NÍVEL DE ILUMINAÇÃO EM MODELO FÍSICO REDUZIDO E AMBIENTE REAL: UM ESTUDO EXPERIMENTAL COMPARATIVO

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1 NÍVEL DE ILUMINAÇÃO EM MODELO FÍSICO REDUZIDO E AMBIENTE REAL: UM ESTUDO EXPERIMENTAL COMPARATIVO BERGER, Jaqueline 1 ; HILLER, Raquel 2 ; SIGNORINI,Vanessa 3 e CORREA, Celina Maria Britto 4 ¹ Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo - PROGRAU, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal de Pelotas - jackeberger@hotmail.com 2 Arquiteta e Urbanista - raquel.hiller@gmail.com 3 Arquiteta e Urbanista - vanessasignirini@hotmail.com 4 Dra. Professora do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo PROGRAU, Universidade Federal de Pelotas - celinab.sul@terra.com.br RESUMO Sem sombra de dúvida a Iluminação é um fator que influencia diretamente na produtividade e até mesmo na saúde das pessoas. O bom uso da iluminação natural também pode ser responsável por uma grande redução no consumo de energia elétrica em edificações. A importância de se estabelecer estratégias adequadas de iluminação das construções atuais, leva aos arquitetos a necessidade de pensar a iluminação nas fases iniciais de projeto, e a necessidade de dispor de ferramentas amigáveis de visualização dos prováveis efeitos da luz e dos níveis de iluminância proporcionados pelos diversos dispositivos de iluminação projetados. Sob o ponto de vista dos arquitetos, o uso dos modelos físicos reduzidos incorpora algumas vantagens: podem ser executados com facilidade e são tidos como uma ferramenta útil na medida em que podem ser facilmente modificáveis na escolha por melhores condições de iluminação. Quando se busca informações quantitativas sobre os níveis de iluminação, procede-se na coleta de dados provenientes de luxímetros alocados no interior dessas maquetes. Assim, este trabalho tem por objetivo validar a confiabilidade deste método de predição de iluminação, a fim de verificar o grau de confiabilidade dos resultados coletados em modelo físico, através da comparação entre valores de iluminância de um ambiente real e os

2 valores obtidos em uma representação em escala, uma maquete de estudo, desse ambiente. Este estudo verificou que, para as condições do ensaio e suas limitações, foram muito grandes as diferenças observadas nos valores de iluminâncias medidas no ambiente real e na sua maquete representativa, contrariando o prognóstico do início do trabalho. O ambiente real apresentou níveis mais altos de iluminação quando comparado ao ambiente do modelo reduzido. Palavras-chave: Nível de iluminação, modelo reduzido, estudo experimental 1. INTRODUÇÃO A Iluminação é um fator que influencia diretamente na produtividade e até mesmo na saúde das pessoas. Um ambiente bem iluminado além de ter um controle direto na relação do desempenho e da produtividade proporciona bemestar aos seus usuários. O bom uso da iluminação natural também pode ser responsável por uma grande redução no consumo de energia elétrica em edificações, onde a iluminação artificial corresponde a uma parcela significativa desse consumo (LAMBERTS et al, 2004). Quando a iluminação natural é pensada nas fases iniciais de projeto, pode representar um sistema praticamente sem custos adicionais à edificação. Nos projetos de iluminação natural, deve-se atender as necessidades programáticas, proporcionando conforto e minimizando gastos com energia artificial, além de aperfeiçoar a imagem da arquitetura e reduzir os custos de construção (LAM, 1986). Para o correto desenvolvimento e avaliação dos dispositivos arquitetônicos de iluminação natural lateral e zenital, conta-se com instrumentos de análise que podem ser usados em edificações existentes ou utilizando-se modelos na escala 1:1 que imitem os locais de interesse. Entretanto, é mais comum o uso de modelos físicos reduzidos, ou maquetes, na escala de 1:10 até 1:25. Os mecanismos de reflexão da luz não são sensíveis aos fenômenos de escala: o comprimento de onda da radiação incidente ( namômetros) é muito menor que as dimensões das maquetes e dos edifícios reais. Por tanto, é possível determinar a distribuição da iluminação em um local a partir de sua

