Iluminação Natural. Construção de Diagramas Solares. Maio de 2007

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1 Iluminação Natural Construção de Diagramas Solares Maio de 2007 arquitectura e artes do espectáculo lda. Rua Julião Quintinha, 1A tel: etu@etu.pt Lisboa fax: site:

2 Índice Índice... 2 Nota prévia O que são os Diagramas Solares Para que servem os Diagramas Solares Como se faz um Diagrama Solar Horizonte e pontos cardeais Equador Eclíptica Segmento auxiliar e nascer e por do Sol Posição horizontal do Sol Inclinação vertical do Sol Terminar Exemplo do diagrama solar de Lisboa Equinócios 22 de Março e 22 de Setembro Solstício de Inverno 22 de Dezembro Solstício de Verão 22 de Junho Conjugação dos solstícios e equinócios...10 Nota prévia O presente documento é um extracto da Tese de Mestrado da Arq. Cidália Carvalho Worm, com o título A Arquitectura como arte de modelar a Luz. A Arq. Cidália Carvalho Worm é sócia gerente da empresa Espaço Tempo e Utopia, tendo desenvolvido diversos projectos na área da bioclimática e arquitectura sustentável. Foto de capa: moradia ecológica em Gouveia (Sintra), em que houve um profundo estudo da iluminação natural. Construção de Diagramas Solares Página 2 de 10

3 1 O que são os Diagramas Solares Os Diagramas Solares são construções geométricas através das quais conseguimos saber, em desenho a direcção e a inclinação vertical dos raios solares em qualquer estação do ano e para qualquer parte do globo terrestre. 2 Para que servem os Diagramas Solares Os Diagramas solares servem para fazer o correcto estudo da insolação de um edifício. Centrando a planta no meio do diagrama, vemos de que direcção entra o sol a cada hora do dia e em cada estação do ano. Centrando no diagrama um corte feito sensivelmente no sentido Norte-Sul, alinhado pela linha do horizonte, vemos de igual modo qual a inclinação vertical dos raios solares para cada hora do dia e estação do ano. Através destas sobreposições torna-se possível nomeadamente: Para um dado compartimento, saber a de que hora e até que hora tem luz natural directa Fazer o correcto dimensionamento de uma pala, para que, por exemplo, não permita a entrada de luz solar directa a partir das 10:00 horas durante o Verão e deixe entrar a luz de forma franca durante todo dia no Inverno Saber como um dado edifício irá sombrear um edifício adjacente Calcular o desenho da luz numa dada superfície depois de passar através de uma dada janela, para cada hora e estação do ano Determinar o correcto posicionamento e altura de uma fenestração zenital para que a sua luz não seja incomodativa no plano de trabalho Estabelecer efeitos de coincidência solar de vãos 1 1 A título de exemplo, no Convento de Tomar, o nascer do sol nos dias de solstício é assinalado arquitectonicamente por um raio solar que atravessa duas paredes projectando a sua luz numa terceira. Pela dimensão diminuta das janelas em causa e pelo seu alinhamento relativo, apenas nesses dias e no nascer do sol os raios solares conseguem chegar à terceira parede Construção de Diagramas Solares Página 3 de 10

4 3 Como se faz um Diagrama Solar 3.1 Horizonte e pontos cardeais O traçado destes diagramas faz-se a partir de uma circunferência, dividindo-a em quatro partes iguais; o diâmetro vertical representará o horizonte e o eixo Norte/Sul; o diâmetro horizontal representa o eixo Nascente/Poente (ver exemplo nas páginas seguintes). Linhas a vermelho. 3.2 Equador Uma vez iniciado o desenho, traça-se uma recta, passando pelo centro da circunferência, cujo o ângulo com o eixo Nascente/Poente, marcado no sentido contrário ao do movimento dos ponteiros do relógio, deverá corresponder à latitude do lugar (no exemplo foi marcado o ângulo de 38,7 o, que é a latitude de Lisboa). A esta recta dá-se o nome de Equador. Linha a roxo. 3.3 Eclíptica De seguida, iremos traçar a recta que representará a Eclíptica 2. Esta recta também passa pelo centro da circunferência, variando o seu ângulo consoante a estação do ano. Para desenhar a insolação no solstício de Inverno ou de Verão, esta recta faz, com a recta do equador, um ângulo de 23,27 o, marcado no sentido contrário ao do movimento dos ponteiros do relógio para o Verão, ou no sentido dos ponteiros do relógio para o Inverno. Para o desenho dos equinócios da Primavera e Outono, uma vez que a declinação solar é zero, a Eclíptica coincide com o Equador. Linha a laranja. 2 Eclíptica: plano em que a Terra se desloca no movimento de translação. O ângulo formado entre a linha da Eclíptica e a linha do Equador corresponde a 90 o -ß, em que ß é o ângulo entre o eixo terrestre e uma recta imaginária, que passa pelo centro da Terra e pelo centro do Sol. Construção de Diagramas Solares Página 4 de 10

