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Universidade Ibirapuera Arquitetura e Urbanismo Profª Mª Claudete Gebara J. Callegaro 1º semestre de 2016 10fev2016 CONFORTO AMBIENTAL: INSOLAÇÃO E ILUMINAÇÃO Arquitetura sustentável – importância de aproveitamento e controle da insolação Conforto ambiental - aspectos de salubridade e iluminação Radiação solar – de onde vem, o que é, como interfere em nossa vida Radiação infravermelha – espectro visível – radiação ultravioleta Distribuição da radiação solar sobre a superfície terrestre – absorção e reflexão

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Universidade IbirapueraArquitetura e Urbanismo

Profª Mª Claudete Gebara J. Callegaro1º semestre de 2016

10fev2016

CONFORTO AMBIENTAL: INSOLAÇÃO E ILUMINAÇÃO

Arquitetura sustentável – importância de aproveitamento e controle da insolaçãoConforto ambiental - aspectos de salubridade e iluminação

Radiação solar – de onde vem, o que é, como interfere em nossa vidaRadiação infravermelha – espectro visível – radiação ultravioleta

Distribuição da radiação solar sobre a superfície terrestre – absorção e reflexão

ARQUITETURA SUSTENTÁVEL

O ser humano busca, incessantemente, ambientes de abrigo e convívio adequados a suas necessidades biológicas e psicológicas.Segundo os preceitos da sustentabilidade ambiental, essas providências devem ser apenas as necessárias e suficientes, de modo a se provocar o mínimo possível de desequilíbrio energético do meio.

A arquitetura bioclimática é uma linha de pensamento e ação consonante com os preceitos de sustentabilidade. Trabalha com a natureza, e não contra ela, considerando o clima de cada lugar como ponto de partida para o projeto.Em relação ao conforto ambiental, a arquitetura busca (e cria) meios de controlar os fatores climáticos, de maneira a propiciar o equilíbrio entre o meio humano e o meio natural.

Relembrando CAEA:

DIMENSÃO SOCIALfacilitação das relações,redução das tensões

DIMENSÃO HUMANAeliminação da dor e do medoconforto físico e psicológicopercepção, emoção, estéticatato, calor, som, odor,luz, forma, prazer

DIMENSÃO AMBIENTALequilíbrio energético

ÂMBITO DO CONFORTO AMBIENTAL

O entorno atua sobre o edifício.

O edifício (envoltório + usuários) faz parte do contexto urbano.

O edifício modifica o entorno (vizinhança de coisas e pessoas).

Neste bimestre trataremos de INSOLAÇÃO, ou seja, da radiação solar que chega até o solo

(edifícios, pessoas, objetos, vegetação...), de como promovê-la e de como nos protegermos dela.

Radiação solar:O que é?

De onde vem?Como influencia nosso organismo?

De que maneira varia no globo terrestre?

ATUAÇÃO DO ARQUITETO PARA O CONFORTO AMBIENTAL SUSTENTÁVEL•Salubridade - implantação dos edifícios na geografia de cada lugar, insolação.•Conforto Higrotérmico – equilíbrio entre áreas livres, áreas vegetadas e áreas construídas (extensão e altura), sombras, umidade.•Conforto Visual – perspectivas, espaços abertos e espaços confinados, diversidade de paisagens humanas e espaciais, diversidade de épocas e culturas, iluminação.•Conforto Acústico – privacidade, ruído.•Qualidade do Ar – ventilação.• Redução do Impacto Ambiental - energia, resíduos sólidos e gasosos, reuso de insumos, drenagem, áreas sensíveis.•Mobilidade – deslocamentos, possibilidades de integração, concentração de serviços.•Acessibilidade – qualidade e tipologia de transporte, desenho acessível.•Ergonomia – limites da percepção humana, distâncias e posicionamento apropriados para as atividades locais e sócio-urbanas.•Segurança – controle de velocidade, vida nas ruas (diversidade de movimentação: horários, atividades, grupos), informação, referenciais (localização).•Espaços livres – hierarquia de praças, espaços lineares, infraestrutura de drenagem, lazer, convívio, identidade do lugar.

