Avaliação da eficiência energética do sistema de iluminação artificial de um ambiente de trabalho estudo de caso Mariana Fialho Bonates (UFPB) marianabonates@bol.com.br Elisa Lobo de Brito (UFPB) elisa_brito@ig.com.br Luiz Bueno da Silva (UFPB) bueno@producao.ct.ufpb.br Resumo Este trabalho verificou em termos quantitativos a eficiência energética do sistema de iluminação artificial pertencente à sala de atendimento de uma empresa imobiliária, localizada na cidade de João Pessoa. Para a execução desta pesquisa foram realizadas uma pesquisa referencial teórica, uma pesquisa de campo, a fim de caracterizar o ambiente de estudo; e o cálculo da eficiência energética das luminárias e do nível de iluminação nos postos de trabalho, concluindo que o sistema de iluminação artificial era ineficiente, pois apresentava valores inferiores aos recomendados pela NBR 5413/1991. Palavras-chave: Sistema de iluminação artificial, Eficiência energética, Conforto lumínico 1. Introdução Nos últimos tempos, a população em geral vem acompanhando a exaustão das reservas naturais para a maior obtenção de energia elétrica, ocasionando problemas, em nível mundial, como a crise do petróleo ocorrida na década de 70 e, em nível nacional, como a problemática relativa ao apagão em 2001. Segundo Silva (1992) tais problemas são frutos dos excessos tecnológicos juntamente com as altas densidades demográficas das grandes cidades, que têm levado as sociedades modernas a uma utilização desmedida dos recursos naturais, especialmente dos recursos energéticos. Em face desta conjuntura, nos últimos dezoito anos, o consumo total de energia quase triplicou, dos quais 19% são usados em edifícios comerciais e públicos (LAMBERTS, 1997), sendo a iluminação responsável por cerca de 17% do total da eletricidade utilizada no país (COSTA, 2000). Entretanto, atualmente, o processo de globalização e a instauração de uma economia altamente competitiva vêm exigindo das empresas eficiência em todos os sentidos, seja nas suas atividades, seja no consumo de energia elétrica. Sendo assim, a arquitetura contemporânea deve levar em consideração tanto a questão do conforto ambiental interno quanto da eficiência energética, contribuindo, conseqüentemente, para a melhoria da qualidade das edificações, bem como do meio ambiente. Segundo Lamberts (1997 p. 14), a eficiência energética pode ser entendida como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia. Em iluminação, a eficiência energética não está relacionada apenas com a redução do consumo de energia, mas também com a obtenção de um sistema eficiente do ponto de vista quantitativo e qualitativo, devendo incluir um bom projeto e equipamentos de qualidade empregados de uma maneira efetiva. ENEGEP 2004 ABEPRO 5213
Em virtude do exposto, este artigo verificou a eficiência energética de um sistema de iluminação artificial de uma sala de atendimento, localizada em uma empresa imobiliária da cidade de João Pessoa. 2. Procedimentos de pesquisa O artigo foi desenvolvido considerando-se as seguintes etapas: 2.1 Pesquisa referencial teórica e documental Esta parte consistiu em uma revisão bibliográfica, através de livros, artigos, dissertações e teses, como também de diversos catálogos de lâmpadas e luminárias, com a finalidade de se obter o embasamento teórico necessário para a compreensão e produção do trabalho. 2.2 Caracterização do objeto de estudo Baseando-se nos critérios estabelecidos pela Eletrobrás (2002), levantou-se os seguintes dados: Características do ambiente, observando principalmente as refletâncias e a contribuição da luz natural; Componentes do sistema e da instalação elétrica, verificando as características das lâmpadas, luminárias e reatores; Forma e horário de funcionamento do ambiente analisado; Nível de iluminamento nos planos de trabalho; Faixa etária das pessoas no posto de trabalho; 2.3 Avaliação da eficiência do sistema de iluminação artificial no objeto de estudo Esta análise abordou o cálculo da eficiência luminosa de um conjunto de luminárias pertencentes ao sistema de iluminação artificial do objeto de estudo O sistema de iluminação artificial da sala de atendimento é formado por várias luminárias, entretanto, para este estudo, analisou-se apenas as luminárias de embutir, com capacidade para lâmpadas fluorescentes compactas. Assim, excluiu-se o teto luminoso, em