AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL EM SALAS DE AULA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA RS

Transcrição

1 AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL EM SALAS DE AULA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA RS Raquel Brandão Mansilha (1) ; Taís Tier Finamor (2) ; Marina Simon (3) ; Giane de Campos Grigoletti (4) (1) UFSM, raquel_mansilha@hotmail.com (2) UFSM, taisf@hotmail.com (3) UFSM, nina.simon@hotmail.com (4) UFSM, ggrigoletti@gmail.com Resumo Segundo estudos efetuados por Klüsener (2009) para determinar a eficiência energética de um dos edifícios da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), os sistemas de iluminação são de baixa eficiência energética, apresentando alto consumo de energia que poderia ser facilmente reduzido com ações simples. O campus da UFSM em Santa Maria possui m 2 de área construída. Partindo-se do pressuposto que os outros edifícios do campus possuam um desempenho similar ao estudado por Klüsener (2009), percebe-se a importância da adequação dos sistemas de iluminação para redução do consumo de energia. Este artigo tem como objetivo apresentar resultados da avaliação de quatro salas de aula da UFSM no que diz respeito aos níveis de iluminância disponíveis para iluminação natural e artificial comparando parâmetros considerados relevantes para a iluminação natural, ou seja, presença de obstruções externas, proteções solares e orientação solar. O método adotado baseia-se em levantamento de características do sistema de iluminação (aberturas para captação de luz natural, tipos de luminárias e lâmpadas, cores de superfícies, entre outros) e medições in loco com uso de luxímetro digital da Instrutherm, modelo LDR225, localizados em seis pontos do recinto em avaliação. Com os resultados verificaram-se alguns problemas com relação à iluminação natural e principalmente artificial, porém existe um grande potencial de melhoria destas condições levando a um menor consumo de energia elétrica. Palavras-chave: Sistemas de iluminação, Salas de aula, Instituições de ensino, Avaliação. Abstract According to Klüsener (2009) that determined the energy efficiency of buildings in the Federal University of Santa Maria (UFSM), the lighting systems are inefficient, presenting high energy consumption that could be easily reduced with simple actions. The UFSM campus has 273,151m² of built area. Starting from the assumption that the other buildings on campus have a performance similar to that studied by Klüsener (2009), one realizes the importance of adequacy of lighting systems to reduce energy consumption. This article aims to present the evaluation results of four classrooms of UFSM with respect to the illuminance levels available for natural and artificial lighting comparing relevant parameters considered for natural lighting, in other words, the presence of external obstructions, solar protection and solar orientation. The method adopted is based on a survey of characteristics of lighting (openings to capture natural light, types of lamps and fixtures, colors of surfaces, etc.) and in situ measurements using a digital luxímetro Instrutherm model LDR225, located in six points in the evaluation room. With the results, some problems were found with the natural lighting and artificial, however there is great potential for improvement of these conditions leading to a lower power consumption. Keywords: Lighting systems, Classrooms, Educational institutions, Evaluation. 1298