•temperatura•pressão

•umidade•movimentação do ar

Em relação ao conforto ambiental, a arquitetura busca (e cria) meios de controlar os fatores climáticos, de maneira a propiciar o equilíbrio entre o meio humano e o meio natural.

•radiação solar•eletricidade atmosférica•ionização•atividade solar

PRINCIPAIS FATORES CLIMÁTICOS

O Sol é vital.É o Sol que atua sobre os elementos da Terra

– matéria sólida, líquida e gasosa –gerando o clima global.

A diversificação dos climas nas várias partes do globo terrestredecorre, especialmente, do posicionamento relativo

das áreas terrestres em relação ao Sol.

O Sol é uma estrela gasosa luminosa, que irradia energia eletromagnética em todas as direções. Essa energia é a chave de todos os fenômenos atmosféricos e da vida na Terra.

TERRA

Imagem obtida em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Planets2013.jpg: O Sol e os planetas do sistema solar, com diâmetros em escala, mas distâncias nãoproporcionais à realidade.

RADIAÇÃO SOLAR – De onde vem?

O raio médio do Sol tem cerca de 100 vezes o raio da Terra (696.000 km). A temperatura de sua superfície é de 6.000°C.A energia eletromagnética irradiada pelo Sol viaja pelo espaço (vácuo) a uma velocidade de 300.000 km/s (leva 8,3 minutos para chegar à Terra).

A temperatura do magma que constitui o interior da Terra está entre 700 °C e 1300 °C.

Imagem obtida em https://www.clevernotes.ie

Luz é a radiação eletromagnética visível aos nossos olhos, mas

nem toda radiação eletromagnética é visível; portanto,

LUZ ≠ RADIAÇÃO

Radiação e Irradiação são termos com significado distinto, mas aqui serão usados como sinônimos.

O termo radiação se refere à emissão contínua de energia.

RADIAÇÃO – O que é?

O fóton é o elemento mediador da força eletromagnética.

ESPECTRO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICAImagem creditada a ASSUNÇÃO, 2006, obtida em arquivo ppt do Prof. Dr. Emerson Galvani - Laboratório de Climatologia e Biogeografia – LCB, encontrado na internet, em busca por “radiação solar”. www.geografia.fflch.usp.br/...%20Radiacao%20solar/....

Imagem obtida em http://www.genesistintas.com.br/teoriadacor.php

ESCALA MÉTRICA. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ordem_de_grandeza

1 metro

1 nanômetro1 micrômetro

1 milímetro

Relembrando

1 quilômetro

CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 10/08/2014.

As ondas (todas) variam quanto a:• natureza• propagação da energia• direção

Vale para qualquer tipo de ONDA!!

A radiação eletromagnética se comporta como “onda”.

Relembrando CAEA

• Ondas mecânicas: necessitam de um meio material para se propagar (mar, som, corda);• Ondas eletromagnéticas: podem se propagar tanto no vácuo (ausência de matéria) como em outros meios (luz solar, ondas de rádio, micro-ondas, raios X).• Unidimensionais: propagam-se em uma única dimensão (cordas, molas);• Bidimensionais: propagam-se num plano (água num lago);• Tridimensionais: propagam-se em todas as direções (luz, som).

• Ondas transversais: direção de propagação perpendicular à direção de vibração (corda, ondas eletromagnéticas).• Ondas longitudinais: direção de propagação coincide com a direção de vibração (líquidos, gases).

NATUREZA

DIREÇÃO DE PROPAGAÇÃO DA ENERGIA

DIREÇÃO DA VIBRAÇÃO

SOBRE “ONDAS”, VEJA MAIS NO ARQUIVO SOBRE VISÃO DE CAEA.

