57

3. A LUZ NATURAL E O EDIFÍCIO

Apresenta-se neste capítulo as bases científicas do cálculo da disponibilidade

do recurso LUZ NATURAL e a abordagem utilizada para a qualificação do seu uso em

termos de conforto visual. São estudados os fenômenos relacionados à luz, o sol e o

céu como fontes de luz natural, o seu comportamento diante das condições

ambiente-edificação e as respostas humanas às sensações visuais. São apresentados,

ainda, um modelo de cálculo para predição da quantidade de luz natural disponível,

um modelo para predição da sensação de desconforto visual dentro de edifícios,

além de um código computacional implementando estes modelos de cálculo.

3.1 – A Luz Natural

O que o ser humano percebe como luz visível é a faixa de radiação que

possui comprimentos de onda entre 3,8x10-7 m a 7,6x10-7 m e que representa cerca

de 1,9% do espectro eletromagnético total existente na natureza, ou ainda 50% de

toda a radiação emitida pelo sol, ou seja, do espectro solar total. No espectro visível,

os comprimentos de onda mais estreitos correspondem ao violeta profundo

enquanto os mais longos, ao vermelho profundo (figura 3.1). O olho humano

possui a sua maior sensibilidade para radiações de comprimento de onda de 555 nm

(5,5x10-7 m), que corresponde à sensação de um amarelo similar à da luz solar.

Figura 3.1 - O espectro eletromagnético Fonte: Adaptado de ROBBINS (1986)

58

3.2 - Medidas da Luz

A intensidade de uma fonte luminosa se mede em candelas (cd). Esta é a

unidade básica reconhecida pelo Sistema Internacional, e é definida como a

intensidade de um corpo negro emissor uniforme de 1/60 cm2 na temperatura de

fusão da platina. Todas as demais unidades utilizadas em iluminação dela derivam.

Mede-se a energia radiante visível pelo fluxo luminoso produzido pela fonte

luminosa, o qual é expresso em lúmens (lm), que por sua vez é definido como o

fluxo produzido por uma fonte pontual de 1 cd em um ângulo sólido de valor

unitário. Como a superfície de uma esfera compreende 4π (=12,56) unidades de

ângulo sólido, uma fonte pontual de 1 cd emitirá, portanto, um total de 12,56 lm em

todas as direções. Em se tratando da distribuição de luz sobre uma superfície, ou

seja, de níveis de iluminação ou ILUMINAMENTOS, a medida adotada como unidade

é o lux, definido como o fluxo luminoso de um lúmen incidente numa superfície de

um metro quadrado. Em termos de luz refletida, isto é, para fontes secundárias de

luz que não emitem luz própria, não se utiliza o lux como unidade de grandeza e,

sim, uma unidade de medida que relaciona o poder de reflexão da superfície (a sua

reflectância) e a iluminação que sobre ela incide, com o brilho físico resultante, ou

LUMINÂNCIA. Suas unidades são deduzidas de duas formas distintas: a primeira

parte da consideração de uma fonte luminosa de 1 m2 e intensidade de 1 cd. Desta

forma, a luminância dessa superfície é de 1 cd/m2. A segunda dedução parte do

princípio de uma superfície perfeitamente difusora e de reflectância igual a 1,

submetida a um iluminamento de 1 lux. A luminância desta superfície é de um

Apostilb ou Blondel.

Em termos de luz natural, o sol pode ser considerado como uma fonte

pontual para um observador na superfície terrestre, apesar de seu grande tamanho

físico. O céu, por sua vez, é uma fonte luminosa extensa. As diferenças

fundamentais entre estas duas fontes são as sombras produzidas por elas e o tipo de

fluxo produzido. Uma fonte pontual produz uma única e nítida sombra do objeto

iluminado, na direção do sentido de propagação da luz, e emite raios luminosos

paralelos entre si ou convergentes. Uma fonte extensa tende a produzir sombras

mais suaves e em direções diversas e emitem um fluxo omnidirecional.

59

3.3 - Luz e Visão

Os órgãos humanos da visão são constituídos de uma série de componentes

orgânicos, cada qual com sua função específica, entre os quais pode-se citar o olho,

a retina, o nervo ótico, o quiasma visual e o trato ótico. A sensação visual varia

muito do dia para a noite, alterando a nossa acuidade, ou seja, o grau de definição

das imagens. À visão diurna dá-se o nome de VISÃO FOTÓPICA e à visão noturna,

de VISÃO ESCOTÓPICA. O olho humano precisa de um período de adaptação de

aproximadamente 60 minutos, para que da visão diurna passe a trabalhar com toda

eficiência em níveis escotópicos de visão, na escuridão total (ROBBINS, 1986).

Pode-se afirmar porém, que uma adaptação de 70% acontece num período de 90

segundos, quando a diferença de claridade entre o ambiente externo e o interno é da

ordem de 100:1 e de alguns minutos quando esta diferença for de 1000:1.

Figura 3.2 - Sensibilidade ocular (em nanômetros) a- Visão Escotópica, b-Visão Fotópica

Fonte: Adaptado de ROBBINS (1986)

O conhecimento dessas características e limitações do olho humano é de

extrema importância para se projetar ambientes internos que possuam condições de

iluminação não muito diferentes umas das outras, de modo a evitar que os olhos

tenham de se adaptar continuamente a estes diferentes níveis de iluminação.

Tomando-se estes cuidados, evita-se que o usuário sofra de cansaço visual ou até

mesmo inabilidade para executar tarefas visuais durante o período de adaptação.

60

3.4 – Conforto Visual

Por definição, o conforto visual consiste em se dispor de vistas agradáveis e

ausência de fontes de luz parasitas e perturbadoras dentro do campo visual humano.

De acordo com esta definição, pode-se perceber que uma parcela do conforto visual

está relacionada com o equilíbrio psicológico do indivíduo e que uma outra parcela

está ligada aos aspectos físicos da visão. Realmente, um dos critérios menos

utilizados ao se pensar na iluminação de ambientes, é o de prover uma vista

suficiente do céu. Porém, essa visão tem uma influência sobre o equilíbrio

psicológico, notadamente em ambientes de trabalho. Quanto ao problema físico da

visão, o conforto visual pode ser descrito em grande parte pelos conceitos de

ofuscamento e contraste ao nível da tarefa.

O ofuscamento é sentido quando existe em dois pontos distantes do campo

de visão uma diferença acentuada de brilho. Uma pequena janela com vista para um

céu encoberto pode ser uma causa de ofuscamento, caso não exista no ambiente

iluminação suplementar suficiente para aproximar a luminância das superfícies

internas à luminância da janela. Classifica-se em dois tipos principais, sendo o

primeiro tipo relacionado à uma sensação que impossibilita o indivíduo a realizar

suas tarefas. Neste caso, o ofuscamento é dito INABILITANTE e se caracteriza pelo

efeito de uma perda de visibilidade instantânea e indolor. O segundo tipo está

relacionado a uma sensação de desconforto e, portanto, este tipo de ofuscamento é

dito DESCONFORTÁVEL, porque a tarefa pode ser realizada, porém às custas de

cansaço visual ao longo de algum tempo. Seu efeito pode ser instantâneo ou a longo

termo e, geralmente, é acompanhado de algum nível de dor.