2 1. INTRODUÇÃO Desde 2001, com a crise energética, o governo tem implementado legislações e programas para melhoria da eficiência energética das edificações. Embora o setor público não seja o maior consumidor de energia elétrica, o mesmo tem apresentado um crescimento relativamente contínuo em seu consumo nas últimas duas décadas (LAMBERTS et al., 2007). Este consumo está relacionado, dentre outros fatores, ao desperdício e à baixa eficiência energética das edificações. Cerca de 8 horas por dia em média, para céu claro, há presença de iluminação natural que dispensa o uso de iluminação artificial no interior das edificações (MASCARÓ, 1980), considerando-se uma janela com 15% ou mais da área do piso, ambientes com paredes e teto claros (reflectâncias superiores a 80%) e relação entre profundidade da sala e altura da verga de no máximo 1,5. No entanto, a iluminação artificial tornou-se a principal contribuição requerida para o desenvolvimento das atividades no interior das edificações não residenciais em praticamente todos os horários do dia em todo o país. O sistema de iluminação, que inclui aberturas para captação de iluminação natural e dispositivos específicos para iluminação artificial, deve priorizar o uso da iluminação natural, quando esta é suficiente para o desenvolvimento das atividades visuais previstas para o ambiente. Além disso, deve haver flexibilidade no acionamento da iluminação artificial a fim de usá-la apenas em áreas do ambiente onde a iluminação natural não for suficiente. Para edifícios existentes, quando a configuração espacial (orientação solar, tipos de esquadrias e proteções solares externas, geometria, entre outros) já está definida, é necessária uma avaliação da eficiência do sistema para buscar adaptações que aumentem a eficiência energética dos mesmos. Klüsener (2009) aplicou o regulamento de eficiência energética a um edifício do campus da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), situada no interior do Rio Grande do Sul, e concluiu que a edificação enquadrava-se em um nível E para os sistemas de iluminação, sendo que a envoltória e o sistema de ar-condicionado atingiram um nível C. Os resultados apontam a possibilidade de melhorar o nível atingido pela edificação avaliada, para o item sistema de iluminação, a partir da adoção de estratégias viáveis de serem incorporadas às condições existentes. O campus da UFSM possui m 2 de área construída. Partindo-se do pressuposto que os outros edifícios do campus possuam um desempenho similar ao estudado por Klüsener (2009), percebe-se a importância da adequação dos sistemas de iluminação para redução do consumo de energia elétrica. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo geral Analisar as condições de iluminação natural e artificial de salas de aula da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e apontar proposições que visem um melhor desempenho da iluminação natural e artificial e a eficiência energética destes ambientes Objetivos específicos Avaliar disponibilidade de iluminação natural e iluminação natural mais artificial em salas de aula da UFSM com aberturas voltadas a Norte e a Sul e com e sem obstrução externa. Verificar o comportamento da iluminação natural e iluminação natural mais artificial em salas de aula conforme o afastamento das aberturas para captação de iluminação natural. 1299

3 3. MATERIAS E PROCEDIMENTOS 3.1. Seleção das salas de aula As salas de aula foram selecionadas baseando-se nas suas características físicas. Foram escolhidas salas com áreas semelhantes, porém com um dos parâmetros que interferem na iluminação natural diferentes. A saber, os parâmetros considerados dizem respeito às características das aberturas para captação de iluminação natural (tipos de vidros, tipos de obscurecimento), existência de proteções solares externas, obstruções externas próximas e orientação solar Levantamentos dos sistemas de iluminação Foram selecionadas doze salas de aula em seis centros de ensino e realizados levantamentos de suas características físicas, através de observação in loco. Registrou-se as dimensões das salas de aula e das janelas, os tipos de piso, as cores e os tipos de revestimentos de parede e teto, os tipos de mobiliário, os tipos de proteções solares, externas e internas, quando existiam, a quantidade de luminárias por sala, com número de lâmpadas e potências, suas disposições e divisões de circuitos, bem como as orientações solares de cada sala e qualquer tipo de obstrução do céu visível existente. Este artigo apresenta os resultados obtidos em quatro salas de aula localizadas no Centro de Educação (CE). As salas diferem duas a duas na presença ou não de obstrução solar externa. O Quadro 1 apresenta algumas das características físicas das salas de aula analisadas. Características Salas de aula Dimensões 10,56x6,08x3,0 8,72x6,12x3,0 10,56x6,12x3,0 8,68x6,0x3,0 Orientação solar Norte Norte Sul Sul Cor do piso Salmão Salmão Salmão Salmão Cor paredes e teto Bege Bege Bege Bege Cor do mobiliário Marrom Verde Marrom Cinza Aberturas Basculante Basculante Basculante Basculante Proteção solar Clara Clara Inexistente Inexistente Cortinas Blackout bege Blackout cinza Blackout bege Persiana cinza Obstrução solar Edificação Inexistente Inexistente Edificação Luminárias 10 pendentes 8 pendentes 10 pendentes 8 pendentes Lâmpadas por luminária 4 fluorescentes de 40w 4 fluorescentes de 40w 4 fluorescentes de 40w 4 fluorescentes de 40w 3.3. Medições in loco Quadro 1 Características físicas das salas 3208, 3269, 3209 e 3270 do CE. Para as medições in loco, foi utilizado um conjunto de 12 aparelhos do tipo luxímetro digital com datalogger, modelo LDR 225, da marca Instrutherm, que registraram os níveis de iluminância (em lux) para os turnos da manhã e tarde. As medições foram feitas simultaneamente em duas salas onde variava um determinado parâmetro. As medições foram tomadas entre 24/03/2012 e 25/03/2012 nas salas de aula 3208 e 3269 e entre 17/03/2012 e 18/03/2012 nas salas 3209 e 3270, que apresentaram céu claro. Ambas as medições foram realizadas com céu claro sob duas condições de iluminação (iluminação natural e iluminação 1300