Embora a radiação solar se propague em todas as direções (tridimensionalmente), a Terra é tão pequena em relação ao Sol, que se poderia dizer que recebemos “um raiozinho” de Sol. Sendo assim,

para facilitar o estudo sobre os efeitos da radiação solarsobre a superfície terrestre, nesta disciplina,utiliza-se um artifício:

considera-se que as emissões provindas do Sol sejam como uma simples linha reta entre o centro do Sol e o centro da Terra. Essa linha, vista mais de perto, pode ser interpretada como umfeixe de raios paralelos(como numa lâmpada de facho fechado).

Essa informação será utilizada na construção do Solarscópio ou Heliodón.

Da energia eletromagnética provinda do Sol e que chega à Terra,cerca de:

•43% podem ser percebidos pelos olhos humanos (espectro óptico),•49% são sentidos apenas como calor (infravermelho),•7% não são vistos e nem sentidos, mas atuam sobre as células de muitos seres (ultravioleta).

RADIAÇÃO SOLAR – Como interfere em nossa vida?

Além do calor e da luz que o Sol nos propicia, o ser humano depende da exposição à radiação solar para ativar uma série de funções fisiológicas, p. ex.:•estímulo anti sonolência e anti depressão,•processamento da vitamina D e fixação do cálcio.

Intervenção da autora sobre imagem extraída de OSRAM, s/data.

RADIAÇÃO PERCEPTÍVEL PELO OLHO HUMANOESPECTRO ÓPTICO (OU VISÍVEL) – LUZ SOLAR

O olho humano se adapta melhor à luz solar do que à luz artificial.

A luz natural varia com as horas do dia e nos dá uma sensação psicológica do tempo (cronológico e climático), reduzindo a monotonia e nos permitindo acompanhar as variações externas.

A visão é o órgão do sentido mais utilizado tanto no trabalho quanto no cotidiano.

Pode-se considerar “luz natural” aquela recebida diretamente do Solou a que nos chega por reflexo dessa mesma luz.

Relembrando CAEA

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DA VISÃO:ACUIDADE VISUAL – pequenos detalhes

•Depende da iluminação e do tempo de exposição.•Luz excessiva atrapalha a acuidade - contração da pupila

ACOMODAÇÃO – distância•O cristalino muda de forma (engrossa ou encurva)

CONVERGÊNCIA - coordenação dos 2 olhos•É essa condição que dá a sensação de profundidade.

PERCEPÇÃO DAS CORES – comprimentos de onda + organismo + cultura

imagem única

Relembrando CAEA

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K = temperatura em graus Kelvin5700 °K é a temperatura aproximada da superfície do Sol e corresponde a cerca de 5400°C1°K = -272,15°C

A Melatonina regula o Sono e fortalece o sistema imunológico

O Cortisol é um hormônio importante quando está em quantidades normais, pois deixa nosso organismo preparado para situações de perigo.Relembrando CAEA

RADIAÇÃO INFRAVERMELHATodos os corpos que têm calor irradiam energia eletromagnética sob forma de ondas infravermelhas (IV).

As IV são utilizadas em equipamentos de transmissão de imagens e mensagens e na formação de imagens noturnas, uma vez que cada corpo tem um espectro de emissão de radiação diferente. Imagem obtida em http://cienciasaqui.blogspot.com/2010/04/radiacao-infravermelha.html#ixzz2a4Wa9PV8

Um corpo tem calor quando sua temperatura está acima de 0o K.Zero grau Kelvin é considerado zero grau absoluto e corresponde a -273o C.

As ondas luminosas que nos dão a sensação do vermelho são, dentro do espectro óptico, as de maior comprimento de onda e de menor energia.As ondas eletromagnéticas provindas do Sol com um nível energético um pouco inferior ao das ondas vermelhas são denominadas “infravermelhas” (IV).

As ondas IV são, portanto, invisíveis para o olho humano;contudo, ainda podem ser percebidas como calor.