O ofuscamento é o principal problema encontrado ao se projetar sistemas de

iluminação natural, pois, de uma maneira geral, a iluminação de ambientes através de

aberturas laterais só consegue manter níveis de iluminação próximos aos externos

numa região próxima à própria janela. Se o ocupante se posiciona dentro deste

ambiente de modo que possa enxergar ao mesmo tempo o fundo (mais escuro) do

cômodo e o céu brilhante (através da janela), torna-se muito grande a chance de

sentir o ofuscamento.

61

A falta de contraste entre diversas superfícies alinhadas ao campo ótico é a

outra causa de desconforto visual. O contraste, na realidade, é fundamental para que

o cérebro consiga decifrar características importantes do ambiente, como

profundidade e textura. O desconforto causado pela sua ausência pode ser sentido

ao se tentar enxergar um objeto branco diante de um fundo também branco e

brilhante. De uma maneira geral, contudo, problemas com ausência de contraste não

são comuns ao uso de iluminação natural, devido ao fato do sol estar sempre se

movimentando e proporcionando o aparecimento de sombras no ambiente. Em

alguns casos de iluminação zenital com condições de céu encoberto, em que as

sombras são muito suaves ou praticamente inexistentes, pode-se perceber o

problema, mas são ocorrências muito raras devido também ao fato de grande parte

das superfícies internas dos cômodos apresentarem sempre uma diferença de

tonalidade e de cor que favorecem a diferenciação das luminâncias.

3.5 – A Alta Qualidade Ambiental em Relação ao Conforto Visual

Recentemente, Hetzel (2003) apresentou de maneira bastante clara e

abrangente o problema do conforto visual em espaços construídos, relacionando

não apenas as necessidades desses espaços em relação à luz natural, mas também os

princípios a serem seguidos para se conseguir suprir essas necessidades. Seguindo a

sua abordagem, as exigências elementares relacionadas com uma edificação que se

pretende de ALTA QUALIDADE AMBIENTAL, são as seguintes:

• relação visual satisfatória com o exterior;

• iluminação natural ideal em termos de conforto e gastos energéticos;

• iluminação artificial satisfatória de suporte à iluminação natural.

E os princípios para fazer face essas exigências são os seguintes:

• dispor de luz natural nas zonas de ocupação situadas no fundo da peça;

62

• buscar um equilíbrio de luminâncias com o ambiente exterior;

• evitar o ofuscamento direto ou indireto;

• permitir vistas desimpedidas e agradáveis a partir das zonas de ocupação dos

locais;

• proteger a intimidade de certos locais;

• utilizar preferencialmente revestimentos claros na decoração dos locais;

• otimizar as superfícies envidraçadas, em termos de conforto visual, tratando

seu posicionamento, dimensionamento e proteção solar.

Claramente, algumas dessas exigências e princípios não estão relacionados

com quaisquer propriedades físicas da edificação ou de seus componentes,

possuindo um caráter subjetivo e dependendo exclusivamente da sensibilidade e da

vontade expressa do arquiteto em provê-los adequadamente. Assim, a exigência de

RELAÇÃO SATISFATÓRIA COM O EXTERIOR, só pode ser solucionada através de um

acordo entre os atores envolvidos no projeto, notadamente, projetista e usuário. Da

mesma forma, os princípios PERMITIR VISTAS DESIMPEDIDAS E AGRADÁVEIS A

PARTIR DAS ZONAS DE OCUPAÇÃO DOS LOCAIS, PROTEGER A INTIMIDADE DE

CERTOS LOCAIS e UTILIZAR PREFERENCIALMENTE REVESTIMENTOS CLAROS NA

DECORAÇÃO DOS LOCAIS, devem ser seguidos, mas independem de fatores físicos

mensuráveis relacionados à luz natural e, portanto, não podem ser quantificados ou

calculados. Por isso, neste trabalho, considera-se apenas as necessidades e princípios

que possam de alguma forma ser levantados conhecendo-se os aspectos

geométricos da edificação e os fenômenos físicos envolvidos com a captação e

utilização da luz natural. Assim, fixou-se o foco no problema da obtenção de

iluminação natural ideal em termos de conforto (controle do ofuscamento) e em

relação aos gastos energéticos (uso adequado da luz natural, considerando-a como

redutor da potência necessária à luz artificial complementar). Para isso, é necessário

estudar como calcular o ofuscamento no interior de cômodos iluminados por

janelas e como calcular a quantidade de luz natural disponível dentro de uma sala

que possa substituir uma parcela da luz artificial.

63

Vale ressaltar que o problema sempre presente da luz natural (radiação solar)

como componente ampliador da potência necessária de refrigeração devido ao

aporte térmico, é tratado separadamente nesta pesquisa no estudo das condições de

conforto higrotérmico.

3.6 – O Cálculo do Ofuscamento Devido a Uma Janela

O cálculo do ofuscamento DESCONFORTÁVEL depende principalmente do

brilho da fonte luminosa, do brilho das superfícies no campo visual descontada a

fonte luminosa, e da posição da fonte de luz em relação à linha de visão. Um índice

de desconforto visual devido ao ofuscamentos deve ser baseado nestas três

variáveis. A fórmula adotada para o cálculo desse índice, (CHAUVEL et al, 1982) é

mostrada abaixo. O somatório permite o cálculo dos ofuscamentos considerando

diversas fontes no campo visual.

GI = 10 log10 ∑ 0.4776 [(Ls1.6 Ω0.8) / (Lb + 0.07 ϖ0.5 Ls)] onde: [3-1]

• . Ls é a luminância da fonte (janela), (cd/m2);

• . Lb é a luminância das superfícies do fundo (paredes), (cd/m2);

• . ϖ é o ângulo sólido subentendido pela fonte, em relação ao observador (sr);

• Ω é o ângulo sólido subentendido pela fonte e modificado pelo efeito de

posição no campo visual, (sr)

A determinação de Ls, Lb, ϖ e Ω é descrita detalhadamente nos itens a seguir.

3.6.1 – Cálculo da luminância da fonte

Ls = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛85.0gsp T

vE

onde [3-2]

64

Esp é o iluminamento (em lux) calculado na posição do observador (usuário), Tg é a

transmitância do vidro da janela e “v ” é o fator de direção-de-visão, descrito como

v = 0.8536 (e 0.0733A) [3-3]

em que “A” é o ângulo entre a direção da linha de visão do usuário e o centro da

janela.