4 natural+artificial). Os luxímetros foram dispostos segundo recomendações da NBR Parte 4 (ABNT, 2004), no que diz respeito a sua distribuição no ambiente, porém com limitações em relação ao número de pontos medidos, devido ao número de equipamentos disponíveis (seis aparelhos por sala). A norma recomenda que o número de pontos de medição seja calculado em função da área do ambiente e do tamanho das aberturas, chegando a 16 pontos de medição para as salas de aula. As medições foram realizadas durante o semestre letivo, nos meses de outubro, novembro e dezembro de 2011 e março e abril de 2012, não seguindo, portanto, as recomendações da NBR Parte 4 (ABNT, 2004), de tomar medições nos solstícios de verão e inverno, pois nesses períodos as salas de aula encontram-se desocupadas na instituição (período de férias ou de término de semestre). As medições foram realizadas nos finais de semana ou feriados, quando as salas de aula estavam desocupadas, para garantir a segurança dos aparelhos. Para todas as salas, as medições foram tomadas com as cortinas abertas, protegendo-se as fotocélulas da incidência direta de radiação solar. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Levantamentos dos sistemas de iluminação Observa-se, através dos levantamentos, que a orientação dos edifícios (em sua maioria, com suas maiores faces voltadas a Leste e Oeste e, consequentemente, janelas voltadas a Leste e a Oeste) obriga o uso de dispositivos que barrem a incidência de radiação solar direta. Devido ao menor custo, a administração da universidade tem optado por pintar os vidros com tinta opaca, o que faz com que não haja incidência de iluminação natural no interior das salas, obrigando ao uso contínuo, durante sua utilização, de iluminação artificial. Uma parcela significativa das salas levantadas apresenta esta solução. Os dispositivos de acionamento da iluminação artificial das salas de aula em que há captação de iluminação natural não estão distribuídos segundo linhas paralelas às janelas, fazendo que, ao se acionar o conjunto de lâmpadas, não se possa optar por acender apenas aquelas mais afastadas da parede que contém as janelas, o que, se utilizado, diminuiria o consumo energético com iluminação artificial. Outra característica das salas pesquisadas é a altura de instalação das luminárias, com distância inadequada da superfície que contém a tarefa visual, exigindo maior potência instalada para as lâmpadas. Por outro lado, há um potencial a ser explorado que diz respeito às condições gerais de implantação dos edifícios do campus, com distâncias entre blocos que permitem a captação de iluminação natural em boa parte das salas de aula (sem ou com poucas obstruções externas). Isso permite também a colocação de dispositivos (brises) externos para controle da radiação solar direta quando esta for indesejável Medições in loco As Figuras 1 e 2 representam as salas de aula 3208 e 3269 respectivamente, mostrando aspectos gerais, localização dos luxímetros e luminárias e circuitos elétricos. 1301

5 Figura 1 - Aspecto geral e planta baixa da sala 3208 do CE com os pontos das medições Figura 2 - Aspecto geral e planta baixa da sala 3269 do CE com os pontos das medições Medições com iluminação natural Medições com iluminação natural e artificial Tabela 1 Resultados das medições das salas 3208 e 3269 do CE 1302

