CNPq

UFAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOASPR-REITORIA DE PESQUISA E PS-GRADUAOCOORDENAO DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAO CIENTFICA PIBIC CNPq/UFAL/FAPEAL

RELATRIO FINAL(individual e diferenciado para cada bolsista/colaborador)(2012 2013)TTULO DO PROJETO DE PESQUISA: DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE TROPLUX FERRAMENTA DE SIMULAO COMPUTACIONAL PARA AUXILIO AO PROJETO DE ILUMINAO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUDO

TTULO DO PLANO DE TRABALHO INDIVIDUAL E DIFERENCIADO:INFLUNCIA PRGULA PARA ILUMINAO NATURAL NO AMBIENTE TROPICALNOME DO ORIENTADOR: Ricardo Carvalho Cabs TELEFONE: e-Mail: ricardo.cabus@gmail.com

NOME DO BOLSISTA/COLABORADOR: Elder Duarte Santiago

TELEFONE:33211468/ 93295159 e-Mail: elderssj4@hotmail.com

XBolsista CNPqBolsista FAPEAL

Bolsista UFALColaborador

NOME DA GRANDE REA DO CONHECIMENTO (CNPq ): Cincias Sociais AplicadasNOME DA SUB-REA DO CONHECIMENTO (CNPq) : Tecnologia de Arquitetura e Urbanismo

Projeto Financiado:SIMxNO

Caso afirmativo citar rgo financiador: CNPq

Macei - AL, 12 / 06 / 2013.

RESUMO

Atravs da simulao computacional possvel se prever alguns problemas em um projeto de arquitetura antes de sua execuo final, neste caso com o auxilio do programa TropLux foi possvel fazer uma anlise quantitativa em relao utilizao de prgulas nas edificaes. Esta pesquisa tem como objetivo a anlise do uso de prgulas atravs de comparao entre quatro ambientes semelhantes, retangulares com dimenses de 6 metros de comprimento por 4 metros de largura e 3 metros de altura, todos com abertura zenital e apresentando prgulas nas mesmas, ora com as ripas que a compem no sentido de sua largura, ora com as ripas no sentido de seu comprimento. Assim neste projeto foi possvel verificar quantitativamente a eficincia das prgulas, bem como eleger um modelo de implantao de uma prgula no ambiente para que o mesmo esteja sempre iluminado.

Palavras-chave: TropLux, Prgula, Iluminao Natural ( Mximo 3) INTRODUO

Atualmente a sustentabilidade vem se mostrando como uma alternativa para preservar os recursos naturais do planeta Terra. A sustentabilidade engloba vrios aspectos e tema de discusso ao redor do mundo. Com a proposta de se desenvolver sem que se comprometa o atendimento das necessidades das geraes futuras (BRUNDTLAND, 1987), os estudos voltados para a rea de arquitetura e urbanismo, especificamente no que diz respeito ao conforto ambiental vem crescendo cada vez mais.Nos estudos relacionados com a iluminao, o foco extrair o mximo possvel da luz natural, de forma que o ambiente construdo esteja iluminado durante a maior parte do dia sem que se faa o uso de luzes artificiais, diminuindo assim o consumo de energia eltrica.Sendo assim, de fundamental importncia que profissionais de arquitetura e engenharia faam uso de solues projetuais que utilizem recursos naturais para iluminao das edificaes sempre que possvel.No ambiente tropical a presena da prgula como elemento que visa aproveitar a iluminao natural significativa, quase que uma escolha unnime, quando se pretende fazer um jardim de inverno, por exemplo.Esta pesquisa tem o intuito de verificar quantitativamente atravs de simulao computacional utilizando o software TropLux (que se baseia em trs conceitos fundamentais: o mtodo Monte Carlo, o mtodo do raio traado e o conceito de coeficientes de luz natural) a interferncia, para a iluminao natural, da prgula no ambiente tropical.

Figura 1 - Exemplos de prgulas no ambiente construdo

OBJETIVOS

GERAL: Verificar a interferncia da prgula na iluminao natural dentro do ambiente atravs de simulao computacional.ESPECFICOS:Como objetivos especficos, o trabalho visa avaliar o desempenho luminoso da prgula segundo: a diferena de orientao das aberturas das prgulas; a diferena de posicionamento das ripas ou vigotas (elementos que compem a prgula) em relao s aberturas das mesmas; a comparao entre quatro ambientes com aberturas e posicionamentos de ripas ou vigotas distintos.