3.6.2 – Cálculo da luminância do fundo

Lb = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

85.0gT

zEREIREπ

[3-4]

onde IRE é a componente refletida interior (parte da iluminação natural num ponto

interior devida à luz recebida das superfícies refletoras interiores), ERE é a

componente refletida exterior (parte da iluminação natural num ponto interior

devida à luz recebida diretamente das superfícies refletoras exteriores), e “z” é um

fator calculado em relação ao iluminamento exterior sobre uma superfície horizontal

Eh, por:

z = (1.9785 ln Eh) – 15.9164 [3-5]

3.6.3 – Cálculo do ângulo sólido e do ângulo sólido modificado

O ângulo sólido ϖ é calculado pela relação:

ϖ = 2

coscosd

A φθ [3-6]

onde “A” é a área envidraçada da janela, θ e φ são os ângulos em altura e azimute

entre a linha de visão e o centro da janela, e “d” a distância dos olhos do observador

ao centro da janela.

65

O olho humano não percebe o brilho de uma fonte da mesma maneira ao

longo de todo o campo visual. É possível relacionar, entretanto, o brilho relativo de

uma fonte disposta fora da linha de visão, com o brilho da mesma fonte colocada

exatamente na linha de visão. Este índice de posição (ver figura 3.3), utilizado no

cálculo de Ω (ângulo sólido modificado), é calculado pela fórmula (McHUGH,

1995):

P = exp10-4β [340.6 + 2.102β -α(0.01636α + 1.605)] onde [3-7]

α = ângulo em relação à vertical entre o plano vertical da linha de visão a fonte

luminosa, tomado no plano contendo a fonte luminosa (em graus);

β = ângulo entre a linha de visão e a direção da fonte luminosa em relação ao

observador (em graus);

Figura 3.3 – Componentes do Índice de Posição P

Fonte: Adaptado de Mc HUGH (1995)

Conhecidos ϖ e P, pode-se então calcular o ângulo sólido modificado através da

relação:

Ω = ∫ δϖ/P2 [3-8]

onde δϖ é o ângulo sólido infinitesimal para cada ponto do campo visual contendo

uma fonte luminosa.

66

3.6.4 – Cálculo do índice de ofuscamento para fontes de luz natural

No caso da avaliação do ofuscamento devido à janelas, a fonte de luz é

natural, devendo ser modificada em relação àquelas realizadas para fontes artificiais.

Isto porque, aparentemente, há uma tolerância maior para ofuscamentos suaves

devido ao céu visto através de uma janela do que para uma mesma fonte artificial

apresentando o mesmo brilho (ROBBINS, 1986). Essa correção pode ser feita

através de correlação proposta por Chauvel et al (1982):

DGI = 2/3(GI + 14) [3-9]

onde DGI (Daylight Glare Index) é o Índice de Ofuscamento para fontes de luz

natural e GI (Glare Index) é o Índice de Ofuscamento para fontes de luz artificial,

este último calculado pela fórmula [3-1]. Os critérios para a sensação de desconforto

em relação aos valores encontrados para estes dois índices são descritos na tabela

3.1 a seguir.

Tabela 3.1 – Comparação entre GI e DGI para diversas sensações de desconforto Fonte: Adaptado de Mc HUGH (1995)

SENSAÇÃO DE DESCONFORTO GI DGI Imperceptível 10 16

13 18 Aceitável 16 20

19 22 Desconfortável 22 24

25 26 Intolerável 28 28

A questão do controle dos ofuscamentos devido à presença das luminárias

deve ser tratada separadamente daquela relacionada à presença da janela no campo

visual, podendo ser resolvida na escolha adequada das mesmas. Assim, considera-se

neste trabalho como sendo um problema já resolvido e, portanto, fora de questão.

67

3.7 – O Cálculo da Iluminação Ideal em Termos de Consumo Energético

O cálculo da iluminação ideal, em termos de consumo de energia elétrica,

está relacionado com a porcentagem de luz necessária para iluminação do cômodo

que pode ser suprida pela luz do sol e do céu. Isso implica em se desenvolver uma

estratégia baseada em iluminar artificialmente o ambiente apenas nos pontos e nos

momentos em que a luz natural for insuficiente para utilização.

Esse cálculo passa inicialmente pelo conhecimento dos índices de iluminação

que são função das tarefas realizadas dentro do ambiente. Para escritórios, esse

índice varia de 200 a 500 lux, segundo a ABNT, ou de 300 a 1500 lux, segundo o

IES. Estabelecido o nível mínimo de iluminação adequado, a etapa seguinte é

proceder ao cálculo da iluminação artificial necessária para suprir aquele nível,

desconsiderando a luz natural disponível. Isso garante uma iluminação adequada

para horários noturnos ou de pouca disponibilidade de luz natural. Sabe-se que os

níveis de iluminação num cômodo iluminado por uma janela formam uma curva de

distribuição que apresenta seu maior valor próximo ao plano da abertura e o menor

valor próximo à parede oposta à abertura. Percebe-se, assim, que uma boa estratégia

para uso eficiente da luz natural consiste em dividir imaginariamente o ambiente

num certo número de faixas paralelas à janela (figura 3.4), fonte de luz natural, e

associar a cada uma destas faixas um circuito elétrico correspondente para as

luminárias situadas dentro da área das mesmas.

Figura 3.4 – Distribuição transversal de luminárias na sala para um esquema de 4 faixas.

Fonte: Autor

Considerando a existência de mecanismos automáticos para ligar/desligar

esses circuitos de acordo com a quantidade de luz natural incidindo em cada faixa (o

68

que pode ser realizado com o auxílio de células fotoelétricas, por exemplo), obtém-

se um esquema de iluminação híbrido, em que só haverá dispêndio de energia com

iluminação quando realmente for necessário, ou seja, estar-se-á acoplando os

dispositivos de luz natural (janelas) aos dispositivos de luz artificial. Desta forma,

toda utilização do sistema de luz natural pode ser automaticamente considerada um

ganho em termos de menor consumo de energia com luz artificial.

A economia energética obtida com o esquema descrito acima vai depender

tanto da quantidade de luz natural utilizável como do número de circuitos elétricos

adotado (figura 3.5).

Figura 3.5 – Iluminamentos para um esquema de iluminação híbrido com 4 faixas de luminárias.

Fonte: Autor

A priori, o número desses circuitos deve ser tanto maior quanto mais

profundo for o cômodo a ser iluminado. Isto se deve ao fato de que a profundidade

na qual a luz natural proveniente de uma janela vertical penetra na ambiente é mais

ou menos constante e igual a cerca de duas vezes a altura da própria janela. Para

cômodos pouco profundos, o esquema de iluminação híbrido proposto funcionará,

69

desta maneira, quase que com todas as luminárias ligadas ou desligadas ao longo de

um período diário, já que a luz natural, quando disponível, será capaz de atingir

níveis de iluminação adequados em todos os pontos do ambiente. Nesse caso, não

haverá proveito no particionamento dos circuitos elétricos de iluminação. Já para

salas relativamente profundas, apenas a porção mais próxima da janela poderá ser

adequadamente iluminada por ela, enquanto o fundo deverá ser iluminado

artificialmente. Nessa situação, quanto mais estreita for cada faixa de luminárias,

maior o potencial em se obter uma economia, pois melhor aproveitado será o uso

da luz natural.