3 representação em maquete, respeitando a sua escala e as propriedades fotométricas (geralmente pouco conhecidas), dos materiais utilizados. Os modelos reduzidos construídos para análise da iluminação natural podem ser definidos em três tipos: modelo do exterior do edifício e de seu entorno, que permite a visualização do percurso solar em relação ao edifício; modelo do ambiente real para análise do desempenho da luz natural, que permite visualizar e avaliar a entrada e distribuição da luz natural direta e difusa, níveis de iluminância, contraste e ofuscamento; e a maquete para estudo de aberturas individuais da edificação, para investigação do comportamento da luz em determinada abertura ou de elementos de proteção solar (ROCHA et al, 2006). Teóricamente, os modelos reduzidos do ambiente real são uma ótima ferramenta para avaliação da iluminação no interior de ambientes, já que o comportamento da luz não sofre distorções pelo efeito da escala. Um modelo que represente as características reais do ambiente, como geometria e acabamento das superfícies e exposto as mesmas condições de céu, apresenta um padrão de iluminação interna igual, uma vez que as medições sejam realizadas ao mesmo tempo. Sendo assim, como parte das atividades desenvolvidas na disciplina Iluminação na Arquitetura, do período , do PROGRAU da Universidade Federal de Pelotas, procedeu-se a um estudo experimental em condições de céu real, tomando-se dados de iluminância em um local real e na maquete representativa desse ambiente. 2. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é realizar uma avaliação comparativa entre os níveis de iluminância encontrados em um ambiente real e no modelo físico reduzido do mesmo espaço, a fim de verificar o grau de semelhança e confiabilidade dos resultados obtidos através do método preditivo em questão, ou seja, o uso de maquetes físicas nos estudos de iluminação. 3. METODOLOGIA 3.1 ESCOLHA DO LOCAL O local escolhido para análise foi uma unidade de um conjunto de habitações do Programa PAR Programa de Arrendamento Residencial, em Pelotas/RS.

4 A unidade possui dois pavimentos, comportando no térreo um ambiente com sala e cozinha e um banheiro, e no segundo pavimento dois dormitórios. Figura 01: Planta de Implantação do Residencial Princesa do Sul indicando a localização da unidade em estudo O local escolhido para o estudo foi um dos dormitórios do segundo pavimento, com uma única abertura para o exterior, uma janela em alumínio com duas folhas de correr, com vidro comum de 3mm. A escolha deste local se deu por ser de fácil modelagem através de maquete, já que sua volumetria é bastante simples, além de possuir acabamentos facilmente representados no modelo reduzido. O dormitório possui forma retangular e recebe luz natural através de uma única janela, voltada para sudeste. Figura 02: Planta baixa da unidade, com a localização do dormitório 02, onde foram realizadas as medições

5 3.2 CONSTRUÇÃO DO MODELO REDUZIDO A construção de um modelo para este tipo de estudo deve representar fielmente as características internas do ambiente. Para escolha da escala levou-se em conta as medidas mínimas para posicionamento dos sensores internos que devem ter as menores dimensões possíveis, permitindo sua colocação conforme a executada no ambiente real. Na ABNT (2005) NBR Iluminação natural Parte 4: Verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações Método de medição recomenda-se que os sensores não sejam maiores que 0,03m² na escala do modelo, e que estes não devem ser construídos em escala menor que 1/40. Para permitir a correta colocação do equipamento para captação de dados é preciso ter área suficiente para isso, por tanto, recomenda-se que o pé-direito da maquete (altura entre piso e teto) não seja inferior a 13cm. (BAKER et al, apud ROCHA, E.B.) Em função dos condicionantes e necessidades de detalhamento do ambiente em análise se escolheu a escala 1:20 para construção da maquete. O material escolhido foi o papelão Paraná na cor natural, por se aproximar bastante da cor das paredes internas que são pintadas com tinta na cor palha. Esse material além de ter acabamento apropriado é leve e de fácil manuseio, facilitando a construção e transporte do modelo. Figura 03: Maquete com papel Paraná e imagem da parede real Na representação das esquadrias, optou-se por deixar somente o vão correspondente a janela vazado na maquete e se aplicou aos resultados um fator de correção correspondente ao coeficiente de transmitância térmica do

6 vidro transparente, que é de 0,92 e um fator de redução devido aos elementos opacos do caixilho de 0,88, obtido através da relação entre a área envidraçada e a área total da janela, seguindo o método relatado por Rocha et al (2006). 3.3 COLETA DOS DADOS Para verificar a similaridade dos resultados obtidos através do modelo físico reduzido e do ambiente real, foram colocados sensores para a captação de iluminâncias, dados esses que foram coletados durante o dia 09 de fevereiro de 2012 no período das 7:00 as 19:00 horas, dia de verão típico em Pelotas, RS, local do experimento. As condições de céu no dia do experimento foram muito variáveis (parcialmente encoberto e céu claro), durante todo o período de coleta dos dados de iluminação. Foram posicionados sensores no ambiente real, e o mesmo foi feito com a maquete, ou modelo físico, tomando-se o cuidado para que o posicionamento dos sensores ficasse igual no ambiente real e no ambiente modelado, onde também foi colocado um sensor externo, que captava o nível de iluminância no exterior. Para o experimento se usou um datalogger com período de captação de dados programável que incorpora sensores internos de temperatura e de iluminância, da marca Onset, modelo HOBO H-8. Antes da aquisição de dados definitiva, os sensores usados nesse estudo foram submetidos a uma exposição igual e simultânea de radiação, para a verificação e validação dos resultados encontrados, e só após esse procedimento foram dispostos ao uso no experimento. 4. RESULTADOS Na tabela 01 se apresentam os dados coletados no experimento em questão.

