LUZ NATURAL E PROJETO DE ARQUITETURA: ESTRATÉGIAS PARA ILUMINAÇÃO ZENITAL EM CENTROS DE COMPRAS.

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1 I CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO julho 2004, São Paulo. ISBN LUZ NATURAL E PROJETO DE ARQUITETURA: ESTRATÉGIAS PARA ILUMINAÇÃO ZENITAL EM CENTROS DE COMPRAS. RESUMO GARROCHO, Juliana Saiter (1) / AMORIM, Cláudia Naves David (2) (1) Mestranda - Programa de Pós-Graduação da FAU-UnB, Bolsista CNPq Brasil, jugarrocho@ibest.com.br (2) Profª Dra - Programa de Pós-Graduação da FAU-UnB,clamorim@unb.com.br Este artigo contempla uma breve revisão do estado da arte na área de arquitetura de centro de compras, especialmente no que se refere às estratégias a serem consideradas, no processo de projeto, às questões de iluminação zenital. Com esse direcionamento, do ponto de vista de projetação, pretende-se mostrar a importância de focar a questão energética para otimizar o uso de luz natural. Nesta tipologia de edificações, a iluminação tem um papel importante no intuito de se criar uma atmosfera cenográfica, com ambientes que proporcionam bem estar e conforto aos usuários, o que pode ser ainda mais potencializado com o uso da luz natural. Além disto, os edifícios não residenciais em geral são os que apresentam maior potencial de economia energética, nos usos finais de iluminação e ar condicionado. Os centros de compras, em especial, possuem recursos financeiros para investir em novas tecnologias para conforto e economia energética. Partindo do pressuposto de que estas edificações utilizam basicamente a iluminação zenital, devido às suas características arquitetônicas, o trabalho enfoca esta modalidade de iluminação, considerada elemento básico no estudo do desempenho ambiental desta tipologia. As aberturas zenitais nesses edifícios são uma solução favorável para melhorar a quantidade e otimizar a distribuição de luz natural no espaço; devem ser, no entanto, cuidadosamente projetadas para evitar ganhos térmicos e luminosos excessivos. Palavras-chave: luz natural, iluminação zenital, conforto e eficiência energética. 1. INTRODUÇÃO A preocupação com o consumo de energia elétrica hoje no mundo é intensa. Não é raro observar diversos países com suas legislações reformuladas, com uma preocupação notória com as questões energético-ambientais. Um novo paradigma surgiu com a crise do petróleo na década de 70, obrigando a uma reavaliação em todos os níveis, das estratégias energéticas de produção e consumo de energia utilizadas até então. Segundo PESSOA et al (2002), o uso indiscriminado e predatório das fontes convencionais e a disseminação das instalações nucleares colocaram de forma enfática o problema do impacto ambiental e da limitação das fontes energéticas exploradas inadequadamente há tempos. O desafio no cenário atual é mudar e substituir o comportamento convencional dos consumidores, característico do padrão produtivo e de consumo massivo, visando racionalizar o uso da energia e apontar medidas de utilização mais responsável, não só no presente momento, mas considerando seu impacto global no futuro. Conforme analisa LOMARDO et al (1998), a energia elétrica usada em edifícios é aproximadamente 45% do consumo total de energia elétrica do Brasil. O setor residencial é responsável, aproximadamente, pela metade deste consumo de energia elétrica, sendo a outra metade dividida entre os setores comercial e público.