Isso pode ser verificado simulando uma sala de 4 metros de largura por 8

metros de profundidade, iluminada por uma janela de 2 metros de largura e 1 de

altura e centralizada na parede da fachada. As simulações foram realizadas

considerando-se condições de céu claro e a fachada voltada para nordeste (45 graus

em relação ao norte geográfico). Os resultados são mostrados na tabela 3.2.

Percebe-se pelos resultados das simulações que quanto maior o número de faixas de

luminárias, maior a economia de energia, variando esta de 24,0% para um esquema

de 2 faixas até 30,4% para um esquema de 5 faixas.

Tabela 3.2 – Economia de luz artificial para diversos números de faixas de luminárias

Fonte: Autor

FAIXAS DE LUMINÁRIAS ECONOMIA OBTIDA 2 24.0 % 3 25.3 % 4 27.0 % 5 30.4 %

A quantidade de luz natural utilizável vai depender não só da profundidade

do cômodo, mas, também, da posição da janela na parede. Uma sala pouco

profunda tem o potencial para ser totalmente iluminada pela luz natural, mas isso só

ocorre se a janela possui um tamanho suficiente e está bem localizada em relação

aos pontos interiores a serem por ela iluminados. Se a janela estiver muito deslocada

em relação ao centro da sala, boa parte desses pontos poderão não apresentar os

níveis de iluminação mínimos desejados (ver figura 3.10). A economia de energia

70

obtida com o uso de uma janela posicionada dessa maneira e com faixas de

luminárias dispostas paralelamente à parede da abertura seria nula, pois as luminárias

teriam que permanecer acesas durante todo o tempo para iluminar o lado mais

escuro da sala.

Figura 3.6 – Iluminamentos em um cômodo pouco profundo e com uma janela deslocada do centro

da parede (planta baixa). Fonte: Autor

Por tudo isso, pode-se inferir que um parâmetro de projeto mais adequado

para previsão do potencial de utilização de luz natural nas edificações, é a relação

entre a área da janela e a área do piso do cômodo por ele iluminado (aqui

denominada POROSIDADE RELATIVA). Um índice baseado nessa relação fornece

uma melhor descrição do possível aproveitamento da luz natural que a proporção

entre a área de janelas e a área da fachada. Um valor pequeno para a POROSIDADE

RELATIVA implica em cômodos profundos com janelas baixas (pequena área,

pequena penetração de luz) ou janelas deslocadas do centro da parede de uma sala

pouco profunda. Em outros termos, pequeno potencial para uso da luz natural. Ao

contrário, um valor grande implica na existência de janelas altas (grande área, grande

penetração de luz) para cômodos profundos ou janelas largas ocupando toda a

parede de uma sala pouco profunda, indicando um grande potencial para uso da luz

natural. Infelizmente, na fase de anteprojeto raramente são conhecidas as dimensões

dos cômodos internos do prédio, o que será definido apenas numa etapa mais

avançada da concepção. Por esse motivo, não se utilizou neste trabalho a

POROSIDADE RELATIVA como parâmetro da edificação.

A metodologia para o cálculo da quantidade de luz artificial necessária ao

longo de um certo período é baseada, então, nas distribuições horárias de

iluminamentos sobre a superfície do plano de estudo. Para a determinação destas

distribuições, a superfície do cômodo é dividida imaginariamente em 100 pequenas

71

áreas, numa configuração em matriz de dimensão 10x10 (figura 3.11). Calcula-se em

seguida para cada hora do dia, os iluminamentos no centróide de cada uma dessas

áreas obtendo-se, desta maneira, distribuições dos níveis de iluminação. Para

verificação das necessidades de luz artificial, considera-se então os elementos da

matriz 10x10 que estão contidos na área compreendida para cada uma das faixas

(circuitos) de luz artificial, em cada passo de tempo. O critério utilizado para que as

luminárias sejam desligadas é que TODOS os elementos de área da faixa considerada

apresentem níveis de iluminação superiores ao nível mínimo estipulado para a tarefa

(figura 3.12). Obviamente, o número de elementos considerados vai depender do

número de faixas em que foi dividido o esquema de luz artificial.

Figura 3.7 – Elementos de área utilizados no cálculo da distribuição de iluminamentos da sala

Fonte: Autor

Figura 3.8 – Exemplo dos elementos de área a serem verificados dentro da faixa 1, para uma

configuração de iluminação artificial com 3 circuitos Fonte: Autor

3.8 - Sol e Céu Como Fontes de Luz Natural

Foi apresentado que tanto para o cálculo dos ofuscamentos quanto para a

otimização do uso da luz artificial em espaços interiores, é necessário calcular,

72

respectivamente, os iluminamentos devido à luz natural ao nível do plano da

abertura e em pontos interiores do cômodo. Para isso, é preciso compreender as

fontes de luz natural e estabelecer um modelo que permita a simulação de seus

comportamentos.

As fontes de luz natural são o sol e o céu. O sol proporciona uma luz

direcionada, um feixe de raios paralelos (para efeitos práticos de projeto), e de

grande intensidade. Os iluminamentos por ele proporcionados, são sempre

superiores aos necessários à execução de tarefas corriqueiras e nem sempre ela é

desejada dentro dos ambientes, devido à sua direcionalidade e aos efeitos térmicos

envolvidos. Já o céu proporciona uma luz difusa, com intensidades médias não

superiores a 20.000 lux e, normalmente, mais agradável dentro de um ambiente do

que a luz direta do sol, se for provida em quantidade suficiente. Pode ser emitida

pelo céu claro, pelo céu encoberto e parte do tempo para o céu médio (também

chamado céu variável ou céu parcialmente encoberto). O estudo destas três

condições de céu é o primeiro passo para a determinação da disponibilidade de luz

natural num dado local.