função da dificuldade em projetar a sua curva de distribuição luminosa; e as luminárias da iluminação direcional, que estão voltadas para os quadros expostos na parede. Devido ao desconhecimento dos fabricantes das luminárias presentes no local, adotou-se um conjunto lâmpada-luminária semelhante aos modelos da sala de atendimento, que funcionaram como parâmetro. De acordo com esse parâmetro, calculou-se a eficiência luminosa através da equação: η = φ/p (01), onde: η = eficiência energética, cuja unidade é o lúmen/watt (lm/w); φ = fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm); P = potência, cuja unidade é o watt (W). Foi calculado também o nível de iluminação (E) nos postos de trabalho, a fim de verificar a quantidade de luz que chega no campo de trabalho, produzida pelas luminárias. Para isso, primeiramente foi preciso verificar qual o ângulo de incidência do fluxo luminoso no campo de trabalho. Uma vez descoberto este ângulo, verificou-se a intensidade ENEGEP 2004 ABEPRO 5214
correspondente (I ), que é a intercessão entre a linha relativa ao ângulo em questão e a curva de distribuição luminosa transversal da luminária, ambas expressas na curva de distribuição luminosa da mesma, que está ilustrada na figura 01: Fonte: LUMICENTER, 2000 Figura 01: Curva de distribuição luminosa (CDL) da luminária denominada REM A intensidade encontrada na curva de distribuição luminosa (CDL) refere-se a 1000lm. Entretanto este valor foi corrigido para a realidade da luminária através da equação: I = I /1000 x φ (02), onde: I = intensidade luminosa, cuja unidade é a candela (cd); I = intensidade luminosa encontrada na CDL, cuja unidade é a candela (cd); φ = fluxo luminoso da lâmpada, cuja unidade é o lúmen (lm) A partir do valor encontrado de I, calculou-se a iluminância nos postos de trabalho através das equações abaixo: Quando a incidência da luz foi perpendicular ao plano de trabalho, utilizou-se a equação: E = I90 /d² (03); Em contrapartida, quando a incidência da luz não foi perpendicular ao plano de trabalho, utilizou-se a equação E = Ix /d². cos³x (04) onde: E = iluminância no posto de trabalho, cuja unidade é o lux (lx); I = intensidade luminosa, cuja unidade é a candela (cd); d = distância entre a fonte de luz e o objeto a ser iluminado, cuja unidade é o metro (m). Assim, com os valores obtidos através destes cálculos foi possível analisar a eficiência energética do sistema de iluminação artificial através da relação entre a eficiência energética do conjunto lâmpada-luminária e a quantidade de luz que alcança os campos de trabalho. 3. Caracterização do objeto de estudo A sala de atendimento, que se situa em um pavimento térreo elevado, apresenta forma retangular, cujas dimensões equivalem, aproximadamente, a 7,58 x 11,85 m, conforme planta baixa apresentada na figura 02: ENEGEP 2004 ABEPRO 5215
3B 3A 3A P01 P02 P03 P04 P05 P06 2C 1C 2B 2B 1B 2A 2A 1A P11 P10 P12 P09 P07 P08 Figura 02: Planta baixa da sala de atendimento Em relação ao pé-direito, este é variável, pois acompanha a inclinação do telhado, onde o ponto mais alto corresponde a 4,35m, enquanto o mais baixo é igual a 2,36m. Esta sala é revestida com materiais de cores claras como paredes de tinta à água na cor branca (coeficiente de reflexão, ρ = 70%); teto de gesso na cor branca (ρ = 85%); piso na cor branco neve (ρ = 80%) e os móveis revestidos por madeira clara (ρ = 45%). Além disso, esses revestimentos apresentam bom estado de conservação, colaborando com a refletância do ambiente. 3.1. Características do sistema de iluminação O ambiente apresenta iluminação natural, artificial e, conseqüentemente, mista. Contudo, usualmente, durante a maior parte da jornada de trabalho (das 8:00 às 16:00), utiliza-se a iluminação natural. A iluminação natural é lateral no turno da manhã, caracterizando uma iluminação com bastante contraste e presença de ofuscamento devido à insolação direta. Em contrapartida, no turno da tarde, a iluminação natural é bilateral, em virtude da posição do Sol, na direção oposta à sala de atendimento, caracterizando-se principalmente por uma maior uniformidade nos níveis de iluminação. Quanto à iluminação artificial, esta apresenta três tipos de sistema de iluminação: geral, localizada e direcional, como pode ser observado na figura 02. Esses sistemas estão divididos em oito circuitos elétricos independentes, que