UFSC, 1994.
1991.
Trabalho. Florianópolis,
SCARAZZATO, P. S. O Conceito de Dia Típico de Projeto Aplicado à Iluminação Natural: dados
localidades brasileiras. [Tese de Doutorado], São Paulo, FAU/USP, 1995.
referenciais para
SOUZA, Roberta V. G. de. Iluminação natural em edificações: cálculo de iluminâncias internas - desenvolvimento de
ferramenta simplificada e sua aplicação à legislação construtiva. [Dissertação de Mestrado], Florianópolis,
CT/UFSC, 1997.
SOUZA, Roberta V. G. de. Desenvolvimento de modelos matemáticos para a descrição dos fenômenos deiluminação
natural externa e interna, [Tese de Douturado], Florianópolis, CT/UFSC, 2004.
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Exercício 1:
Determine o nível de iluminação no ponto P, na figura abaixo, verificando se este atende
ou não às recomendações da norma para o dia 22 de junho às 15:00 h. Levar em
consideração o céu claro com um Ee = 9.000 lux
Dados gerais
ρ obstáculos externos
ρ teto
ρ paredes
τ vidro
ko
km
orientação da sala =
0.40 (coeficiente de reflexão da parede do obstáculo)
0.75 (coeficiente de reflexão do teto)
0.50(coeficiente de reflexão da parede interna)
0.70 (coeficiente de transmissividade do vidro)
0.75 (coeficiente de obstrução devido ao caixilho)
0.90 (coeficiente de manutenção)
oeste
80
120
150
ponto P
20
100
250
M1
1060
CORTE DA SALA
PT
M2
M
750
PLANTA SALA CETEPS
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Questão:
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 ρ = 0.48
Cores internas paredes azuis
ρ = 0.40
Teto branco ρ = 0.70
Piso escuro ρ = 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
11
Bd
10
1.5
7.5
30°
Be
3
10
4
a
10
PLANTA
CORTE
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