2 O crescimento acumulado no consumo de energia elétrica mais alto nos últimos anos é do setor comercial - cresceu de 70,1%, em 1988, para 89,7%, em segundo dados do BEN Balanço Energético Nacional (1999). Os principais fatores que influenciaram o crescimento do setor comercial, segundo a Eletrobrás apud LOMARDO et al (1998), foram: expansão e abertura de novos centros de compras (shopping centers) com forte crescimento do sistema franchising; aumento da terceirização na economia e uso crescente dos portos marítimos. Pode-se, então, questionar quais as soluções que estão sendo propostas para se amenizar os impactos causados por este setor e, principalmente, pelas edificações do tipo centros de compras, consideradas uma grande vilã em termos de consumo energético. De acordo com a ABRASCE, Associação Brasileira de Shopping Centers (1998), os centros de compras do país consomem cerca de 100,5 GWh/mês, energia suficiente para abastecer uma cidade de 1 milhão de habitantes; 1 milhão de m 3 /mês de água; 200 mil TR de ar-condicionado. Além disso, os edifícios não residenciais, em geral, são os que apresentam maior potencial de economia energética nos usos finais de iluminação e ar condicionado. Os centros de compras, em especial, possuem recursos financeiros para investir em novas tecnologias para conforto e economia energética. Entretanto, identificam-se nas tipologias de centros de compras, somente tímidas tendências em direção a uma arquitetura sustentável. O que se verifica, tanto no Brasil quanto no exterior, são preocupações com relação a uma maior utilização da iluminação natural. No exterior, devido às normas e leis que permeiam esta questão e, no Brasil, pela atual preocupação com o racionamento de energia. O consumo energético de iluminação por uso final nesse setor (centros de compras) gira em torno de 49%, segundo LAMBERTS et al (1998) apud AMORIM (2002a), valor este altíssimo, pois é praticamente a metade do consumo total da edificação. Sendo que, aproximadamente, 34% é computado para o consumo com ar condicionado e o restante para os demais equipamentos como escadas rolantes e elevadores. Para diminuição do consumo energético, a adequação do padrão arquitetônico é o item que exige menores investimentos, e proporciona uma das maiores economias de energia. Segundo o BEN (1999) apud MACIEL (2002), para a adequação arquitetônica o investimento exigido é de apenas 5% do total e proporciona uma das maiores economias de energia (23%). O rendimento é de 3 a 9 vezes superior ao dos outros investimentos, como a redução do desperdício, sistemas de controle e, melhoria do rendimento de iluminação e ar condicionado. De acordo com SAWIN (2003), do final dos anos 90 até 2020, o consumo global de energia deverá aumentar quase 60%, devido ao crescimento populacional, urbanização contínua e expansão econômica e industrial. O consumo de eletricidade, a forma mais versátil de energia, aumentará mais dramaticamente ainda, segundo a maioria das estimativas quase 70%. A maior parcela desse crescimento deverá ocorrer no mundo em desenvolvimento, onde cerca de 2 bilhões de pessoas não têm acesso a formas modernas de energia, como eletricidade e gás encanado. E a maior energia adicional virá dos combustíveis fósseis, conforme projeções de agências nacionais e internacionais. Mas, o atendimento dessas demandas através de combustíveis e tecnologias convencionais irá ameaçar ainda mais o meio ambiente natural, saúde e bem-estar públicos. Existem vários trabalhos de avaliação de edifícios tendo em vista a aplicação de sistemas naturais de iluminação em concordância com sistemas artificiais otimizados. Em muitos deles, fica explícita a importância do emprego de estratégias e tecnologias passivas no projeto arquitetônico, desde sua concepção, para a diminuição do consumo de energia e dos impactos ao meio ambiente natural. No contexto brasileiro, a utilização da iluminação natural reflete-se diretamente na energia gasta em ar condicionado e iluminação artificial. Em grande parte das cidades brasileiras, como Brasília (cidade foco do estudo em andamento), por exemplo, a luminosidade do céu é intensa, anualmente a radiação solar é de 2600 horas por ano, o que permite reduzir bastante o uso da luz artificial na maioria dos edifícios. Pode reduzir também os custos com ar condicionado; pois de acordo com AMORIM (2002c), a luz natural produz menos calor por unidade de iluminação do que a maioria das luzes artificiais, reduzindo, portanto, também a carga do ar condicionado. A disponibilidade da luz natural nas regiões tropicais é grande, e esta deve ser usada de forma criteriosa. O desafio, portanto, é equilibrar sabiamente o ingresso da luz difusa, bloqueando o calor gerado pela luz solar direta, evitando problemas de conforto térmico.(amorim, 2002a)