Definido como o tipo de céu que apresenta menos de 30% de encobrimento

por núvens, o céu claro foi estudado em diversas partes do mundo através de

medições da sua distribuição de luminâncias e foi constatado que, em dias sem

núvens, esta distribuição pode ser calculada com razoável exatidão através da

fórmula deduzida por Pokrowski (HOPKINSON, 1966):

Bθ = Bz (1-e-P/senθ)((1+cos2α/1- cos2α)+K) onde [3-10]

• Bθ = a luminância do céu, num dado ponto, a um ângulo de altura θ acima do

horizonte, em cd/m2 ;

• Bz = luminância no zênite;

• α = distância angular do ponto em relação ao sol;

• P = coeficiente de dispersão primária da luz devido a pequenas partículas da

atmosfera, normalmente assumindo o valor 0,32;

73

• K = coeficiente de dispersão secundária da luz devido a grandes partículas da

atmosfera, assumindo valores que vão de 0 a 5;

O grau de difusão da luz solar na atmosfera varia com a quantidade de

poeira, umidade e outras partículas em suspensão no ar e essa variação reflete-se, na

fórmula, através das variáveis P e K que estabelecem o tamanho das partículas. Em

termos visuais, essa distribuição de luminâncias representa uma maior luminosidade

em regiões mais próximas do horizonte que no zênite da abóbada celeste. Constata-

se também que a luminosidade do céu tem seu menor valor na região do mesmo

situada num angulo de 90 graus da posição onde se encontra o sol. A região

circundante ao disco solar apresenta luminâncias extremamente altas e nas outras

regiões a luminância varia relativamente pouco. Devido a esse fato, na prática, para

efeito de cálculo teórico da quantidade de luz proveniente do céu claro, pode-se

considerar que o trecho de céu limpo do lado oposto ao da posição do Sol e ao

meio dia, apresenta sempre uma distribuição de luminância uniforme. Resta ainda ao

pesquisador a opção de considerar ou não a alta luminância do céu próximo à região

do sol e, consequentemente, a própria luz solar direta nos cálculos de iluminação

natural. O modelo teórico de Dogniaux (1985) utilizado neste trabalho, considera

que a luz do sol direta constitui uma parte essencial da quantidade de luz natural e

não deve ser excluída.

Definido como aquele que apresenta mais de 30% de encobrimento por

núvens, o céu encoberto é o céu típico do norte europeu e foi exaustivamente

estudado em várias partes do mundo. Quando o céu está totalmente coberto, de

modo que não é possível determinar a localização do sol na abóbada, fica

caracterizado o CÉU ENCOBERTO PADRÃO CIE - Commission Internationale de

L’Eclairage - (ROBBINS, 1986), que provê um nível de iluminação de 5000 lux para

superfícies horizontais exteriores. Neste caso, sua distribuição de luminâncias é

padronizada e é dada pela fórmula (CIE, 1955):

Bθ = Bz (1+2senθ/3) onde [3-11]

74

• Bθ = a luminância do céu, num dado ponto, a um ângulo de altura θ acima do

horizonte, em cd/m2;

• Bz = luminância no zênite;

Na prática, o valor de 5000 lux estabelecido pela CIE não se verifica com

freqüência, apresentando na maioria das regiões um valor muito mais alto,

principalmente em países tropicais como o Brasil, permanecendo, entretanto, a

distribuição relativa de luminâncias. Assim, a luminosidade é praticamente constante

para uma mesma faixa horizontal da abóbada celeste (mesmo ângulo em relação ao

horizonte). O problema com este modelo é que um céu totalmente encoberto

apresentando exatamente essas condições dificilmente ocorre na realidade.

O céu variável, também denominado céu médio, é o mais comum em regiões

subtropicais. Como o próprio nome diz, seu aspecto varia constantemente,

alternando períodos em que predomina a insolação direta do sol, com períodos de

leve enevoamento ou mesmo céu encoberto. A presença de núvens espessas de

grande luminância, ou de núvens ralas através das quais a luz solar direta atravessa

em grande quantidade, faz com que este tipo de céu produza iluminamentos

intermediários entre os do céu claro com presença de sol e os do céu encoberto.

Em termos de rendimento luminoso, ou seja, quanto da radiação solar

atravessando a atmosfera terrestre transforma-se efetivamente em luz natural, os

valores dependem do tipo de céu, da turbidez atmosférica, da altitude e latitude do

local. Os fatores de correlação entre a intensidade de radiação solar e os níveis de

iluminação resultantes só podem ser obtidos com precisão, através da medição

simultânea de ambos para as diversas condições possíveis de ocorrência. Estudos

deste tipo realizados por Pleijel, BlackWell, Dogniaux e Moon (HOPKINSON,

1966), demonstraram que, tanto para o céu limpo quanto para o céu encoberto, o

rendimento luminoso da radiação solar varia entre 90 lm/W e 130 lm/W,

dependendo apenas do tipo de céu existente. Neste trabalho adotou-se os seguintes

valores, calculados por Dogniaux (1985), para o rendimento luminoso da radiação

solar incidente, conforme cada um dos tipos de céu analisados:

• Céu Claro = 106,97 lm/W;

75

• Céu Médio ou Variável = 126,08 - 51.38 σh + 32,27 σh2 lm/W;

• Céu encoberto = 126,08 lm/W;

onde σh é a insolação horária média, ou a fração do tempo em que há

incidência direta de sol sobre a superfície horizontal considerada.

Conhecidas a distribuição de luminâncias do céu e o rendimento luminoso da

radiação do sol, pode-se desenvolver um MODELO GENÉRICO DE ILUMINAÇÃO

capaz de prever os iluminamentos provenientes das duas fontes de luz natural. Para

realizar tal modelo é necessário tomar algumas condições de céu como condições

padrão pré-determinadas e estudar em diversas regiões muitos dias em que haja a

ocorrência de condições semelhantes às estabelecidas teoricamente. Então, pode-se

determinar um modelo teórico que represente, em termos médios, a realidade, desde

que se conheçam algumas variáveis principais e determinantes daquele modelo. As

variáveis ou parâmetros que determinam as condições locais específicas, de modo a

adequar o modelo genérico ao local em estudo, em geral são a turbidez atmosférica,

a altitude do local, as coordenadas geográficas do mesmo e o tipo de região em

estudo, urbano ou rural.

O Modelo de Dogniaux foi desenvolvido para a CIE em 1967. Permite o

cálculo das componentes direta, difusa, e refletida externa da radiação (W/m2) e

iluminamentos solares (lux), sobre superfícies com inclinação e orientação

quaisquer. Apesar de não ter sido formalmente aceito pela CIE, foi aprovado pela

maioria do Comitê Técnico para Iluminação Natural (TC4.2) daquela instituição.

Baseia-se nas seguintes formulações para o CÉU CLARO, CÉU VARIÁVEL e CÉU

ENCOBERTO, para o cálculo das COMPONENTES DIRETAS DA RADIAÇÃO SOLAR,

COMPONENTES DIFUSAS DA RADIAÇÃO SOLAR e COMPONENTES REFLETIDAS

EXTERNAS DA RADIAÇÃO SOLAR:

1) Componente Direta da Radiação Solar para Céus Claros:

Ic (β.α) = Io . kd . e-mz.δr.TL . cos ν (β,α) onde [3-12]

76

• Ic (β.α) é a radiação direta sobre uma superfície com inclinação β e orientação

α;

• ν(β,α) é o ângulo de incidência, em graus, entre a direção do sol e a normal à

superfície receptora, dado pela expressão:

• ν(β,α) = arccos[cosβ . senγ + senβ . cosγ . cos(α-αs)] onde:

• γ = arcsen[senΦ . senδ + cosΦ . cosδ . cosω] é a altura solar acima do

horizonte, em graus;

• Φ = latitude do ponto geográfico, em graus e décimos;

• δ = 0,33281 - 22,984 cos(J . 0,9856) - 0,3499 cos(2J . 0,9856) - 0,1398 cos(3J .