permitem maior liberdade de controle das condições lumínicas do espaço, pois acionam estritamente o sistema necessário. O sistema de iluminação geral, cuja função é iluminar todo o ambiente, é formado por três circuitos independentes (2A, 2B e 1B). Estes circuitos são dotados de luminárias com sistema anti-ofuscamento caracterizadas pela iluminação direta e com capacidade para lâmpadas fluorescentes compactas. O sistema de iluminação localizada, que ilumina os postos P01 ao P09 é formado pelos circuitos 2C, 1A e 1C. Os circuitos 1A e 1C apresentam as mesmas características que as luminárias pertencentes aos circuitos 2A, 2B e 1B. Já o circuito 2C consiste em um teto ENEGEP 2004 ABEPRO 5216
luminoso com oito módulos de 0,80 x 0,80m, onde cada um é revestido com vidro jateado e possui quatro lâmpadas ao longo das suas laterais. Este tipo de iluminação é indireto, logo proporciona uma iluminação difusa, ausente de ofuscamento. Por fim, o sistema de iluminação direcional, responsável em iluminar os quadros dos imóveis expostos na parede, é formado por dois circuitos também independentes, 3A e 3B; Além disso, os níveis médios de iluminação artificial são iguais a 80,83 lx e 85,55 lx para os dias coletados, 03 e 10/04/03, respectivamente. Contudo, segundo a NBR 5413/1991, para a atividade realizada neste ambiente, consultoria de imóveis em monitores de computadores, o nível de iluminação adequado deve ser igual a 300lx para os terminais de vídeo. 3.2. Características dos usuários A imobiliária possui um total de 12 corretores fixos, que apresentam turnos rotativos em função do plantão in loco. Estes funcionários estão distribuídos eqüitativamente nos dois sexos, masculino e feminino e com faixa etária variando entre 20 e 56 anos, de acordo com a tabela 01: Idade N e % dos usuários <40 9 = 75% 40-55 2 = 16,7% 40-55 1 = 8,3% Tabela 01: Relação entre o número de funcionários e as suas faixas etárias 4. Resultados Os resultados estão divididos em dois grupos, conforme os dois modelos das luminárias apresentados: 4.1. Luminária REM A luminária da figura 03, que representa as luminárias pertencentes aos circuitos 2A e 2B, é denominada REM, do fabricante Lumini. Figura 03: Conjunto lâmpada-luminária REM Dentre as características luminotécnicas do conjunto lâmpada-luminária da REM, as apresentadas na tabela 02 são essenciais para avaliar a sua eficiência energética: Modelos Potências declaradas (P) Fluxo luminoso (φ) REM 209 2 x 09 W 1200 lm REM 218 2 x 18 W 2400 lm REM 226 2 x 26 W 3600 lm Tabela 02: Características luminotécnicas da REM ENEGEP 2004 ABEPRO 5217
A partir dos dados da tabela 02, calculou-se a eficiência energética de cada modelo, através da equação (01), que possibilitou a realização de análises comparativas entre os três modelos de lâmpadas, conforme a tabela 03: Modelos REM 209 REM 218 REM 226 Eficiência energética (η) 66,66 lm/w 66,66 lm/w 69,23 lm/w Tabela 03: Eficiência energética da luminária REM Posteriormente foram calculadas as iluminâncias produzidas pelas luminárias nos postos de trabalho, isto é, o nível de iluminação que alcança o campo de trabalho. Assim, a partir da planta baixa da sala de atendimento (figura 02) e de um corte esquemático, constatou-se que o sistema 2A ilumina os postos de trabalho P10, P11 e P12 a um ângulo de 13 e a uma distância de aproximadamente 3.00m entre a fonte de luz e o plano de trabalho. Já o sistema 2B ilumina concomitantemente os postos P01, P02, P03, P04 e P05 a um ângulo de 40 ; e os postos P10, P11 e P12 a um ângulo de 46, ambos a uma distância aproximada de 2,30m. Com os ângulos correspondentes e a curva de distribuição luminosa da REM (figura 01), calculou-se através da equação (04) as iluminâncias produzidas pelas luminárias pertencentes aos circuitos 2A e 2B, como pode ser verificado na tabela 04 e 05: Modelos Iluminância (E) Modelos Iluminância (E) REM 209 16,94 lx REM 209 12,35 lx REM 218 33,89 lx REM 218 24,71 lx REM 226 50,84 lx REM 226 37,07 lx Tabela 04: Iluminância produzida pela luminária Tabela 05: Iluminância produzida pela luminária 2A e 2B nos postos de trabalho P10, P11 e P12. 2B nos postos de trabalho P01, P02, P03, P04 e P05. 4.2. Luminária REP A luminária da figura 04, que representa as luminárias pertencentes aos circuitos 1A, 1B e 1C, é denominada REP, do fabricante Lumini. Figura 04: Conjunto lâmpada-luminária REP ENEGEP 2004 ABEPRO 5218