3 A luz natural oferece enormes vantagens, e pode ser utilizada como estratégia para obter maior qualidade ambiental e eficiência energética em edificações. Muitos componentes para serem utilizados como estratégias de projeto estão disponíveis, tanto em novos edifícios, como em reformas. A disseminação de informações é muito importante, para que a utilização destas estratégias em larga escala possa tornar-se uma realidade palpável, colaborando para a sustentabilidade da arquitetura de forma concreta. 2. LUZ NATURAL EM ARQUITETURA Os seres humanos, em comum com a maioria dos outros organismos complexos, dependem da exposição à luz natural para ativar uma série de funções fisiológicas. Existem, essencialmente, dois aspectos que devem ser considerados: a intensidade da exposição à luz natural e a exposição específica ao componente ultravioleta (UV) da radiação solar. 2.1 Intensidade da exposição à luz solar - ritmos circadianos A cada manhã, fortes doses de luz solar são necessárias para estimular a glândula pineal para encerrar a produção de melatonina. Receptora de informações sobre os níveis de luz, a partir da retina, a glândula pineal é um órgão que se localiza na base do cérebro. De acordo com BAKER et al (2002), ela desenvolve várias funções regulatórias importantes, principalmente através da liberação de melatonina na corrente sanguínea durante as horas de escuridão. Afirmar que esses ciclos são iniciados ou encerrados devido à presença ou ausência de luz natural, é uma simplificação excessiva da realidade. Segundo BAKER et al (2002), experimentos têm mostrado que os ciclos circadianos continuam a ocorrer mesmo sem o estímulo da luz natural, entretanto, eles atrasam 1h10min a cada 24 horas. Em outras palavras, a ação da luz natural acelera os ciclos circadianos do corpo, de forma a fazê-los coincidir com o ciclo diário de 24h. Isso foi descrito como mudança de fase, e uma mudança de fase positiva, em média de 1h10min, necessária, portanto, diariamente. A glândula pineal é muito mais sensível de manhã cedo que durante o meio do dia. Durante a sensibilidade máxima (por volta de 4h da manhã), mesmo uma luz de baixa intensidade pode ocasionar uma mudança positiva de fase, mas à medida que o dia continua, essa sensibilidade diminui gradualmente, de maneira que uma intensidade (e/ou duração) de luz cada vez maior é exigida para se obter o mesmo efeito. Embora isso possa parecer estranho, num primeiro momento, é o método do qual a natureza se vale para garantir que haja um equilíbrio na exposição, apesar das amplas diferenças na intensidade da luz natural de acordo com a condição climática ou latitude. Assim, por exemplo, analisa BAKER et al (2002), a exposição matinal à forte luz dos trópicos, à qual, ao contrário, encurtaria os ciclos circadianos em mais de 1h10min, pode ser compensada na dose adequada pela exposição no período da tarde. Ao mesmo tempo, o sistema é sensível o bastante para permitir uma mudança de fase positiva, mesmo em dias nublados nas altas latitudes. Ao longo do tempo, o ciclo de produção de melatonina da glândula pineal irá se estender gradualmente por 25h10min, e a desincronização circadiana ocorrerá. De acordo com BAKER et al (2002), a melatonina será liberada em horas erradas do dia, ocasionando letargia, sonolência e vários outros sintomas causados pela atividade intempestiva desses órgãos regulados pela melatonina. Em alguns indivíduos, isso ocasiona uma condição conhecida como Desordem Emocional Sazonal (Seasonal Affective Disorder SAD). As pessoas que vivem diariamente em ambientes climatizados e iluminados artificialmente sentem, em algum grau, mudanças sazonais no seu humor ou comportamento. Entretanto, as pessoas que sofrem de SAD e vivem em altas latitudes, durante o inverno, sentem esses sintomas de forma mais severa, o que faz com que se sintam seriamente debilitadas. Segundo BAKER et al (2002), não só o fato de a retina não receber luz forte suficiente, como também a possibilidade de que a exposição à luz seja irregular e intermitente podem interferir nos nossos ritmos circadianos. O quão grave a disfunção circadiana crônica pode ser para a saúde humana ainda é objeto de pesquisa médica, mas é provável que, pelo menos, cause debilitação das funções física e mental. Enquanto as pessoas que vivem e trabalham em altas latitudes, no inverno, estão em posição de maior risco, prédios

