ILUMINAÇÃO NATURAL DE EDIFÍCIOS Conforto visual e introdução ao projecto António Moret Rodrigues IST EXIGÊNCIAS I As exigências de conforto visual podem ser encaradas em 2 planos: - No estritamente fisiológico, que decorre da necessidade de garantir a satisfação do órgão do sentido visual (olhos) na execução das diversas tarefas; - No plano psicológico, que decorre do assumir as melhores relações mútuas entre o homem e o ambiente que o cerca (exigências de aspecto).
EXIGÊNCIAS II Os edifícios devem assegurar as exigências de conforto visual nos dois planos referidos, podendo fazer recurso: - quer à iluminação natural, que tem origem no sol e, portanto, é o meio por excelência para cumprir a função durante pelo menos uma parte do dia; - quer pela iluminação artificial, quando a luz natural não existe (noite), ou é insuficiente (dia). GRANDEZAS I Energia radiante (Q) é a quantidade de radiação electromagnética recebida ou emitida por um corpo. A fracção que cai no domínio visível do espectro electromagnético designa-se por Energia luminosa. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
GRANDEZAS II Fluxo luminoso (φ) é a potência da fracção visível da radiação electromagnética emitida ou recebida por um corpo: Unidades lumen [lm] φ = dq dt GRANDEZAS III No caso geral, uma fonte luminosa não emite a luz de maneira idêntica em todas as direcções do espaço. Intensidade luminosa (I) referida a uma dada direcção, é o quociente entre o fluxo luminoso gerado por uma fonte, num cone contendo a direcção pretendida, e o ângulo sólido desse cone: I = φ ω ω Unidades candela [cd]
Ângulo sólido (ω) GRANDEZAS IV é uma grandeza tridimensional que está para o espaço assim como o ângulo está para o plano. ω ω K 2 S ω = S 2 R Unidades: esteradiano [sr] GRANDEZAS V Iluminância (E) ou iluminação, é o fluxo luminoso incidente numa superfície, por unidade de área dessa superfície: E = φ S I Icos( α) E = E = 2 2 d d Unidades lumen/m 2 = lux
GRANDEZAS VI Na figura, a superfície iluminada S é vista na direcção indicada tal que a superfície aparente Sa faz um ângulo α com S. A luminância (L) é dada pela razão entre a intensidade luminosa e a área da I superfície aparente: L = (cd/m S cos( α) 2 ) COR E REFLEXÃO I Cada cor é um conjunto de radiações com um comprimento de onda bem determinado. A luz produz uma impressão de claridade nos olhos. No entanto, a sensibilidade dos olhos varia com cada cor. A contribuição de todas as cores produz a impressão de luz branca (luz do sol).
COR E REFLEXÃO II É a reflexão do fluxo luminoso que estimula os nossos olhos. A reflectância dá a % do fluxo luminoso que é reflectida na direcção do observador para dar ao objecto o seu brilho físico (luminância) e cor. Um material tem a cor da luz que ele reflecte com maior intensidade. Um objecto diz-se vermelho quando ao receber luz branca absorve os raios luminosos de todas as cores menos os vermelhos CONFORTO VISUAL I No plano fisiológico, o conforto visual é obtido com a reunião de um conjunto de condições, num determinado ambiente, que permitam às pessoas desenvolver as suas tarefas visuais com o máximo de acuidade e precisão visual, nesse ambiente. Essas condições dirigem-se ao sentido da percepção visual, que depende, nomeadamente, da: - Sensibilidade ao contraste; - Acuidade visual; - Possibilidade de encadeamento.
CONFORTO VISUAL II A sensibilidade ao contraste mede a aptidão de perceber a diferença de luminâncias de duas superfícies contíguas. Sendo L 0 e L a, respectivamente, as luminâncias de duas superfícies, sendo a primeira o pormenor e a segunda o seu fundo, designa-se contraste C a relação: L 0 L a C = Lo L L a a EFEITO CONTRASTE DISTINTO 10 FORTE 30 DRAMÁTICO 100 CONFORTO VISUAL III A acuidade visual é a aptidão do olho em distinguir pormenores. É definida em termos do ângulo visual, em minutos (1º = 60 ), contido nos extremos do menor pormenor perceptível: a = 1 α Uma boa legibilidade do pormenor exige um ângulo de 1 de arco, isto é, um elemento com 1 cm pode ser distinguido a 33 m.