0.9856) + 3,7872 sen(J . 0,9856) + 0,03205 sen (2J . 0.9856) + 0,07187 sen(3J .

0.9856) é a inclinação solar, em graus, e J é o dia sequencial do ano;

• ω = t - 12 + fuso horário + ET - ε - λ;

• ET = 0,0072 cos(J . 0,9856) - 0,0528 cos(2J . 0,9856) - 0,0012 cos(3J . 0,9856) -

0,1229 sen(J . 0,9856) - 0,1565 sen(2J . 0,9856) - 0,0041 sen(3J . 0,9856);

• ε = correção eventual da hora (horário de verão);

• λ = longitude do ponto geográfico, em graus e décimos;

• α = azimute da superfície receptora, ou seja, o ângulo entre a projeção sobre o

plano horizontal da normal à superfície receptora e a direção sul, computado

positivamente no sentido anti-horário (por convenção);

• αs = azimute do sol, ou seja, o ângulo entre a projeção horizontal da direção

do sol e a direção sul, computado positivamente no sentido anti-horário (por

convenção), em graus, dado pela expressão:

• αs = arccos[(senΦ . senγ - senδ) / (cosΦ . cosγ)];

• Io é a radiação solar extraterrestre perpendicular ao fluxo solar incidente no dia

J, igual a 1367 W/m2;

• kd é o fator representativo da variação da distância Terra-Sol conforme o dia

do ano e dado pela expressão:

• kd = 1+0,03344 . cos(0,9856 . J - 2,8);

77

• mz é a massa de ar relativa, ou seja, a massa de ar ótica corrigida pelo efeito da

altitude e da pressão atmosférica. É dada pela expressão:

• mz = (1-0,1 . z) / (senγ + 0,15 . (γ +3,885)-1,253) onde z a altitude do local em

quilômetros;

• δr é a densidade ótica de Rayleigh por unidade de massa, ou seja, o fator total

de extinção da radiosidade através de uma atmosfera pura e seca por uma

unidade de ar unitária, dada pela expressão:

• mz = 1 / (0,9 . mz . 9,4)

• TL é o fator de perturbação atmosférica, ou fator de turvamento de Linke, que

é função da altura solar γ, da quantidade w de vapor d’água da atmosfera e do

coeficiente de perturbação de Angstron. Sua expressão é:

• TL = ((γ + 85) / (39,5 e-w + 47,4)) + 0,1 + βa(16 + 0,22w); os parâmetros w e

βa assumem os valores iguais a 5,0 e 0,10 respecrtivamente, para um clima

tropical e região urbana.

2) Componente Direta da Radiação Solar para Céus Encobertos:

Ic (β.α) = 0 pois, para céus encobertos, não há incidência direta do sol. [3-13]

3) Componente Direta da Radiação Solar para Céus Variáveis:

Neste caso, o cálculo da componente direta é feito através da utilização de frações

de insolação horária ou diária médias, em relação ao céu claro. Assim:

Iσd (β.α) = (ζ . σd)n . Ic (β.α) onde [3-14]

• Iσd (β.α) é a radiação direta sobre uma superfície com inclinação β e orientação α;

• σd é a insolação solar diária média;

• n = 1 + 0,36 σd;

• ζ = 0,5 + 1,023 (1-e-0,0956 γ) . (1 - σd) é a distância zenital do sol;

78

• γ = é a altura solar acima do horizonte, em graus; 4) Componente Difusa da Radiação Solar para Céus Claros:

Dc(β.α) = Kd . ∫αidαi . ∫γiLc . (γi . αi) . cosχi cosγi dγi onde [3-15]

• Dc(β.α) é a radiação difusa sobre uma superfície com inclinação β e

orientação α;

• cosχi = cosβ senγi + senβ cosγi cos(αs - αi) com cosχi = 0 para χi > π/2;

• kd exatamente igual ao anteriormente descrito;

• Lc é um fator de correção, função da altura solar γ (em graus) e do coeficiente

de perturbação atmosférica TL, e dado pela expressão:

• Lc = 0,8785 γ - 0,01322 γ2 + 0,0003434 γ3 + 0,44347 + 0,03644 TL;

5) Componente Difusa da Radiação Solar para Céus Encobertos:

2π 2π

Db = Kd ∫0 ∫

0 Lb (γi) . senγi . cosγi dγi dαi onde [3-16]

• Lb = [(1 + 2 sen γi) / 3] . fi . Lbπ/2

• Lbπ/2 = 81,23 senγ (1 + 0,36 senγ)

• Kd exatamente iguais ao anteriormente descrito para cálculo da radiação

difusa;

• fi = termo1 / termo2, onde

• termo1 = (0,910+10e-3ε + 0,45 cos2ε)(1 - e-0,32 cossec γi) e

• termo2 = 0,27385 (0,910+10e-3ζ + 0,45 sen2γ);

• ε = arccos [senγi senγ + cosγi cosγ cos(αs - αi)];

• ξ = π/2 - γ;

79

6) Componente Difusa da Radiação Solar para Céus Variáveis:

Dσ(β.α) = Db(β) (1 - σh) + Dc(β.α) [B σh + (1 - B) σh2] onde [3-17]

• Dσ(β.α) é a radiação difusa sobre uma superfície com inclinação β e orientação

α;

• Db é a radiação difusa incidente sobre uma superfície horizontal, devido ao céu

encoberto;

• σh = ζ . σd

• ζ = 0,5 + 1,023 (1 - e-0,0956γ )(1 - σd )

• B = 1,37 + 0,71 senγ

7) Componente Refletida Externa da Radiação Solar para Céus Claros:

Rc(β) = 0,5 A (Ic senγ + Dc) (1 - cosβ) onde [3-18]

• A = é o albedo da superfície do solo ou, mais genericamente, a refletividade

média das superfícies exteriores à edificação, variando de 0 a 1.

• β = é a inclinação da superfície receptora, em graus;

• γ = é a altura solar acima do horizonte, em graus;

• Ic e Dc são respectivamente, a radiação direta e difusa incidentes sobre uma

superfície horizontal, devido ao céu claro;

8) Componente Refletida Externa da Radiação Solar para Céus Encobertos:

Rb(β) = 0,5 A Db(1 - cosβ) onde [3-19]

• A e β são o albedo e a inclinação da superfície, respectivamente;

• Db é a radiação difusa incidente sobre uma superfície horizontal, devido ao

céu encoberto;

80

9) Componente Refletida Externa da Radiação Solar para Céus Variáveis:

Rσ(β) = 0,5 A (Iσ senγ + Dσ) (1 - cosβ) onde [3-20]

• A e β são o albedo e a inclinação da superfície, respectivamente;

• Iσ e Dσ são a radiação direta e difusa incidentes sobre uma superfície

horizontal, devido ao céu variável;

Para cada condição de céu, os valores das três componentes são adicionadas,

obtendo-se o nível de radiação incidente sobre a superfície estudada (no caso de

janelas verticais, a superfície da fachada). O nível de iluminação sobre esta superfície

é então obtido multiplicando-se o valor da radiação pelo respectivo rendimento

luminoso da radiação solar. Este último valor é então utilizado para o cálculo dos

ofuscamentos e dos iluminamentos dentro do cômodo.