METODOLOGIANo primeiro momento foi feito um estudo sobre iluminao natural atravs de leituras textuais e do prprio manual do programa Troplux (CABS, 2002), que baseado na tcnica do raio traado com o Mtodo Monte Carlo e permite calcular a iluminncia num ponto em funo da trajetria da luz entre a fonte e o alvo, separando as contribuies do sol e do cu.No segundo momento foram definidas as dimenses da sala a ser simulada assim como as dimenses das aberturas e o posicionamento das ripas, bem como as caractersticas dos materiais do ambiente e o mtodo simulao.A sala utilizada para simulao de dimenses de 6 m x 4 m e abertura zenital para prgula de 6 m x 1 m e ripas perpendiculares e paralelos ao comprimento (6 m), bem como sala de dimenses de 6 m x 4 m e abertura zenital para prgula de 4 m x 1 m e ripas perpendiculares e paralelos ao comprimento (4 m). As caractersticas dos materiais foram definidas com base na tabela de refletncias disponibilizada pelo software TropLux e configuradas da seguinte forma: Paredes internas com refletncia 0,732 correspondente a tinta Suvinil acrlica fosca cor branco gelo, teto com refletncia 0,882 correspondente a tinta Suvinil PVA fosca cor branco neve, piso com refletncia 0,2 correspondente ao granito e ripas da prgula com refletncia 0,4 correspondente ao concreto, material mais comum utilizado nas prgulas.Foi definido que todas as orientaes seriam analisadas. O mtodo utilizado no TropLux para simulao foi o Batch construindo um grid nas dimenses da sala como na Figura 2.Figura 2 - Exemplo de grid utilizado na simulao

RESULTADOS E DISCUSSODimensionamento do ambiente:Os ambientes foram dimensionados para um ambiente retangular, as salas tem 4m de largura por 6m de comprimento e altura de 3m o ambiente pode apresentar ainda abertura zenital de 1m de largura e 6m comprimento ou 1m de largura e 4m de comprimento.

Figura 3- Planta Baixa padro dos ambientes.Orientao da abertura:Para que se verifiquem diversas formas e possibilidades de captao da luz natural optou-se por simular os ambientes em 4 orientaes (Norte, Sul, Leste e Oeste).

Figura 4- Carta Solar da cidade de Macei para o perodo de insolao ao longo do ano.Caractersticas das salas:Aps o dimensionamento das salas padro importante salientar que a disposio das ripas que compem a prgula varia criando quatro salas diferentes, as ripas possuem vinte centmetros de altura, espessura de seis centmetros e comprimento varivel dependendo da sala e esto a vinte centmetros de distncia uns dos outros.Tabela 1- Caractersticas das salas e ripasSalaEixo da ripaComprimento da ripa (m)

1y1

2x6

3x1

4y4

Comparao entre os ambientes:A simulao computacional seguiu os seguintes parmetros: Grid (malha) de 6 x 4 pontos Todos os dias do ano; Das 07 horas as 17 horas; Cu dinmico; Fachada voltada para as quatro orientaes principais (N, S, L e O ou respectivamente os Azimutes 180, 0, 270 e 90);Atravs da ferramenta Grid Statistics que permite que os dados da sala sejam analisados e comparados simultaneamente (at 4 salas), pudemos observar o comportamento da luz natural e suas variaes de acordo com cada sala, a ferramenta nos proporciona a possibilidade de analisar a sala a partir de 4 variveis, so elas:I. Average: Mdia da mdia de todos os pontos;II. Max: Mdia dos mximos de todos os pontos;III. Min: Mdia das mnimas de cada ponto;IV. CV: Coeficiente de variao das mdias de cada ponto.Manipulando a ferramenta Grid Statistics pode-se obter os valores para as quatro orientaes, assim como valores para um dia e hora especficos, neste estudo utilizamos uma mdia para o ano todo, calculando a componente global dos raios de luz natural e o mtodo de calculo average que faz uma mdia da quantidade de luz nos pontos do grid, como mostrado na Figura 5 a seguir.

Figura 5- Tela da ferramenta Grid StatistcsAssim, seguindo os parmetros citados anteriormente, temos os seguintes dados para as 4 salas.