6 De acordo com os gráficos apresentados na Tabela 1, na sala 3208, quando analisado apenas a iluminação natural, percebe-se que ela cresce ao longo da manhã, decai no período da tarde, estando dentro do que recomenda a NBR 5413 (ABNT, 1996) (200 a 500lux), em alguns períodos do dia. Nas posições mais próximas às janelas (luxímetros 1, 2 e 3), com exceção do início da manhã, foram registrados níveis de iluminância dentro do que recomenda a norma, não necessitando de iluminação artificial nestas regiões durante este período. Porém quando analisado as posições mais afastadas das aberturas, os resultados mostram que antes de aproximadamente 11h e após 16h, é preciso utilizar a iluminação artificial para suprir a necessidade de iluminância nestas regiões, pois nestes períodos, os valores registrados foram inferiores a 200 lux. Quando analisado a iluminação natural mais a artificial, o que se observa é que os níveis de iluminância encontrados nos pontos medidos mais afastados da janela são supridos com níveis de iluminância adequados, segundo a NBR 5413 (ABNT, 1996). Devido à distribuição dos circuitos não seguir linhas paralelas às aberturas, há níveis de iluminância excessivos em pontos em que não seria necessário, o que colabora com o aumento do consumo energético para fins de iluminação. Na sala 3269, quando analisada a iluminação natural apenas, observa-se que diferentemente da sala 3208, não é necessário o uso da iluminação artificial em nenhum momento do dia, pois nas regiões mais afastadas da janela, foram registrados valores acima de 200 lux, e nas mais próximas acima de 500 lux, durante toda manhã e toda tarde, deixando claro que a iluminação natural não só é suficiente em todos os horários analisados, como chega a ser excessiva nas regiões mais próximas à janela. Com relação a medição com a iluminação artificial acionada, o que se observa é um comportamento semelhante ao da sala 3208, os níveis de iluminância cresceram em relação aos com uso da iluminação natural apenas e mantiveram-se acima do que recomenda a NBR 5413 (ABNT, 1996) (500 lux) durante todo o período da medição. Comparando o comportamento das duas salas, cujas medições foram tomadas simultaneamente, observa-se que a sala 3269, sem a obstrução externa e voltada a Norte, apresenta níveis de iluminância muito altos, o que poderia causar ofuscamento aos usuários. Neste caso, a obstrução a Norte parece favorecer o controle do excesso de iluminância, quando o tamanho das aberturas projetadas não leva em consideração a parcela maior de céu visível. Ou seja, a adoção de um padrão único de abertura, sem levar em consideração as condições do entorno, mesmo para uma mesma orientação, leva a níveis de iluminância mais elevados, obrigando o fechamento das cortinas (blackout), consequentemente, levando ao acionamento da iluminação artificial. As Figuras 3 e 4 apresentam imagens e plantas baixas das salas de aula 3209 e 3270 respectivamente, mostrando aspectos gerais da sala, localização dos luxímetros e a distribuição das luminárias com suas divisões de circuitos elétricos. A partir dos resultados apresentados na Tabela 2, observa-se que na sala 3209, durante todo o período analisado, os níveis de iluminância, quando avaliada apenas a iluminação natural, encontram-se acima do mínimo recomendado pela norma (200 lux), não sendo necessário o uso da iluminação artificial em nenhum horário do dia. Nas regiões mais próximas às aberturas, os níveis de iluminância são excessivos, ultrapassando os 500 lux. 1303

7 Figura 3 Aspecto geral e planta baixa da sala 3209 do CE com os pontos das medições. Figura 4 Aspecto geral e planta baixa da sala 3270 do CE com os pontos das medições. Medições com iluminação natural Medições com iluminação natural e artificial Tabela 2 Resultados das medições das salas 3209 e 3270 do CE. 1304