Os raios IV movimentam os átomos do ambiente como um todo. Em nosso organismo, dilatam os vasos e relaxam os músculos, ativando a circulação sanguínea, nos aquecendo.Têm amplo uso terapêutico: tratamento de sinusite, dores reumáticas e traumáticas.

RADIAÇÃO INFRAVERMELHA

A exposição prolongada ao Sol ou a equipamentos que emitam IV pode provocar queimaduras e envelhecimento precoce.

Do outro lado do espectro óptico, vizinhas às ondas que nos dão a sensação da cor violeta, ficam as ondas denominadas “ultravioletas” (UV), por terem comprimento de onda menor e, portanto, um nível energético superior ao daquelas.As ondas UV são invisíveis aos nossos olhos, como as IV, mas, ao contrário daquelas, não as percebemos pelo calor.Sabemos delas apenas de modo indireto, por seus efeitos positivos ou negativos sobre a vida.

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA

UV-A: 400 – 320 nm (“luz negra”)UV-B: 320 – 280 nm (danos à pele)UV-C: 280 - 100 nm ("germicida“)

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETASomente de 6 a 7% da energia solar que atinge a Terra são de raios UV.Os UV praticamente não chegam ao solo, pois são absorvidos pela atmosfera terrestre.

Imagem obtida em http://www.webgroove.com.br/oculos-de-sol-muito-alem-da-estetica/

Os raios UVC são os mais energéticos (próximos ao comprimento de onda dos raios X) e representam grande perigo para os seres vivos.São absorvidos pela maior parte da matéria orgânica, inclusive DNA, causando danos severos às moléculas e a seu processo de reprodução, razão de serem considerados germicidas (lâmpadas especiais).UVC desencadeiam uma reação química transformando o Oxigênio (O2) em Ozônio (O3), sendo assim absorvidos praticamente em sua totalidade pela atmosfera terrestre, não chegando ao solo.

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA99% dos raios UV que atravessam a atmosfera terrestre e atingem a superfície da Terra é de raios UVA. Ou seja, de todos os tipos de UV, é o menos energético (próximos ao comprimento de onda da luz violeta) e menos danoso à vida.

Os raios UVB, por sua vez, têm suficiente energia para causar danosfotoquímicos às células de DNA, mas, ao contrário dos UVC, não são totalmenteabsorvidos pela atmosfera. Ou seja, são os mais danosos à vida, emboraessenciais a ela.

Imagem obtida em http://sersaudeestetica.blogspot.com.br/2012/06/protecao-solar-e-ondas-ultravioletas.html

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA

A exposição excessiva de nossapele aos UVB pode levar a queimaduras de pele (eritema), catarata (olhos), desenvolvimento de câncer de pele.Pessoas que ficam muito ao arlivre, inclusive os trabalhadoresda construção civil, são muitosujeitos a esses problemas e deveriam usar bloqueadoressolares e óculos apropriados parade protegerem dos raios UVA e UVB.

A radiação UVB é necessária para a síntese da vitamina D.

As ondas eletromagnéticas se propagam com mais eficiência no vácuo, onde não há superfícies que as interceptem. Quando interceptadas por alguma superfície, podem ser

•absorvidas, •retransmitidas (muitas vezes como outra forma de energia),•refletidas, total ou parcialmente.

RADIAÇÃO SOLAR – Como varia na superfície terrestre?

6 + 20 + 4 + 16 + 3 = 49 + 51 = 100 38 + 26 + 21 +15 = 100

Intervenção da autora sobre imagem obtida em http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/radiacao.htm

BALANÇO DE ENERGIA

•As ondas eletromagnéticas recebidas diretamente do espaço são chamadas de radiação direta.•A parte da radiação solar que é filtrada pela atmosfera e chega à superfície terrestre modificada, é chamada de radiação difusa do céu.•A parte da radiação direta que atinge o solo (chão, edifícios, vegetação, pessoas) tem seu comprimento de onda modificado de curto para longo, e então é refletida de volta para o espaço; ou seja, deixa parte de sua energia na superfície (calor, p.ex.).•A reflexão depende da refletância da superfície sobre a qual a radiação incide.•A absorção de energia depende da absortância da superfície de incidência.•A radiação refletida do solo somada à radiação difusa do céu constitui a radiação indireta.