3.9 – Validação do Modelo de Dogniaux

3.9.1 – Validação da radiação total sobre plano horizontal ao longo do ano

Para a verificação da confiabilidade do modelo de Dogniaux, procurou-se

inicialmente estabelecer uma comparação entre resultados previstos e calculados

com o modelo e dados baseados em medições reais da radiação solar global para um

plano horizontal, no Rio de Janeiro. Os dados experimentais foram analisados por

Corbella (1995) e Cavalcanti (1991), e são apresentados na forma de Radiação solar

global diária média, para todo o ano.

Corbella apresenta médias mensais consolidadas para o período de 1978 a

1989 (doze anos). Desses, 70% são provenientes de dados oficiais disponíveis e

30% reconstruídos por simulação, devido à inexistência ou erros nas medições.

81

Cavalcanti, por sua vez, apresenta dados de medições realizadas durante o período

compreendido entre junho de 1979 a agosto de 1983, na Ilha do Fundão.

No programa NATLITE, que é descrito no item 3.9, a seguir, as simulações

foram executadas para cada mês, considerando as três condições de céu: claro,

médio e variável. Os parâmetros do local utilizados foram CLIMA TROPICAL e

AMBIENTE URBANO.

Após a tabulação adequada de todos os resultados disponíveis, foi possível

comparar as os valores encontrados pelos dois pesquisadores e os valores obtidos

por simulação (gráfico 3.1). Verifica-se, claramente, que apenas o céu variável

apresenta valores compatíveis com os dados baseados em medições, o que

corrobora a afirmação feita anteriormente que este é o tipo de céu predominante nas

regiões subtropicais. Por este motivo, neste trabalho os resultados encontrados para

o céu médio são utilizados em todas as simulações e análises da edificação em

estudo.

Radiação Solar Diária sobre Plano Horizontal

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

meses

kWh/

m2.

dia

Dados ExperimentaisSimulação (Céu Médio)Simulação (Céu Claro)Simulação (Céu Encoberto)

Gráfico 3.1 - Comparação entre dados experimentais (CAVALCANTI, 1991) e valores obtidos por

simulação para a cidade do Rio de Janeiro (Radiação Solar Total)

Em relação à discrepância entre os valores baseados em medições e os

simulados para o céu variável, observa-se que ela varia mensalmente, sendo próxima

de zero para o mês de abril, até um máximo de aproximadamente 13% para o mês

de setembro. A média das variações é de 7,8%. Entretanto, baseando-se no total

82

anual acumulado de radiação incidente, a diferença apresenta-se muito menos

significativa, sendo apenas de 1,35%. Considerando-se que, normalmente, num

projeto arquitetônico, o comportamento médio da edificação durante o período de

um ano é mais significativo que situações pontuais passíveis de ocorrência neste

mesmo período, considera-se aceitável a variação encontrada.

3.9.2 – Validação da radiação visível sobre plano horizontal ao longo do dia

Uma segunda etapa de validação procurou verificar a confiabilidade do

modelo adotado para o cálculo da radiação luminosa (faixa visível do espectro

solar). Estabeleceu-se uma comparação entre resultados previstos pelo modelo e os

dados das medições reais realizadas por Guimarães (2003), na Ilha do Fundão,

dentro do campus da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Nessas medições

foram utilizados dois piranômetros Eppley, um dotado de filtro para obtenção da

irradiação solar na faixa espectral+infra-vermelho próximo e outro dotado de filtro

para medição na somente na faixa do infra-vermelho próximo. Por diferença de

sinal, obteve-se a irradiação solar na faixa do visível (W/m2), com um erro avaliado

de 4%. Guimarães apresenta resultados tabulados para o dia 7 de novembro de

2001. Este dia foi considerado claro, porém apresentando nebulosidade até às 8

horas da manhã.

Utilizando o software NATLITE, simulou-se o mesmo dia 7 de novembro,

considerando um albedo de 0.2 e um clima tropical em região industrial. Os valores

simulados para a irradiação total solar para céu claro e céu médio foram então

multiplicados por 0.424, que é a fração da radiação solar correspondente à faixa

visível (BERNARD et al, 1979). Comparou-se, finalmente, esses resultados com os

dados experimentais, tomando até às 8 horas os valores obtidos da simulação de céu

médio e a partir desta hora os valores obtidos da simulação de céu claro. A

comparação pode ser vista no gráfico 3.2. Verifica-se, claramente, a boa

concordância entre os dados experimentais e os dados simulados. O erro relativo

médio para o período entre 8 e 16 horas foi de 3,79%. Os maiores erros

83

encontrados foram para o período da manhã, até às 8 horas, e no final da tarde,

após as 16 horas, apresentando um erro relativo médio de 15,95%. De uma maneira

geral, os valores calculados superaram os valores medidos experimentalmente, em

média, apenas 9.26 W/m2 (erro absoluto médio, obtido pela diferença horária entre

os valores medidos e os simulados), valor este menor do que o erro do instrumento

de medida, que é de 12 W/m2.

Radiação Solar Visível sobre Plano HorizontalPerfil Horário para o dia 07/Novembro

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00hora

W/m

2

SimulaçãoDados Experimentais

Gráfico 3.2 - Comparação entre dados experimentais (GUIMARÃES, 2003) e valores obtidos por

simulação para a cidade do Rio de Janeiro (Radiação Solar Visível)

3.10 – O Software de Simulação de Luz Natural

Para proceder aos cálculos relacionados à luz natural em ambientes

interiores, um software foi desenvolvido em Object Pascal/Delphi 3.0, baseando-se

no modelo teórico de Dogniaux (1985) exposto no item 3.8 para cálculo dos

iluminamentos e nas fórmulas apresentadas no item 3.6 para o cálculo dos índices

de ofuscamento (DGI). O código final foi compilado em um único arquivo de 780

Kb, executável numa plataforma PC/Windows desde que configurada para uma

resolução de tela de no mínimo 800X600 pontos. O programa é na realidade uma

versão ampliada e melhorada do software RADLITE, desenvolvido como parte da

tese de mestrado do autor (CASTRO, 1996), que possuía as seguintes capacidades

84

de simulação para um cômodo iluminado por uma janela vertical voltada para o

exterior e orientada em qualquer direção:

• Cálculo da Radiação Solar Total e Radiação Luminosa incidente sobre a

superfície externa da fachada, com resultados numéricos e gráficos horários

diários, para qualquer mês;

• Cálculo da Radiação Luminosa Incidente em qualquer ponto interior do

cômodo, com resultados numéricos e gráficos horários diários, para qualquer

mês;

Além destas capacidades, foi reestruturada toda a parte de interface com o

usuário e foram acrescentados ao programa, as seguintes características:

• Cálculo dos Índices de Ofuscamentos de Luz Natural em qualquer ponto

interior do cômodo, com resultados numéricos e gráficos horários diários,

para qualquer mês;

• Cálculo da Porcentagem de Luz Artificial Complementar necessária no

cômodo para obter níveis de iluminação compatíveis com a tarefa

determinada, levando-se em conta circuitos elétricos para as luminárias

dispostos paralelamente ao plano da janela em 2, 3, 4 ou 5 faixas

independentes.