Tabela 2 - Dados das salas obtidos atravs da ferramenta Grid Statistics no programa TropLuxSala 1Sala 2

Az.Mdia (Lx)Max (Lx)Min (Lx)CV (%)Mdia (Lx)Max (Lx)Min (Lx)CV (%)

05517.19459.4

1763.6

53.5

5245.79926.9

2420.8

52.3

904805.8

11566.3

1589.9

67.9

6995.2

15370.9

2534.2

68.7

1805633.2

10110.8

1759.8

54.9

5545.8

11788.8

2304.4

60.9

2705523.2

10890.2

1472.7

65.5

7420

14746.1

2342.4

63

Sala 3Sala 4

05245.710644.4589.198.94072.413095.8

697.2

107.6

903649.28944715.385.72884.4

9296.2

687.2

96.1

1803104.711438.7702.499.83708.9

13377.5

796.9

110.1

2703742.79664.7727.286.43019.5

10568.9

684.56

101.6

Para o estudo da quantidade de luz nos ambientes foram utilizados os parmetros adotados na NBR5413/1992 para iluminao. Esta classifica a luz no ambiente em 3 classes, segundo a tabela 3. Tabela 3- Classes de iluminaoClasseLimite InferiorLimite Superior

A50 lx500 lx

B500 lx2.000 lx

C2.000 lx20.000 lx

Assim, observando os dados obtidos na Tabela 2, percebe-se que as quantidades de luz variam de acordo com as orientaes (azimutes) a que foram submetidas, nos azimutes 0, 90, 180 e 270 (Sul, Oeste, Norte e Leste) os valores so claramente altos, isto ocorre devido a passagem direta da luz atravs da abertura, assim analisando os valores das mdias para todos os azimutes pode-se classificar a quantidade de luz no ambiente para as orientaes Norte, Sul, Leste e Oeste como C, A principal anlise a se fazer consiste na comparao das mdias das salas e dos seus limites de mximo e mnimo, j que salas que apresentam uma boa mdia mas que apresentam limites exacerbados ou muito inferiores ao limite estaro provavelmente sendo vtimas de ofuscamento ou pontos escuros, respectivamente . Observa-se tambm o CV (Coeficiente de variao das mdias de cada ponto), cujo percentual representa a uniformidade da distribuio de iluminncias no ambiente, quanto mais baixo, mais uniforme.Analisando as mdias de cada sala e comparando com a tabela de iluminncia por classe de tarefas visuais apresentada na NBR5413/1992, que aponta os devidos usos para cada classe de acordo com a iluminncia no ambiente, percebe-se que a quantidade de luz no ambiente condiz com tarefas que demandam uma grande necessidade de luz. Vale ressaltar que a tabela fornecida pela NBR5413/1992 para iluminao artificial, o que faz com que os valores estimados sejam mdias constantes de acordo com a atividade desempenhada.Para que seja possvel analisarmos melhor a distribuio da luz no ambiente interessante ser feita a anlise das isocurvas, recurso oferecido pelo TropLux que permite uma visualizao grfica da distribuio de luz.

Assim analisando as isocurvas obtm-se para sala 1:

Figura 6 Isocurvas sala 1 possvel perceber que na sala 1 a luz fica distribuda no ambiente e que o excesso de luz concentra-se logo abaixo da abertura da prgula, percebe-se tambm que em todos os azimutes a luz se distribui numa grande rea da sala, com valores altos variando de 2000 lx at 11000 lx. Levando em considerao que a mdia para a sala aproximadamente 5500 lx e o CV (coeficiente de variao) da sala apresentados na Tabela 2 encontra-se em torno dos 60%, percebe-se que desta forma a luz est distribuda de forma no satisfatria.

Para a sala 2 tem-se a seguinte situao:

Figura 7 Isocurvas sala 2

possvel perceber que na sala 2 a luz fica melhor distribuda no ambiente e que o excesso de luz concentra-se logo abaixo da abertura da prgula nos azimutes 90 e 270, percebe-se tambm que os azimutes 0 e 180 so os que a luz se distribui melhor numa poro maior da sala e que os maiores valores se concentram no meio da sala. Comparando com a sala 1 percebe-se claramente que a quantidade de luz menor variando entre 4000lx e 14000lx, o que torna esta sala mais confortvel visualmente que a primeira, logo na sala com a abertura da prgula no eixo x, as ripas posicionadas no eixo x obtm uma melhor performance. Analisando CV da sala a mdia est um pouco acima dos 60% tornando a sala 2 uma melhor opo em termos de distribuio de luz.