Dentre as características luminotécnicas do conjunto lâmpada-luminária da REP, as apresentadas na tabela 06 são essenciais para avaliar a sua eficiência energética: Modelos Potências declaradas (P) Fluxo luminoso (φ) REP 109 09 W 600 lm REP 118 18 W 1200 lm REP 126 26 W 1800 lm Tabela 06: Características luminotécnicas da REP A partir dos dados da tabela 06, calculou-se a eficiência energética de cada modelo, através da equação (01), constatando-se para as mesmas potências os mesmos valores de eficiência energética da luminária REM, como pode ser verificado na tabela 07: Modelos Eficiência energética (η) REP 109 66,66 lm/w REP 118 66,66 lm/w REP 126 69,23 lm/w Tabela 07: Eficiência energética da luminária REP Da mesma forma que se calculou a iluminância que a luminária REM produz nos postos de trabalho, procedeu-se igualmente com a luminária REP e os respectivos postos de trabalho que esta ilumina, P06, P07, P08 e P09. Constatou-se que os sistemas 1A e 1C iluminam os postos de trabalho P08, P09 e P06, P07, respectivamente, a um ângulo igual a 90 e a uma distância de aproximadamente 1,56m. O sistema 1B, por sua vez, ilumina os postos P06, P07, P08 e P09 concomitantemente, entretanto a ângulos diferentes. Para os postos P06 e P07 o ângulo é igual a 55, enquanto para os postos P08 e P09 o ângulo equivale a 54, mas ambos iluminados a uma distância de 1,56m. Com os ângulos correspondentes e a curva de distribuição luminosa da REP (figura 05), calculou-se com as equações (03) e (04) as iluminâncias produzidas pelas luminárias pertencentes aos circuitos 1A, 1B e 1C, como pode ser verificado na tabela 08 e 09: Fonte: LUMICENTER Figura 05: Curva de distribuição luminosa da REP ENEGEP 2004 ABEPRO 5219
Modelos Iluminância (E) Modelos Iluminância (E) REP 109 46,92 lx REP 109 47,10 lx REP 118 93,84 lx REP 118 94,20 lx REP 126 140,76 lx REP 126 141,29 lx Tabela 08: Iluminância produzida pela luminária 1A e 1B nos postos de trabalho P08 e P09. Tabela 09: Iluminância produzida pela luminária 1B e 1C nos postos de trabalho P06 e P07 5. CONCLUSÃO A partir dos resultados ratificou-se que o sistema de iluminação artificial da sala em estudo é ineficiente para as três potências estudadas, pois apresentava valores muito abaixo daqueles recomendados pela NBR 5413/1991 refletindo, conseqüentemente no conforto lumínico do ambiente. Constatou-se também que os valores de eficiência energética de ambas as luminárias, REM e REP, eram satisfatórios, especialmente a de 26W que produzia mais lúmens por watts sendo, portanto, mais econômica. Contudo, estes valores satisfatórios apresentavam contradições, a exemplo das luminárias com potência de 09 e 18 W da REM e REP que apresentavam mesma eficiência, apesar das luminárias de potência iguais a 18 W iluminarem mais os campos de trabalho, sendo, portanto mais eficientes. Em virtude disso, conclui-se que não basta confiar na eficiência energética estabelecida pelos catálogos de lâmpadas e luminárias, tornando necessário a realização de todos estes cálculos a fim de comprovar a eficiência energética das mesmas. Enfim, vale salientar também que a distância entre as luminárias e o campo de trabalho é um fator fundamental para o melhor aproveitamento do fluxo luminoso emitido pela lâmpada. Neste estudo de caso, ratificou-se que apesar das luminárias REP emitirem um menor fluxo luminoso, uma vez que se trata de apenas uma lâmpada fluorescente compacta por luminária, estas iluminavam mais os campos de trabalho que as luminárias REM, em função da menor distância que apresentavam das fontes de luz. Assim, apresentavam maior eficiência que a REM. 6. REFERÊNCIAS (ABNT) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5413 Iluminância de interiores. Maio, 1991. COSTA, Gilberto José Corrêa da. Iluminação econômica: cálculo e avaliação / Gilberto José Corrêa da Costa. 2. Ed. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2000. 503p. ELETROBÁS, PROCEL Programa nacional de conservação de energia elétrica. Manual de iluminação eficiente. 1a. ed. Jul 2002. LAMBERTS, Roberto, et.al. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: PW, 1997. 192p. LUMICENTER. Catálogo da Lumicenter. 2000. Catálogo SILVA, Francisco de Assis Gonçalves da. Conforto Ambiental; iluminação de interiores. João Pessoa: A União, 1992. 96p. ENEGEP 2004 ABEPRO 5220