5 3.4 Segmento auxiliar e nascer e por do Sol No ponto em que a Eclíptica intersecta a circunferência, no quadrante compreendido entre o Sul e o Poente, traça-se um segmento de recta paralelo ao Equador, cujo comprimento se inscreve no interior da circunferência; este segmento será adiante designado por segmento auxiliar. Traçando uma recta horizontal a partir do ponto de intersecção do segmento auxiliar com o eixo Norte/Sul, encontramos, nas intersecções com a circunferência, os pontos que definem o nascer e o pôr do Sol. Com centro no meio do segmento auxiliar e diâmetro igual ao seu comprimento, traça-se um arco de circunferência que se divide em 12 partes iguais, que correspondem às diferentes posições do Sol ao longo do dia, definindo os pontos 0 a 12. De seguida, rebatem-se esses pontos sobre o segmento auxiliar, definindo os pontos 0 a 12. Linhas a verde. 3.5 Posição horizontal do Sol Para sabermos a posição horizontal do Sol, traçamos rectas horizontais a partir de todos os pontos 0 a 12 que estejam à esquerda do eixo Norte/Sul 3, a que damos os nomes r0 a r12. A intersecção da recta r12 com o eixo Norte/Sul, define o meio dia solar. Sobre a recta r11, e a partir do seu ponto de intersecção com o eixo Norte/Sul, marcamos o comprimento 6 7 para ambos os lados, definindo a posição do Sol às 11h e às 13h. Sobre a recta r10, a partir do seu ponto de intersecção com o eixo Norte/Sul, marcamos o comprimento 6 8 para ambos os lados, definindo a posição do Sol às 10h e às 14h. Sobre a recta r9, a partir do seu ponto de intersecção com o eixo Norte/Sul, marcamos o comprimento 6 9 para ambos os lados, definindo a posição do Sol às 09h e às 15h e assim sucessivamente. Linhas a azul. 3 Os pontos à direita não são representados porque irão corresponder a horas antes do Sol nascer ou depois de se pôr Construção de Diagramas Solares Página 5 de 10

6 3.6 Inclinação vertical do Sol Para sabermos a inclinação vertical dos raios solares, traçamos rectas verticais a partir de todos os pontos 0 a 12 que estejam à esquerda do eixo Norte/Sul, que designaremos pelos nomes r0 a r12. A intersecção da recta r12 com a circunferência define a inclinação do sol ao meio-dia. A intersecção da recta r11 com a circunferência define a inclinação do sol às 11h e às 13h. A intersecção da recta r10 com a circunferência define a inclinação do Sol às 10h e às 14h e assim sucessivamente. Linhas a lilaz. 3.7 Terminar Deverão fazer-se três diagramas em separado, para o Solstício de Inverno, Solstício de Verão e Equinócios. Para uma mais rápida leitura, os três diagramas poderão ser condensados num só. Para tal deverão apagar-se todas as construções. Os gráficos com o posicionamento do Sol no plano horizontal podem ser sobrepostos; os gráficos com o posicionamento do Sol no plano vertical deverão ser colocados lado a lado. Foto da zona de circulação interior da Moradia Ecológica em Gouveia (Sintra), tirada no Inverno, sem recurso a iluminação artificial ou flash, sendo a iluminação garantida por fenestrações zenitais e vãos para os compartimentos adjacentes Construção de Diagramas Solares Página 6 de 10

7 4 Exemplo do diagrama solar de Lisboa 4.1 Equinócios 22 de Março e 22 de Setembro Construção de Diagramas Solares Página 7 de 10

8 4.2 Solstício de Inverno 22 de Dezembro Construção de Diagramas Solares Página 8 de 10

9 4.3 Solstício de Verão 22 de Junho Construção de Diagramas Solares Página 9 de 10

10 4.4 Conjugação dos solstícios e equinócios Percurso do Sol no Plano Horizontal Solstício de Inverno Solstício de Verão Equinócio Inclinação Vertical do Raios Solares Solstício de Verão Equinócios Solstício de Inverno Construção de Diagramas Solares Página 10 de 10