4 ao seu ângulo de inclinação, possibilita segundo LAAR (2001), eliminar a problemática referente ao brilho. Os painéis podem ser instalados também em forma de brise móvel com funcionamento diferenciado nas diferentes estações do ano. Por exemplo, no inverno na posição vertical para admitir a luz ou no verão, na posição horizontal para refletir a luz. Deve ainda, ser utilizado com critério, evitando fachadas muito expostas à radiação solar. O Laser cut panel, de acordo com HERZOG (2001) apud AMORIM (2002b), possui em termos de dados técnicos; fator solar (porcentagem da energia total transmitida pelo sistema) igual a 56%, transmissão luminosa (porcentagem de luz visível transmitida) igual a 92% e o valor de K (coeficiente global de transmissão térmica) igual 1,5 W/m 2 K. A principal desvantagem deste sistema é o custo, aproximadamente 100 euros por m 2. Para pequenas quantidades (<20 m 2 ) o custo é de 130 euros por m 2. A economia de energia a ser obtida depende da aplicação dos painéis. Por exemplo, painéis fixos na parte superior da abertura que redirecionam a luz para o fundo do espaço interno podem aumentar a luz natural de 10 a 30%, dependendo das condições do céu. Inclinados para fora da janela tem efeito maior ainda. Os edifícios não residenciais, em geral, são os que apresentam maior potencial de economia energética nos usos finais de iluminação e ar condicionado. E os centros de compras, em especial, possuem recursos financeiros para investir em novas tecnologias deste tipo para obter maior conforto e economia energética do edifício. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS A luz natural oferece enormes vantagens e sua utilização pode ser extremamente eficiente. Entretanto, deve-se ponderar o uso da luz solar em um edifício, diante dos ganhos de calor não desejados para sua otimização. Tendo em vista que o clima de Brasília (tropical de altitude), possui duas estações durante o ano, onde pode haver uma mudança das condições do céu; claro durante a estação da seca e, nublado na estação úmida, a tecnologia da luz natural necessita de considerações específicas. O uso de componentes e tecnologias para a luz natural são soluções que podem atenuar os efeitos da luz solar direta, principalmente nas coberturas que recebem o dobro da radiação solar se comparada às fachadas - de maneira que se intercepte parte da radiação solar direta, refletindo-a e difundindo-a. Em edificações do tipo centros de compras, intervenções para o uso de tecnologias para a luz natural por meio de projetos específicos são passíveis de execução, pois, os centros de compras além de possuírem recursos financeiros e apresentarem potencial de economia energética nos seus usos finais; possuem interesse em obter e proporcionar um maior bem-estar e conforto aos seus usuários, bem como, diminuir custos para o empreendimento. De um modo geral, este artigo procurou mostrar que o uso de tecnologias e um bom planejamento tornam-se indispensáveis quando se tem que reduzir a demanda energética e obter uma maior e melhor qualidade do ambiente construído. Além disso, hoje, com a ajuda de programas computacionais podese simular a propagação da luz natural nos ambientes, de maneira que o projetista alcance uma ótima iluminação natural. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE SHOPPING CENTES - ABRASCE. A arte de projetar e construir shoppings. VI Anuário Brasileiro de Shopping Centers, Editora Univers Ltda, São Paulo, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE SHOPPING CENTES - ABRASCE. Grandes números do setor. Disponível em: Acesso em: 10 Jun AMORIM, C.N.D. "Illuminazione Naturale, Comfort Visivo ed Efficienza Energetica in Edifici Commerciali: Proposte Progettuali e Tecnologiche in contesto di clima Tropicale". Tese de Doutorado. Università degli Studi di Roma "La Sapienza", Roma, 2001.