CONFORTO VISUAL IV A possibilidade de encadeamento resulta da ocorrência de grandes diferenças de contraste entre a área da tarefa e a circunvizinha, o que é prejudicial para os ambientes, principalmente de trabalho. A ocorrência de grandes diferenças de contraste resultam normalmente de: reflexos, focos de luz e sombras existentes no campo visual. CONFORTO VISUAL V No plano psicológico do conforto visual, a cor desempenha um papel importante através de diferentes tipos de sensações subjectivas, nomeadamente: Efeito de Distância, Temperatura, Afectividade Psicológica. Cor Efeito de Distância Efeito da Temperatura Azul Afastamento Frio Calmante Efeito Psíquico Verde Afastamento Frio a Neutro Muito Calmante Vermelho Aproximação Quente Laranja Muita Aproximação Muito Quente Excitante Amarelo Aproximação Muito Quente Excitante Castanho Muita Aproximação e Claustrofobia Violeta Muita Aproximação Neutro Frio Muito Estimulante e Cansativo Excitante Agressivo, Cansativo e Deprimente
RECOMENDAÇÕES I A fixação de exigências no conforto visual defronta-se com algumas dificuldades: em regra, não podendo actuar directamente sobre os factores referidos da percepção visual, procura influenciar esses factores indirectamente, através da luminância do fundo (fixando-se assim níveis globais de iluminação e recomendando-se valores para as reflectâncias de fundo). RECOMENDAÇÕES II ILUMINAÇÃO Tipos de locais e actividades Níveis de iluminação (lux) Acessos e circulações 30-50 Espaços técnicos 60-100 Iluminação geral e ambiente 15-200 Trabalho oficinal 350-400 Leitura intermitente 300-500 Leitura prolongada (estudo) 500-700 Desenho gráfico, trabalho de precisão 700-1000 Artificial Natural Geral Localizada Combinada
RECOMENDAÇÕES III REFLECTÂNCIAS DE FUNDO Reflectividade de tectos: ρ > 0.6 (de preferência entre 0.8 e 0.9); do chão: ρ < 0.3 (toda a zona abaixo do plano de trabalho; das paredes: ρ > 0.5 (maior se existirem janelas) RECOMENDAÇÕES IV Para além destas recomendações, há ainda a necessidade de fazer referência a outros factores, que são de difícil quantificação, como: - níveis máximos de incomodidade; - estabilidade de luz e contrastes luminosos; - necessidades de obscurecimento; - participação da iluminação natural.
RECOMENDAÇÕES V As exigências de obscuridade visam a assegurar o sono e traduzem-se pela possibilidade de obscurecer os compartimentos de molde a garantir um nível máximo de 0.2 lux. As exigências de níveis máximos de incomodidade e da estabilidade da luz e contrastes luminosos, visam limitar o incómodo devido a encadeamentos com mudanças bruscas do campo de visão de claros/escuros, por requererem uma constante e fatigante adaptação da pupila. RECOMENDAÇÕES VI Finalmente, é hoje em dia corrente a assunção da necessidade de presença de iluminação natural (e não só por motivos económicos). Esta exigência pode ser traduzida através do parâmetro factor de luz de dia, que se define como a razão entre a iluminação interior e a exterior (mais precisamente, é o quociente entre a iluminância medida num ponto do interior e a iluminância exterior medida em plano horizontal e sem interferência de obstruções).
RECOMENDAÇÕES VII O factor de luz de dia traduz a eficácia com que o projecto tira partido da luz natural para a iluminação interior. Mostram-se os valores mínimos recomendados do factor de luz de dia consoante o tipo de local. Tipo de Local DF- Factor de Luz de Dia Mín. (%) Estúdio de Arte 4.0 6.0 Fábrica, Laboratório 3.0 Escritório, Sala de Aula, 2.0 Ginásio Sala de Jantar, Sala de 1.0 Espera Quartos, Corredores 0.5 ILUMINAÇÃO NATURAL I A luz de dia que entra num edifício resulta de: iluminação directa da abóbada celeste, iluminação directa do sol, e iluminação reflectida do solo e de outras superfícies. Luz directa do sol Luz de céu limpo Luz de céu nublado Luz reflectida Luz reflectida Superfície reflectora
ILUMINAÇÃO NATURAL II Para o projecto de iluminação natural existem 3 modelos de céu que podem ser utilizados para o cálculo das luminâncias: - Distribuição Uniforme de Luminância, que representa um céu de luminância constante, correspondendo a uma situação de céu encoberto com nuvens espessas, em que o sol não é visível. z ILUMINAÇÃO NATURAL III - Distribuição Padrão de Céu Encoberto, em que a luminância não é uniforme, correspondendo a uma situação de céu coberto com nuvens ligeiras numa atmosfera limpa, em que o sol não é visível. A luminância é tipicamente 3 vezes maior no zénite que no horizonte.