3.11 - Descrição Detalhada do Software NatLite

Os dados de entrada para simulação são inseridos através de 5 telas

conforme discriminado a seguir.

Na tela de PARÂMETROS DO SÍTIO, entra-se com dados relacionados ao local

e características do envelope da edificação. Pode-se escolher o MÊS DA SIMULAÇÃO

(para os quais o dia é pré-estabelecido, correspondendo ao dia de cada mês do ano

em que a declinação solar apresenta um valor médio), a ORIENTAÇÃO da edificação

85

(a qual estabelece a orientação da fachada que contêm a janela a simular, em relação

aos pontos cardeais. O valor 0 (zero) determina que a superfície estará voltada para

o sul, 180 para o norte, -90 (menos noventa graus) para oeste e +90 para leste, o

ALBEDO (refletividade global do ambiente em torno da edificação em estudo), a

ESTAÇÃO METEOROLÓGICA (a localidade em termos de suas latitude, longitude,

altitude, e fuso horário) e o MÉTODO para simulação das condições de céu, a saber:

• Método DOGNIAUX: possibilidade de simular céus em regiões de clima

polar, desértico, temperado ou tropical, em ambientes rurais, urbanos ou

industriais;

• Método L’Omm: possibilidade de simular céus em regiões de clima polar,

desértico, temperado ou tropical, com a abóbada celeste apresentando aspecto

azul escuro, médio, claro, pálido, esbranquiçado ou leitoso;

Na tela de PARÂMETROS DA SALA, entra-se com as dimensões do cômodo

(largura, altura, comprimento) e com as refletâncias das superfícies interiores (teto,

piso e paredes).

Figura 3.9 – Tela de entrada de dados do sítio (NATLITE)

Fonte: Autor

Na tela de PARÂMETROS DA JANELA, entra-se com os dados englobando as

dimensões da janela (altura e largura) inserida na superfície exposta à radiação e sua

86

posição em relação ao piso (altura do parapeito) e à parede esquerda (coordenada-x),

além das características do fechamento desta abertura, como tipo de vidro

(transparente, texturizado, Especial e Plástico) e espessura dos perfis da esquadria

(Caixilho Fino, que reduz em 10% a área efetiva da janela, Caixilho Médio, que

reduz de 25% e Caixilho Grosso com redução de 40%).

Figura 3.10 – Tela de entrada de dados da sala (NATLITE)

Fonte: Autor

Figura 3.11 – Tela de entrada de dados da janela (NATLITE)

Fonte: Autor

Por sua vez, na tela de PARÂMETROS DA ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL, pode-se

entrar com o número de circuitos elétricos (“faixas”) relacionados às luminárias e

87

paralelos à parede da janela, o ÍNDICE DE OFUSCAMENTO PARA LUZ NATURAL que

se quer considerar como limite aceitável e o ILUMINAMENTO MÍNIMO que

estabelecido como limite para acionamento da luz artificial. Em relação a esse nível

mínimo de iluminação, existe uma rotina implementada no código que permite seu

cálculo automatizado, segundo valores prescritos pelo IES, baseado nas

CATEGORIAS DE AMBIENTE, MÉDIA DE IDADE DOS OCUPANTES e REFLECTÂNCIA

MÉDIA DA SALA.

Figura 3.12 – Tela de entrada de dados da iluminação artificial (NATLITE)

Fonte: Autor

Figura 3.13 – Tela de entrada de dados da simulação (NATLITE)

Fonte: Autor

88

Finalmente, na tela de PARÂMETROS DA SIMULAÇÃO, entra-se com a posição

do ponto interior que se deseja estudar em relação à parede da janela (DISTANCIA

PONTO-JANELA, tomada perpendicularmente em relação à superfície da parede), a

ALTURA PONTO-CHÃO, o DESLOCAMENTO AO CENTRO, que são, respectivamente,

a distância entre os planos verticais que passam pelo ponto de estudo e pelo centro

geométrico da janela, ambos os planos perpendiculares ao plano da janela. Essa

distância assume valores negativos se o ponto em estudo se situar à esquerda do

centro da janela, para um observador dentro da sala. Nessa tela, entra-se ainda com

os valores do RENDIMENTO LUMINOSO DA RADIAÇÃO SOLAR para condições de céu

claro e céu encoberto.

Após os cálculos da simulação, praticamente instantâneos, as telas de

resultados se tornam acessíveis ao usuário. Concomitantemente, é gravado um

arquivo-texto no disco em forma de relatório contendo todos os resultados em

termos numéricos. Cinco telas estão disponíveis para verificação:

1) tela de resultados horários da radiação solar total e radiação luminosa total

incidentes na fachada da edificação (na qual está inserida a janela), para as três

condições de céu;

2) tela de resultados horários dos iluminamentos no ponto em estudo (interior do

cômodo), para as três condições de céu (figura 3.18);

3) tela de resultados horários da distribuição de iluminamentos no plano de

estudo, para as três condições de céu (figura 3.19);

4) tela de resultados horários da utilização de iluminação artificial complementar,

para as três condições de céu (figura 3.20);

5) tela de resultados horários da distribuição dos Índices de Ofuscamanto devido

à Luz Natural (DGI), para as três condições de céu (figura 3.21);

89

Figura 3.14 – Tela de resultados dos iluminamentos num ponto (NATLITE)

Fonte: Autor Para este estudo, o mais importante são os resultados da utilização de

iluminação artificial complementar e dos Índices de Ofuscamento, porque estes

resultados são utilizados como critérios de QUANTIDADE DE LUZ NATURAL

DISPONÍVEL e CONFORTO VISUAL, respectivamente, no processo decisório de

ordenação das alternativas de projeto. Além disso, a quantidade de luz artificial

calculada serve como dado de entrada considerado no cálculo da performance

energética da edificação e, portanto, está relacionada ao critério CONSUMO

ENERGÉTICO DA EDIFICAÇÃO.

Figura 3.15 – Tela de resultados da distribuição de iluminamentos na sala (NATLITE)

Fonte: Autor

90

Figura 3.16 – Tela de resultados da iluminação artificial complementar (NATLITE)

Fonte: Autor

Figura 3.17 – Tela de resultados dos ofuscamentos na sala e num ponto (NATLITE)

Fonte: Autor