Para sala 3 tem-se a seguinte situao: Figura 8 Isocurvas sala 3

possvel perceber que na sala 3 a luz no fica bem distribuda no ambiente abrangendo apenas metade e um pouco prximo da extremidade da sala e que o grande excesso de luz concentra-se logo abaixo da abertura da prgula, os valores de CV da sala 3 esto em torno dos 90%, embora paream haver vazios no grfico onde a quantidade de luz inferior aos 1000 lx, estes equilibram a concentrao de luz abaixo da abertura.

Para sala 4 tem-se a seguinte situao:

Figura 9 - Isocurvas sala 4 possvel perceber que na sala 4 a luz no fica bem distribuda no ambiente abrangendo apenas metade, menos at que na sala 3 e que o excesso de luz concentra-se logo abaixo da abertura da prgula, percebe-se tambm que os valores de CV so maiores que 100%, justamente por conta desta concentrao da luz, o que acarreta certamente em ofuscamento, assim podemos considerar este modelo como o menos eficiente dos quatro modelos.Levando em considerao as distribuies acima apresentadas, pode-se considerar que os modelos 2 e 3, modelos em que ripa da prgula acompanham o eixo x (teoricamente o sentido norte/sul) obtm-se o resultado mais satisfatrio, porm no modelo 2 a distribuio deixa menos vazios podendo ter seu desempenho melhorado alterando a refletncia de algumas paredes para aumentar os valores em alguns pontos mais afastados da abertura.

CONCLUSO

A luz natural oferece enormes vantagens e sua utilizao pode ser eficiente. Entretanto, deve-se ponderar o uso da luz solar em um edifcio, diante dos ganhos de calor no desejados para sua otimizao. As construes no ambiente tropical, neste caso, tendo como base Macei podem se utilizar das prgulas para usufruir da luz solar abundante nesta rea. E como a luz solar est presente independentemente da estao do ano importante se estudar como utilizar este recurso construtivo que possibilita aproveitar ao mximo a luz natural.De um modo geral, este projeto procurou verificar at onde este artificio construtivo (prgula), pode contribuir para o aproveitamento da luz natural dentro do ambiente. Alm disso, hoje, com a ajuda de programas computacionais, como o Troplux, pode-se simular a propagao da luz natural nos ambientes, de maneira que o projetista alcance uma iluminao natural mais prxima do ideal antes mesmo da execuo do projeto.Assim neste projeto foi possvel verificar quantitativamente a eficincia das prgulas, bem como eleger um modelo de implantao de uma prgula no ambiente (sala 2 e 3, ripas da prgula no sentido Norte/Sul) para que ela sozinha consiga iluminar o ambiente em que ela utilizada, levando em conta a distribuio da luz neste ambiente e tambm os valores mdios com que a luz natural se insere no ambiente.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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BRUNDTLAND, Gro Harlem. Our common future: The World Commission on Environment and Development. Oxford: Oxford University, 1987.

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GARROCHO, Juliana Saiter Et al, LUZ NATURAL E PROJETO DE ARQUITETURA: estratgias para iluminao zenital em centros de compras. In I CONFERNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUO SUSTENTVEL. X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUDO 18-21 julho 2004, So Paulo. ISBN 85-89478-08-4

PLANO DE TRABALHO SUBMETIDOINDIVIDUAL E DIFERENCIADO DO BOLSISTA E /OU COLABORADORTTULO DO PLANO DE TRABALHO: INFLUNCIA PRGULA PARA ILUMINAO NATURAL NO AMBIENTE TROPICALNOME: Elder Duarte Santiago

ORIENTADOR: RICARDO CARVALHO CABS

I - DEFINIO DOS OBJETIVOS DO TRABALHO DO ESTUDANTE; Estudar a influncia de prgulas na iluminao natural de edificaes Aprendizado no uso de ferramenta computacional para simulao da iluminao natural na edificao. II - DETALHAMENTO DA METODOLOGIA CORRESPONDENTE; Reviso de literatura sobre prgulas e iluminao natural; Aprendizagem no uso do software TropLux; Definio dos modelos de sala (dimenses, aberturas e caractersticas dos materiais) e parmetros de prgulas; Processamento atravs do Troplux das iluminncias em uma malha de um ponto por m2, as simulaes sero feitas para todos os dias do ano, das 7 s 17 horas, com o cu dinmico para a cidade de Macei e quatro orientaes de abertura (N, S, L, O); Anlise comparativa de parmetros; Sugestes sobre o uso de prgulas para iluminao natural em edificao.

6MODELO RELATRIO FINAL PIBIC CNPq/UFAL/FAPEAL