5 AMORIM, C.N.D. Iluminação Natural e Eficiência Energética Parte I. Estratégias de Projeto para uma Arquitetura Sustentável. Brasília, Nov. 2002a. Disponível em: Acesso em: 20 Nov AMORIM, C. N. D. Iluminação Natural e Eficiência Energética Parte II. Sistemas Inovadores para a Luz Natural. Brasília, Nov. 2002b. Disponível em: Acesso em: 20 Nov AMORIM, C. N. D. Iluminação Natural e Qualidade Ambiental: Eficiência Energética e Conforto. Notas de aula. FAU/UnB. Brasília, 2002c. AMORIM, C. N. D. Classificação dos componentes para a luz natural. Notas de aula. FAU/UnB. Brasília, 2002d. AMORIM, C. N. D. Comparativos de consumo energético em centros de compras de Brasília. Notas de aula. FAU/UnB. Brasília, BAKER, N. and STEEMERS, K. Daylighting Design of Buildings. James and James Editors, London, BAKER, N.; FANCHIOTTI, A.; STEEMERS, K. Daylighting in Architecture. A European Reference Book. James and James Editors, London, BEHLING, S. e BEHLING, S. Sol Power. Editorial Gustavo Gilli, Barcelona, MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Balanço Energético Nacional BEN. Brasília, CORBELLA, O. e YANNAS, S. Environmental study of two shopping malls in Rio de Janeiro. In: Environmentally Friendly Cities, PLEA 98. Anais. Lisboa, Portugual, p DEL RIO, V. Revitalização de centros urbanos.in Seminário de Desenho Urbano no Brasil, SEDUR. Anais. Brasília, FONTOYNONT, M. (Ed.). Daylighting Performance in Buildings. James and James, London, GOULART, S., LAMBERTS, R. e FIRMINO, S, Dados climáticos para projeto e avaliação energética de edificações para 14 cidades Brasileiras, PW ed., São Paulo, dez ICSC - INTERNATIONAL COUNCIL of SHOPPING CENTERS. Graphs covering the 1970 through 2002 period. Disponível em: Acesso em Jun LAAR, M. Daylighting Systems for the tropics the example of Laser Cut Panels (Australia) and Plexiglas Daylight (Germany). In Seventh International IBPSA Conference. Anais. Rio de Janeiro, Brasil, 2001.p LAMBERTS, R.; DUTRA, L., PEREIRA, F. Eficiência Energética na Arquitetura. UFSC/Procel/ Eletrobrás, São Paulo, LOMARDO, L. L.B., LAMBERTS, R.e THOMÉ, M. O potencial de conservação de energia elétrica financeiramente viável em edifícios públicos e comerciais do Brasil: demonstrações de Retrofit. In: Anais do III Congresso Brasileiro de Planejamento Energético: Novo Setor Energético - modelos, regulamentação e competitividade. Anais. São Paulo, MACIEL, A. Projeto Bioclimático em Brasília: Estudo de caso em edifício de escritórios. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, UFSC, Disponível em: Acesso em: Nov PESSOA, V. M. N. e OLIVEIRA, R. F. Alves de. A eficiência energética no Brasil sob a ótica da inovação tecnológica.in: Anais do IX Congresso Brasileiro de Energia: IV Seminário Latino- Americano de Energia: soluções para a energia no Brasil. Anais. Rio de Janeiro, p SAWIN, J. Traçando um Novo Futuro Energético. Relatório Anual do Worldwatch Institute. Estado do Mundo Disponível em: Traçando um Novo Futuro Energético, Acesso em: 20 de outubro de VIANNA, N. e GONÇALVES, J. Iluminação e Arquitetura. UniABC Virtus, São Paulo, 2001.