ILUMINAÇÃO NATURAL IV - Distribuição de Céu Limpo, que é um modelo de luminância variável, correspondendo a uma situação de céu limpo. O efeito da posição do sol é considerado mas não a sua luz directa. Α zona à volta do sol é a de maior claridade e é cerca de 10 vezes mais brilhante que a de menor claridade, a qual forma um ângulo de 90º com o sol. FACTOR DE LUZ DE DIA I O Factor de luz de dia médio é calculado pela seguinte expressão: (M τ) A w θ DFmédio = (%) 2 em que: A (1 ρ ) M - factor de conservação dos envidraçados; τ Coeficiente de transmissão do vidro; A w Área dos envidraçados; θ - ângulo no plano vertical normal à janela, entre o centro da janela e o céu visível; A Área total da envolvente interior; ρ - Coeficiente de reflexão médio da envolvente interior.
FACTOR DE LUZ DE DIA II θ Factor de conservação dos envidraçados Localização do Edifício Zona não industrial ou de indústrias não poluentes Zona industrial poluente Tipo de Trabalho Trabalho não poluente Trabalho poluente Trabalho não poluente Trabalho poluente Inclinação dos Envidraçados Factor de Conservação vertical 0.9 inclinada 0.8 horizontal 0.7 vertical 0.8 inclinada 0.7 horizontal 0.6 vertical 0.8 inclinada 0.7 horizontal 0.6 vertical 0.7 inclinada 0.6 horizontal 0.5 θ: ângulo subtendido, no plano vertical normal à janela, pelo céu visível a partir do centro da janela. FACTOR DE LUZ DE DIA III Admite-se excluída a luz directa do sol no cálculo do factor de luz de dia médio. Exterior Interior 1 2 3 4 Tipo de Vidro Espessura Transmitância (mm) Vidro Simples Incolor 3 mm 0,90 6 mm 0.89 9 mm 0.88 12 mm 0.86 Cinzento 3 mm 0.62 6 mm 0.41 9 mm 0.28 12 mm 0.19 Bronze 3 mm 0.69 6 mm 0.52 9 mm 0.37 12 mm 0.28 Azul-Verde 12 mm 0.74 Vidro Duplo Com os 2 vidros incolores Com vidro bronze no exterior e incolor no interior Com vidro selectivo verde no exterior e incolor no interior Com vidro de baixa emissividade com película (e=0.2 mm) na superfície 2 (ver Fig.1) e vidro incolor no interior Com vidro incolor no exterior e vidro de baixa emissividade (ver Fig.1) com película (e=0.2 mm) na superfície 3 Com vidro de baixa emissividade com película (e=0.05mm) na superfície 2 (ver Fig.1) e vidro incolor no interior 0.89 0.78 0.48 0.59 0.73 0.70
FACTOR DE LUZ DE DIA IV Material Coeficiente de Reflexão (%) Relva 6 Vegetação (média) 25 Água 7 Asfalto 7 Macadame 18 Terra Húmida 7 Pedra 5-50 Ardósia 8 Cascalho 13 Mármore (branco) 45 Cimento 27 Betão 30-50 Ladrilhos, Tijolo (barro) 25-45 Vidro 80-90 Incolor, Bronze ou Cinzento 7 Reflectante 20-40 Espelho (vidro) 80-90 Pinturas Preto 5 Vermelho Vivo 17 Azul Pálido 45 Laranja Pálido 54 Amarelo Pálido 70 Branco 85 Madeira 5-40 Neve 60-75 A multiplicação do factor de luz de dia pelo valor médio da luz de dia correspondente às condições mais desfavoráveis (céu encoberto), permite estimar o valor médio mínimo da iluminação natural interior. ILUMINAÇÃO MÉDIA DE CÉUS ENCOBERTOS Latitude Norte Iluminação 46 42 38 34 30 7500 lux 8000 lux 8500 lux 9000 lux 9500 lux Os valores acima são típicos de condições de céu encoberto, das 8 da manhã às 4 da tarde. Adaptado de Concepts in Architectural Lighting (Egan, McGraw Hill). VISUALIZAÇÃO DO EFEITO DA LUZ I O efeito da iluminação de uma fonte difusa sobre um dado ponto de referência é uma função da claridade (brilho) e da dimensão aparente da fonte. Esta é uma função da dimensão real, inclinação e distância a que a fonte está do ponto de referência: decresce com a diminuição da dimensão real da fonte, com o afastamento em relação ao ponto, e com a sua inclinação. Se uma fonte plana está inclinada de 90º, a sua dimensão aparente é zero. S n P
VISUALIZAÇÃO DO EFEITO DA LUZ II A iluminação diminui de A para B porque aumentou a distância e inclinação da janela relativamente à mesa. As fontes de luz são a janela e o tecto. Embora a claridade seja baixa, a iluminação do tecto é elevada pela grande dimensão aparente. É a combinação desta dimensão com a claridade que determina a contribuição duma fonte. Caso as paredes tenham cor clara, também reflectirão luz para a mesa. Esta contribuição foi omitida no desenho. Brilho elevado Céu Brilho baixo Tecto A janela, apesar da sua pequena dimensão aparente, é a maior fonte de luz, porque é muito mais brilhante que o tecto.