8 Com relação à iluminação artificial, quando analisado o gráfico da iluminação natural mais a artificial, o que se percebe é um aumento dos níveis de iluminância com relação a iluminação natural somente. Os níveis registrados foram superiores a 900 lux em todos os pontos medidos, durante todo dia, evidenciando o gasto desnecessário de energia elétrica, desta sala, quando a iluminação artificial está acionada. Na sala de aula 3270, assim como na 3209, quando medido somente a iluminação natural, os níveis de iluminância registrados, com exceção do início da manhã (até por volta das 9h) nas regiões mais afastadas da janela, foram superiores a 200 lux, crescendo ao longo do dia, ultrapassando os 500 lux ainda no período da manhã, mantendo-se assim durante o resto do dia, em todos os pontos medidos, deixando claro a inexistência da necessidade do uso de iluminação artificial nesta sala, mesmo porque, quando analisado o gráfico da iluminação natural mais a artificial, o que se observa é uma situação semelhante a sala 3209, que em todos os pontos medidos foram registrados valores acima de 900 lux. Para a orientação sul das aberturas, os resultados apontam que a presença da obstrução potencializa a iluminação natural devido à contribuição do componente de reflexão externa para a luz natural disponível no interior. Ou seja, nesta situação, as aberturas voltadas a Sul com obstrução poderiam ter uma área menor, o que iria ao encontro do desempenho térmico dessas salas, uma vez que, para o clima local, os cômodos voltados a Sul são mais frios, exigindo aberturas menores para diminuir perdas de calor através de fechamentos transparentes. Novamente aqui se verifica que o tratamento das aberturas no que diz respeito a área levando em consideração apenas a orientação, pode levar a um superdimensionamento das mesmas, promovendo o ofuscamento, e, consequentemente, o fechamento de cortinas e acionamento da iluminação artificial. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com os resultados obtidos, verificou-se que a sala 3208, alcançou menores níveis de iluminância em comparação com a sala 3269, evidenciando o fato de que a edificação existente em frente às suas aberturas obstrui a passagem dos raios solares, principalmente no início da manhã e no fim da tarde. Com relação à sala 3270, o que se observou foi que ao contrário da sala 3208, a edificação em frente as suas janelas otimizam a captação de iluminação natural, pois os níveis de iluminância medidos, mesmo sendo menores no início da manhã, no resto do dia ultrapassaram os níveis da sala 3209 que não possui nenhuma obstrução. Este resultado aponta para a consideração do entorno do edifício para definição do tamanho das aberturas para captação de iluminação natural para céu claro, condição até o momento analisada através dos resultados obtidos com a pesquisa. Algumas medidas são sugeridas a fim de melhorar as condições de iluminação natural e artificial das salas de aula analisadas, aumentando o conforto visual dos usuários e a eficiência energética dos sistemas de iluminação. Em ambas as salas, para melhorar a iluminação natural, recomenda-se utilizar cortinas translúcidas e claras, a fim de amenizar a passagem dos raios solares, não os bloqueando totalmente como ocorre com as cortinas blackout, principalmente nas salas onde apenas com a iluminação natural, ocorreram níveis de iluminância acima de 500 lux, efetuar limpeza periódica dos vidros removendo a poeira e utilizar móveis com cores foscas. Com relação à iluminação artificial, recomenda-se manutenção periódica das lâmpadas e luminárias, diminuição da potência das lâmpadas ou redução do número de lâmpada por luminária, a fim de reduzir os níveis de iluminância quando a iluminação artificial tiver que 1305

9 ser usada, contribuindo assim com a redução do consumo de energia, distribuição de luminárias uniforme e em circuitos independentes paralelos à parede que contém as janelas e por fim criar um circuito de iluminação específico para área do quadro. Em adição a este estudo, outras medições estão sendo encaminhadas em salas que possuem parâmetros diferenciados tais como a presença de proteções solares, aberturas livres de obstrução e de mesma orientação e condições de céu encoberto. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Fundo de Incentivo à Pesquisa da UFSM pela concessão de bolsa para acadêmico, ao Conselho Nacional de Pesquisa pela concessão de recursos financeiros para aquisição de equipamentos e à CAPES, pela concessão de bolsa para mestrando. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR : Iluminação natural: parte 4: verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações. Método de medição. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5413: Iluminância de interiores. Rio de Janeiro, KLÜSENER, Cibele. Aplicação do Regulamento para Etiquetagem do Nível de Eficiência Energética de Edifícios: o caso do Centro de Tecnologia da UFSM. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, LAMBERTS, R.; GOULART, S., CARLO, J., WESTPHAL, F., PONTES, R. A. Regulamentação de etiquetagem voluntária de nível de eficiência energética de edifícios comerciais e públicos. In: Encontro Nacional e Latino Americano de Conforto no Ambiente Construído. Ouro Preto Anais... Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. P MASCARÓ, Lúcia. Iluminação natural nos edifícios. Porto Alegre. Programa de Pós-Graduação em Arquitetura. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Apostila da Disciplina Habitabilidade nas Edificações