Porcentagem de albedo de algumas superfícies. Tabela obtida em http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/radiacao.htmSolo descoberto 10-25Areia, deserto 25-40Grama 15-25Floresta 10-15Neve (limpa, seca) 75-95Neve (molhada e/ou suja) 25-75Superfície do mar (sol > 25° acima do horizonte)

Menor que 10

Superfície do mar (pequena altura do sol) 10-70Nuvens espessas 70-80Nuvens finas 25-50

REFLEXÃO DA ENERGIA SOLARA refletividade das superfícies é uma medida relativa denominada albedo.(Do latim albedus ="esbranquiçado”, a partir de albus ="branco”.)O albedo é um parâmetro adimensional e pode variar de 0 (escuro) a 1 (brilhante). Depende principalmente da cor, da rugosidade e do material da superfície.Quanto maior é o albedo de uma superfície, menos radiação solar ela absorve e, portanto, reflete mais a energia e se aquece menos.

Imagem obtida em http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=2599

ABSORÇÃO DA ENERGIA SOLAR

A absortância à radiação solar (α) é a fração de radiação solar absorvida quando a radiação incide em uma superfície. A absortância é um parâmetro adimensional que varia do 0,0 (menor absortância) até o 1,0 (máxima absortância). A cor tem uma grande influência na absortânciadas vedações, por isso é um parâmetro que deve ser considerado com bastante atenção, dependendo do objetivo: aquecimento ou resfriamento do ambiente.

Absortância de vários tipos de revestimento. Tabela extraída de JOHN, 2010:79.

REFERÊNCIASARDUINI, Juvenal. Antropologia: ousar para inventar a humanidade. São Paulo: Paulus, 2002. CORBELLA, Oscar; YANNAS, Simos. Em busca de uma Arquitetura Sustentável para os trópicos - conforto ambiental. Rio de Janeiro: Revan, 2003.FROTA, A. B; SCHIFFER S. R. Manual de conforto térmico. São Paulo: Nobel, 1997.FROTA, Anésia Barros. Geometria da Insolação. São Paulo: Geros, 2004. JOHN, Vanderley M. Desafios da Construção Sustentável. Manual Selo Casa Azul: Boas práticas para a habitação mais sustentável. Caixa Econômica Federal. São Paulo: Páginas e Letras, 2010.OSRAM. Manual Luminotécnico Prático. Osram, s/data. http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/ManualOsram.pdf RIVERO, Roberto. Acondicionamento térmico natural: Arquitetura e Clima. Porto Alegre: D. C. Luzzatto Editores, 1986. SANT’ANNA, Daniele Ornaghi. Clima, percepção e arquitetura. Dissertação de Mestrado apresentada à FAUUSP em 2007, sob orientação do Prof. Dr. Ualfrido Del Carlo. VIANNA, Nelson Solano; GONÇALVES, Joana Carla Soares. Iluminação e arquitetura. São Paulo: Geros Arquitetura, 2007.

REFERÊNCIAShttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Planets2013.jpg.http://pt.wikipedia.org/wiki/Ordem_de_grandeza.http://www.genesistintas.com.br/teoriadacor.php.http://www.geografia.fflch.usp.br/...%20Radiacao%20solar/.... Arquivo em Power Pointdo Prof. Dr. Emerson Galvani - Laboratório de Climatologia e Biogeografia – LCB, encontrado na internet, em busca por “radiação solar”. (Não se conseguiu registrar o endereço eletrônico completo).http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/radiacao.htm.http://sersaudeestetica.blogspot.com.br/2012/06/protecao-solar-e-ondas-ultravioletas.html. http://www.webgroove.com.br/oculos-de-sol-muito-alem-da-estetica/.