7 Tabela 01: Valores de Iluminância (lux) medidos no ambiente real e na maquete, em 9/2/2012 DADOS DE ILUMINÂNCIA (LUMEN/m²) - 09/02/2012 HORA SENSOR EXTERNO AMBIENTE REAL (AR) MAQUETE (AM) 100* (AR-AM)/AM 06:00: ,78 06:30: ,09 07:00: ,15 07:30: ,52 08:00: ,23 08:30: ,77 09:00: ,49 09:30: ,78 10:00: ,37 10:30: ,28 11:00: ,17 11:30: ,74 12:00: ,00 12:30: ,02 13:00: ,21 13:30: ,69 14:00: ,92 14:30: ,48 15:00: ,84 15:30: ,88 16:00: ,00 16:30: ,32 17:00: ,21 17:30: ,71 18:00: ,58 A primeira coluna da tabela acima apresenta os valores de iluminâncias externas. Os sensores utilizados apresentaram o limite superior de sensibilidade aos lux, e portanto, muitos dos dados coletados a partir deste valor não foram conhecidos. Esse fato impossibilitou uma análise baseada no FLD (Fator Luz Diurna), que representa a relação entre a iluminância interna em um ponto determinado e a iluminância sobre um plano horizontal exterior no mesmo momento, e que permite a comparação de modelos, sobretudo quando as medições não ocorrem de maneira simultânea.

8 07:00:00 07:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 A segunda e a terceira coluna da tabela anterior nos apresentam valores de iluminância para o ambiente real e para o ambiente modelado, ou seja, a maquete, e na quarta coluna estabeleceu-se uma relação de diferenças entre a situação de iluminação na realidade e na maquete. Observamos uma acentuada diferença entre os valores coletados. Os valores de iluminância apresentados no ambiente real são sempre superiores aos valores apresentados no modelo físico reduzido. Essas diferenças também podem ser observadas na figura 04, abaixo DADOS DE ILUMINÂNCIA (lumen/m²) SENSOR EXETRNO AMBIENTE REAL MAQUETE Figura 04: Iluminâncias obtidas no ambiente real e na maquete em 09/02/ CONCLUSÕES Este estudo verificou que, para as condições do ensaio e suas limitações, foram muito grandes as diferenças observadas nos valores de iluminâncias medidas no ambiente real e na sua maquete representativa, contrariando o prognóstico do início do trabalho. As diferenças no nível de iluminação entre os ambientes real e modelado variaram, aproximadamente dos 30 aos 80%, na maioria dos momentos

9 observados, tornando necessário um novo estudo que verifique as possíveis causas dessas grandes diferenças. Muito embora o presente trabalho tenha seguido às orientações da norma e de outros estudos similares já desenvolvidos, não apresentou resultados que validassem o método de uso de modelos físicos reduzidos como fidedigno aos estudos e predições de iluminâncias internas. Observa-se como uma das possíveis causas para as diferenças entre os níveis de iluminação apresentados, a baixa fidelidade na representação na maquete, das refletâncias internas presentes no ambiente real, gerada pelo teto, paredes, piso, moveis e equipamentos do ambiente real. Conclui-se, como consideração final, que trabalhar com experimentos com modelos físicos reduzidos pressupõe transpor ao modelo, além das características geométricas do ambiente, todas as características fotométricas dos planos internos, incluindo móveis e equipamentos. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BOYCE, P. Lighting research for interiors: Beginning of the end or the end of the beginning. Department of Energy. Nova York: Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, iluminacao-natural, acessado em 05 de janeiro de 2011 as 13h e 45min. LAMBERTS, R. ; PEREIRA, F. O. R. ; DUTRA, L. Eficiência energética na arquitetura. 2. ed. São Paulo: PW, ROBBINS, C. L. Daylighting, design and analysis. Nova York: An Nostrand Reinhold Company ROCHA, E.B.; SANTOS, C.M. L.; COSTA, T.M.F.; FARACO, R. Desenvolvimento e aplicação de uma metodologia de confecção de modelos físicos para predição e avaliação da iluminação natural, nos anais do ENTAC 2006: XI Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído.