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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA USO DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM PROJETOS DE ILUMINAÇÃO INTERNA
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Stéphanie Guimarães Rodrigues
1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO MESTRADO EM ARQUITETURA E URBANISMO USO DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM PROJETOS DE ILUMINAÇÃO INTERNA Thais Borges Sanches Lima Salvador - Ba Agosto, 2003 i
2 Universidade Federal da Bahia Faculdade de Arquitetura Programa de Pós Graduação em Arquitetura e Urbanismo USO DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM PROJETOS DE ILUMINAÇÃO INTERNA Thais Borges Sanches Lima Orientador Prof. Dr. Arivaldo Leão de Amorim Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Arquitetura e Urbanismo da Faculdade de Arquitetura da Universidade Federal da Bahia, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Arquitetura e Urbanismo. Salvador, 04 de agosto de 2003 ii
3 FOLHA DE APROVAÇÃO Candidata: THAIS BORGES SANCHES LIMA Dissertação defendida e aprovada em 18 de agosto de 2003 Prof. Dr. ARIVALDO LEÃO DE AMORIM (orientador) Faculdade de Arquitetura Universidade Federal da Bahia Dra. ROSÂNGELA MARIA SOUZA TENÓRIO Pesquisador Associado Programa de Pós Graduação em Arquitetura e Urbanismo - Universidade Federal da Bahia Prof. Dr. HEITOR DA COSTA SILVA Pesquisador Programa de Pesquisa e Pós Graduação em Arquitetura da Universidade Federal do Rio Grande do Sul iii
4 Não há obstáculo intransponível, não há vitória sem luta, não há limite para quem tem a capacidade de sonhar... (autor desconhecido) À minha família, que sempre me apoiou incondicionalmente. iv
5 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Prof. Dr. Arivaldo Leão de Amorim pelo apoio e disposição na orientação do trabalho. Aos membros da banca, Dra. Rosângela Maria Sousa Tenório e Prof. Dr. Heitor da Costa Silva pelo incentivo e sugestões apresentadas. Aos meus pais, pela confiança depositada e pelas oportunidades a mim dadas durante toda a minha vida. A Fabiano, pelo incentivo e compreensão durante toda a trajetória acadêmica e o carinho a mim dedicado nos períodos em que mais precisei. Aos colegas e professores do LCAD Laboratório de Computação Gráfica Aplicada à Arquitetura e ao Desenho da Faculdade de Arquitetura da UFBA, pelo apoio e estrutura disponibilizados. Ao LACAM Laboratório de Conforto Ambiental da Faculdade de Arquitetura da UFBA, pelo auxílio prestado e utilização de equipamentos. A CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela bolsa concedida para a realização do curso. A todos que de alguma maneira colaboraram com esse trabalho, meu muito obrigado. v
6 RESUMO Este trabalho analisa o uso da tecnologia computacional no desenvolvimento de projetos de iluminação, de forma a antever possíveis problemas e testar alternativas de solução visando alcançar um melhor desempenho da obra. Para isso, o estudo fundamentou-se na aplicação de ferramentas para a simulação de aspectos quantitativos e qualitativos dos efeitos da iluminação sobre o ambiente construído. A metodologia empregou procedimentos teóricos e experimentais, sendo embasada no estudo das características e finalidades da simulação computacional e dos modelos aplicados a esse objetivo, dos métodos de cálculo e análise da iluminação e das ferramentas de simulação. Foram realizados testes em programas específicos para validar resultados, identificar limitações de uso das ferramentas, e ainda permitir uma análise comparativa dos mesmos sob seus vários aspectos. O conjunto de experimentos realizados visou verificar o uso das ferramentas em estudos sobre a interferência da iluminação no ambiente; as características da iluminação natural com a modificação das dimensões, posicionamento e tipo das aberturas; as conseqüências da especificação de materiais com diferentes atributos para um mesmo espaço; e sobre o uso integrado da iluminação natural e artificial em ambientes internos. As ferramentas de simulação constituem importante recurso na avaliação do desempenho de projetos de iluminação, pois permitem testar alternativas de solução a baixo custo e propiciam a visualização dos efeitos da luz sobre os ambientes internos. Como resultado, apresenta-se um conjunto de procedimentos para a aplicação das ferramentas na projetação da iluminação e no ensino das disciplinas de conforto ambiental. Com isso espera-se auxiliar o projetista para o desenvolvimento de soluções mais eficientes e eficazes, em tempos de escassez de energia e da necessidade iminente de sua conservação. Dessa forma, o estudo da simulação computacional vem potencializar a prática projetual do arquiteto ajudando-o a resolver problemas, gerar e validar alternativas, optando por aquelas fundamentadas em dados comparados. PALAVRAS CHAVE: simulação computacional, projeto de iluminação, ferramentas de simulação. vi
7 ABSTRACT This thesis deals with the application of computer technology in the development of lighting design. It aims to predict possible problems and test design solutions to enable better performance. The study was based on the application of computer tools to simulate the quantitative and qualitative aspects of lighting design within the built environment. The methodology used theoretical and experimental procedures, based in the characteristics and purposes of computer simulation and it analyzed the calculation methods and evaluated lighting simulation tools. Tests in specific programs had been carried out to validate results, to identify its limitations of use, and also to allow a comparative analysis of such tools under its various circumstances. The set of experiments aimed to test the use of these tools to evaluate the influence of lighting within the built environment; considering modifications on dimensions, positioning and type of openings. In addition it was verified the consequences of materials specification and it was evaluated the integrated use of daylighting and artificial lighting of internal spaces. The simulation tools are important elements in the evaluation of lighting design; as they allow the test of alternatives at low costs and enable the visualization of such design alternatives at internal spaces. As a result, it was presented a set of procedures to be used during lighting design and also within disciplines such as environmental comfort. Consequently, this study is expected to help designers in the development of more efficient solutions, concerned with lighting design and energy conservation. In addition, the study of computer simulation tools improves the practical design of architects, helping them to solve problems, to generate and to validate alternatives, choosing those that are based on extensive and comparative data. KEY WORDS: computer simulation, lighting design, simulation tools. vii
8 SUMÁRIO Lista de figuras Lista de tabelas Lista de siglas e abreviaturas x xvi xvii Introdução 1 Justificativa Objetivo Estrutura do trabalho Capítulo 1 A Iluminação no Projeto de Arquitetura Iluminação natural Cálculo da iluminação natural Iluminação artificial Lâmpadas Luminárias Métodos de cálculo de iluminação artificial O processo de projeto de arquitetura e de iluminação O processo de projeto O projeto de iluminação A percepção e o projeto de iluminação 47 Capítulo 2 Modelos e Simulação Computacional Modelos A modelagem geométrica tridimensional Simulação computacional Possibilidades e aplicações da simulação em Arquitetura e Urbanismo 66 Capítulo 3 Simulação da Iluminação Características gerais e classificação das ferramentas Tecnologias e algoritmos para simulação lumínica Fontes luminosas 75 viii
9 3.2.2 Modelo de reflexão Modelos de iluminação 3.3 Elementos complementares A cor Atributos dos materiais Grandezas luminosas 3.4 As ferramentas para simulação de iluminação Ferramentas existentes As ferramentas empregadas Capítulo 4 Experimentação, Análise e Discussão Materiais e métodos Descrição dos ensaios, análise e discussão Análise de discussão dos resultados Avaliação das ferramentas 181 Considerações Finais 184 Recomendações para aplicação em projetos (procedimentos) 186 O uso da tecnologia de simulação no ensino de Arquitetura 187 Conclusões 188 Desdobramentos e Trabalhos Futuros 190 Bibliografia 191 Referências bibliográficas 192 Fontes na Internet 200 Apêndices Apêndice A Programas analisados Apêndice B - Diagrama de fluxo de dados nas ferramentas de simulação Apêndice C - Glossário Anexos Anexo A Tabela e gráficos diversos utilizados no cálculo de iluminação 232 ix
10 LISTA DE FIGURAS Capítulo Diagrama do Percurso Aparente do Sol para Salvador Latitude 13º Sul 1.2 Máscara de Sombra 1.3 Transferidor auxiliar utilizado para a confecção da Máscara de Sombra 1.4 Superposição da máscara de sombra sobre o Diagrama Solar 1.5 Condição de iluminação da abóbada celeste 1.6 Diagrama de representação da iluminação natural em superfícies horizontais Diagrama de Pleijel 1.7 Diagrama de Contribuição Relativa para céu claro e altitude solar de 15 o 1.8 Superposição da máscara de obstrução sobre o DCRL 1.9 Diagrama com fatores de forma 1.10 Representação da iluminação em um ambiente através do Diagrama Isolux 1.11 Sistema de iluminação geral 1.12 Sistema de iluminação direcional 1.13 Sistema de iluminação localizada 1.14 Sistema de iluminação local 1.15 Curva de distribuição da intensidade luminosa horizontal e vertical 1.16 Classificação das luminárias segundo a radiação do fluxo luminoso 1.17 Divisão do ambiente a ser iluminado nas três cavidades básicas 1.18 Determinação do ângulo horizontal 1.19 Determinação do ângulo vertical Capítulo Reflexão difusa 3.2 Reflexão especular x
11 3.3 Determinando os volumes de umbra e penumbra 3.4 Interações da luz no modelo de iluminação local 3.5 Interações da luz no modelo de iluminação global 3.6 Imagem sintética obtida pelo modelo difuso 3.7 Imagem sintética obtida pelo modelo de Phong 3.8 Cálculo dos raios refletidos e transmitidos 3.9 Imagem sintética obtida pelo modelo Ray Tracing 3.10 Imagem sintética obtida pelo modelo de Radiosidade 3.11 Imagem sintética obtida pelo modelo de Radiância 3.12 Espectro eletromagnético mostrando as bandas de comprimento de onda principais e a banda correspondente à luz visível 3.13 Espaço de cor RGB 3.14 Espaço de cor CMY 3.15 Espaço de cor HSV 3.16 Espaço de cor HSL Capítulo Ambiente com iluminação artificial 4.2 Indicação dos pontos de medição e das fontes de luz artificial 4.3 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento A 4.4 Valores medidos e valores obtidos na simulação 4.5 Imagem do ambiente simulado em falsa cor 4.6 Ambiente real iluminado artificialmente 4.7 Simulação da iluminação artificial no Lightscape 4.8 Ambiente com iluminação natural 4.9 Pontos de medição dos níveis de iluminamento natural 4.10 Valores medidos e obtidos na simulação da iluminação natural as 9:00 horas 4.11 Ambiente às 9:00 horas xi
12 4.12 Simulação da iluminação natural às 9:00 horas através do Lightscape 4.13 Simulação da situação existente 4.14 Indicação das fontes de luz artificial e dos pontos de medição 4.15 Simulação da iluminação artificial existente 4.16 Simulação da iluminação artificial proposta 4.17 Simulação da iluminação natural às 10:00 horas 4.18 Simulação da iluminação natural com uso de persianas 4.19 Simulação da iluminação natural, com uso de persiana, integrada à iluminação artificial 4.20 Distribuição do iluminamento para o ambiente estudado 4.21 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento D 4.22 Indicação das fontes de luz artificial e dos pontos de medição 4.23 Dimensões e distribuição das aberturas propostas no experimento 4.24 Simulação da iluminação Fachada 01 às 9:00 horas 4.25 Simulação da iluminação Fachada 01 às 17:00 horas 4.26 Simulação da iluminação Fachada 02 às 9:00 horas 4.27 Simulação da iluminação Fachada 02 às 17:00 horas 4.28 Simulação da iluminação Fachada 03 às 9:00 horas 4.29 Simulação da iluminação Fachada 03 às 17:00 horas 4.30 Simulação da iluminação Fachada 04 às 9:00 horas 4.31 Simulação da iluminação Fachada 04 às 17:00 horas 4.32 Simulação da iluminação Fachada 05 às 9:00 horas 4.33 Simulação da iluminação Fachada 05 às 17:00 horas 4.34 Iluminação natural as 9:00 horas 4.35 Iluminação natural as 17:00 horas 4.36 Simulação da iluminação natural às 17:00 horas e a solução integrada no mesmo horário xii
13 4.37 Imagens simuladas da iluminação natural da fachada 03 as 17:00 horas e a solução integrada de iluminação artificial e natural no mesmo horário, respectivamente 4.38 Imagens simuladas da iluminação natural da fachada 05 as 17:00 horas e a solução integrada de iluminação artificial e natural no mesmo horário, respectivamente 4.39 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento E 4.40 Posicionamento dos pontos de medição dos níveis de iluminância 4.41 Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Simulação da iluminação natural Alternativa Alternativas com abertura lateral 4.51 Alternativas com abertura zenital 4.52 Abertura lateral, zenital e combinada 4.53 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento F 4.54 Indicação dos pontos de medição da iluminação natural e artificial 4.55 Valores de iluminância na simulação da luz artificial 4.56 Valores de iluminância na simulação da luz natural 4.57 Vista em planta do modelo com indicação do grid de análise 4.58 Simulação da distribuição luminosa em falsa cor 4.59 Simulação da distribuição luminosa em escala de cinza 4.60 Valores de iluminância para o ambiente simulado 4.61 Gráfico isolux para o ambiente simulado xiii
14 4.62 Valores de iluminância para o ambiente simulado 4.63 Simulação da distribuição luminosa com indicação das curvas isolux 4.64 Simulação da distribuição luminosa em falsa cor 4.65 Imagens do ambiente simulado nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente 4.66 Distribuição da intensidade visualizada com human sensitivity no Desktop Radiance 4.67 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento G 4.68 Posicionamento dos pontos de medição para verificação dos níveis de iluminância artificial 4.69 Valores de iluminância para a simulação da luz artificial no Lightscape 4.70 Valores de iluminância para a simulação da luz artificial no Lumen Micro 4.71 Valores de iluminância para a simulação da luz artificial no Desktop Radiance 4.72 Simulação da iluminação artificial, alternativa 1, nos programas Lumen Micro, Lightscape e Desktop Radiance, respectivamente 4.73 Níveis de iluminância do ponto 1 para os três programas analisados 4.74 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento H 4.75 Imagem gerada no Lightscape 4.76 Imagem gerada no Lumen Micro 4.77 Imagem gerada no Desktop Radiance 4.78 Indicação dos pontos para determinação do nível de iluminância natural 4.79 Iluminação natural nos três programas analisados 4.80 Perspectiva do modelo geométrico do ambiente simulado Experimento I 4.81 Indicação dos pontos de medição e posicionamento das fontes luminosas 4.82 Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa 3 xiv
15 4.85 Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa Imagens da iluminação artificial nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente Alternativa Foto do ambiente e simulações nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente 4.89 Simulações do ambiente nos programas Lightscape, Lumen Micro e Desktop Radiance, respectivamente 4.90 Foto do ambiente e simulação no Lightscape xv
16 LISTA DE TABELAS Capítulo Relação entre a temperatura e a sensação provocada pela cor da lâmpada 1.2 Descrição dos valores de IRC Capítulo Súmula da abordagem conceitual de modelo Capítulo Comparativo entre termos da Colorimetria e termos perceptivos Capítulo Roteiro de trabalho para aplicação da simulação computacional em projetos de iluminação 4.2 Valores medidos no local e valores obtidos na simulação Experimento A 4.3 Valores medidos no local e valores obtidos na simulação para iluminação Experimento B 4.4 Comparação dos níveis de iluminamento das várias alternativas, em lux Experimento C 4.5 Valores de iluminância para a iluminação natural as 9:00 horas Experimento D 4.6 Valores de iluminância para a iluminação natural as 17:00 horas Experimento D 4.7 Comparativo entre a simulação da iluminação natural às 17:00 horas e a solução integrada no mesmo horário Experimento D 4.8 Valores de iluminância na simulação da luz artificial Experimento F 4.9 Valores de iluminância na simulação da luz natural 21 de março as 9:00 horas Experimento F 4.10 Distribuição luminosa do ambiente para iluminação natural Experimento H xvi
17 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS 3D - ABILUX - ABNT - B-Rep - CAD - CIE - CIBSE - CMY - CRT - CSG - DCRL - DF - IEA - IES - IESNA - ENCAC - ENTAC - FLN - Tridimensional Associação Brasileira da Indústria de Iluminação Associação Brasileira de Normas Técnicas Boundary Representation Computer Aided Design (Projeto Auxiliado por Computador) Commission Internationale d Éclairage The Chatered Institution of Building Services Engineers Cyan, Magenta, Yellow (modelo de cor) Cathode Ray Tube (tubo de raios catódicos) Construtive Solid Geometry Diagrama de Contribuição Relativa de Luz Daylight Factor (fator de luz diurna ou fator de luz natural) International Energy Agency Illuminating Engineering Society Illuminating Engineering Society of North America Encontro Nacional de Conforto do Ambiente Construído Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído Fator de Luz Natural GRAPHICA - Congresso Internacional de Engenharia Gráfica nas Artes e no Desenho HSV - LabCon - Hue, Saturation, Value (modelo de cor) Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina xvii
18 LABCON - Laboratório de Conforto Ambiental da Escola de Arquitetura da Universidade Federal de Minas Gerais LBL - LCAD - NBR - NURBS - NUTAU - QTVR - RGB - RVP - SIGRADI - SMR - UFBA - VCP - VRML - Lawrence Berkeley National Laboratory Laboratório de Computação Gráfica Aplicada à Arquitetura e ao Desenho da Faculdade de Arquitetura da Universidade Federal da Bahia Norma Técnica Brasileira Non-uniform Rational B-Splines Núcleo de Pesquisa em Tecnologia da Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo Quicktime Virtual Reality Red, Green, Blue (modelo de cor) Relative Visual Performance Sociedade Iberoamericana de Gráfica Digital Sistema do Mundo Real Universidade Federal da Bahia Visual Comfort Probability Virtual Reality Modelling Language xviii
19 INTRODUÇÃO More significantly, movement through the represented space can be simulated in real time within the computer environment. This ability, possibly more than any other of computer graphics, may revolutionize the way in which we use representation to study design and thereby alter the sensitivities, criteria, and qualities that apply to architectural design. (LASEAU, 2000: 79) 1
20 INTRODUÇÃO Esta pesquisa visa estudar o uso de tecnologias computacionais para a simulação de projetos de iluminação como ferramenta auxiliar na concepção e detalhamento de projetos de modo a prever e minimizar possíveis problemas, relativos ao conforto luminoso. Através da definição das características e objetivos da simulação computacional e o estudo de modelos aplicados, pretende-se avaliar a eficácia da aplicação da simulação no ato de projetar em arquitetura e, especificamente, no processo de projeto de iluminação. Para tal, devem ser considerados tópicos relacionados às questões de conforto luminoso, tais como fotometria, modelos de iluminação, influência das cores, dos materiais e suas propriedades físicas na propagação e reflexão da luz, as necessidades de iluminação em diferentes ambientes e atividades, o estudo dos métodos de cálculo de iluminação, assim como a aplicação de software com recursos disponíveis para a realização dos estudos pretendidos. A aplicação das tecnologias computacionais em projetos de arquitetura é associada principalmente ao uso de ferramentas de desenho e modelamento para representação e visualização de estudos realizados, embora os recursos da computação gráfica já possam ser usados no auxílio à concepção e desenvolvimento dos mais variados tipos de projetos, tais como cálculo de iluminação, acústica, comportamento térmico, análise estrutural e projetos de instalações hidráulicas e elétricas, dentre outros. Dentre esses recursos, podemos destacar as ferramentas especificas para simulação de projetos nas diversas áreas da arquitetura, em particular, àquelas voltadas à simulação do conforto luminoso, que podem ajudar nas diretrizes e no desenvolvimento do projeto arquitetônico. É preciso destacar algumas vantagens e desvantagens que caracterizam a simulação computacional de forma a contextualizar o estudo em questão e avaliar as possibilidades de sua aplicação (LAW, 2000: 92). 2
21 Vantagens: permite estimar o desempenho de um sistema existente sob as condições controladas; possibilita a comparação das alternativas propostas e visualização dos seus resultados; e permite manter um controle sobre as condições experimentais e estudar um sistema por um tempo mais longo. Desvantagens: modelos de simulação são, muitas vezes, caros para implementar e consomem tempo para o seu desenvolvimento; e modelos que envolvem fatores humanos ou evolutivos são difíceis de serem implementados e são de resultados duvidosos. A partir dos resultados obtidos nas simulações será possível observar o desempenho do projeto, do ponto de vista da iluminação, mesmo antes de sua execução, dando uma efetiva contribuição e uma maior consistência para as decisões a serem tomadas durante a fase de projetação arquitetônica. Sendo a concepção do projeto arquitetônico a fase onde se definem as características do edifício, baseadas no programa de necessidades e na possibilidade de criar alternativas de solução para os problemas propostos, o uso da simulação computacional pode vir a ajudar na resolução do projeto e comprovação de sua eficácia. É relevante, portanto, estudar mais profundamente as características, os processos envolvidos, as potencialidades e possibilidades para a utilização da simulação no estudo dos efeitos da iluminação nos ambientes projetados. Atualmente, os recursos tecnológicos disponíveis permitem representar espacialmente imagens realísticas que reproduzem muitas das características técnicas e estéticas, e 3
22 muitos dos efeitos gerados pelos materiais aplicados, para estudos tanto quantitativos como qualitativos. Para esses estudos, devem ser utilizados programas eficientes, voltados para a simulação luminosa, que possibilitem demonstrar os efeitos de materiais, texturas e fontes luminosas, com suas características principais, de forma a chegar a um nível de representação visual próximo ao real. É necessário também que forneçam dados numéricos da solução para a realização de estudos comparativos entre os resultados obtidos por simulação e os dados do mundo real, obtidos através de medições em campo. Como as ferramentas CAD básicas (editores de desenho e modeladores tridimensionais) não apresentam qualquer referência à interação com o contexto climático, serão usadas outras ferramentas que realizam atividades específicas relacionadas ao projeto de iluminação, tais como cálculos luminotécnicos, simulação da incidência do sol e sua influência no ambiente, análise fotométrica e visualização fotorealística dos efeitos da luz. A adoção dessa sistemática de trabalho requer além do conhecimento da tecnologia disponível e de suas possibilidades, o estudo da projetação (cálculo e definição dos elementos de projeto e seus atributos) da iluminação natural e artificial, segundo os métodos tradicionais, através de tabelas e gráficos, para se comprovar a veracidade da simulação e suas características quanto às questões qualitativas e quantitativas do projeto de iluminação. Isso porque, com a crescente preocupação com a necessidade de conservação de energia 1 advinda da crise no setor energético, é primordial que os projetos de iluminação venham a ser um instrumento de grande utilidade nesse processo, objetivando a contenção e redução da demanda energética no setor de edificações. O que, por sua vez, acarretará na melhoria da qualidade dos projetos e o conseqüente desempenho das construções, integrando a arquitetura, o conforto ambiental e a conservação de energia. 1 Uso racional dos recursos energéticos e introdução de técnicas que aumentem a eficiência do uso da energia e elimine os desperdícios (ABILUX, 1992). 4
23 Um outro ponto a ser destacado é a possibilidade da aplicação da tecnologia de simulação no ensino das disciplinas de conforto ambiental, principalmente, no que se refere aos estudos de iluminação natural e artificial, já que tais ferramentas permitem a visualização dos efeitos da luz sobre o ambiente projetado e fornecem a quantidade de iluminação do ambiente considerando as propriedades físicas dos materiais, lâmpadas e luminárias. Essa aplicação pode ser feita mediante o desenvolvimento de uma metodologia para utilização da simulação computacional no processo de projeto de iluminação, usando-a para a verificação dos projetos propostos e análise das alternativas de forma mais rápida e eficiente. Para isso, é necessário que nas disciplinas envolvidas sejam criadas atividades de laboratório para o estudo e aplicação das ferramentas específicas, voltadas para a simulação, de forma que o aluno tenha a oportunidade de conhecer os programas e desenvolver um método de trabalho mais adequado à tarefa a ser realizada. Em âmbito acadêmico, algumas ferramentas foram desenvolvidas para o estudo da iluminação, podendo ser aplicadas nos laboratórios de conforto como auxiliar no aprendizado, e outras, mais completas, podem ser adquiridas a um custo menor quando utilizadas para fins didáticos. Justificativa Com o adensamento e a verticalização das cidades sem a preocupação com os aspectos de conforto ambiental, seja ele acústico, térmico ou luminoso, além da crise energética, fica evidenciada a necessidade de revisão dos modelos de desenvolvimento urbano e da tipologia das edificações para controlar o consumo de energia e conseqüentemente as condições de conforto (ASSIS, 1995: 19). Muitas das deficiências que ocorrem com relação aos níveis de conforto, tais como o ofuscamento e a elevada carga térmica imposta aos ambientes devido ao uso de grandes painéis envidraçados nas fachadas; o alto consumo de energia elétrica na iluminação artificial e no condicionamento de ar; o adensamento das cidades; e a escassez de áreas verdes, dentre outros, são ocasionadas em, alguns casos, pela legislação de uso e 5
24 ocupação do solo que não considera muito dos aspectos do conforto ambiental e da conservação de energia. Além disso, tem se observado, através de estudos de análise pós-ocupação, que muitos dos aspectos relacionados com o conforto ambiental não têm sido considerados na hora de projetar, deixando algumas soluções a serem resolvidas durante ou após a execução da obra, o que aumenta os custos com reformas não previstas, com condicionamento de ar, implantação de novos pontos de iluminação artificial, etc. Com a ampliação da oferta e sofisticação dos equipamentos utilizados em edificações, os projetos de iluminação têm sido concebidos privilegiando a luz artificial e esquecendo-se a possibilidade do aproveitamento da luz natural para iluminar os ambientes durante o dia, deixando o recurso da luz artificial apenas para complementação da iluminação necessária no decorrer do dia e seu uso à noite. Em decorrência da atual crise energética, devido à possibilidade de esgotamento dos recursos naturais mais utilizados para a produção de energia, é fundamental pensar o uso racional da iluminação natural, relacionado à iluminação artificial. Uma das metas da campanha em prol da conservação de energia é a proposição do uso complementar das duas fontes para se obter uma melhor qualidade na distribuição luminosa advinda do projeto de iluminação e a conseqüente redução no consumo de energia (MAGALHÃES, 1995: 150). Segundo Goulding (1992: 101), a proporção da energia total requerida nas edificações para o uso da iluminação artificial é de cerca de 35% e o uso correto da iluminação natural pode reduzir esse valor e diminuir o consumo com sistemas de refrigeração. Romero (1995: 31) destaca que o setor de comércio e serviços é o setor que apresenta maiores condições de intervenção devido ao seu consumo de energia, cerca de 70% do consumo é usado para iluminação artificial e condicionamento ambiental. O arquiteto, enquanto modificador do espaço, tem condições de intervir nesses ambientes de maneira a minimizar os custos com energia e melhorar as condições de conforto. Tais intervenções podem ser feitas na forma, na orientação, nos materiais, no gerenciamento 6
25 dos espaços e no projeto de iluminação e condicionamento de ar, utilizando a simulação como ferramenta de análise das propostas estudadas. Os simuladores de desempenho energético são ferramentas de extrema utilidade, pois efetuam uma grande quantidade de cálculos com facilidade e rapidez, e possibilitam a visualização de ambientes ainda não construídos, que podem ser alterados no todo ou em parte de acordo com as necessidades do projeto. A utilização de modelos computacionais para a simulação da iluminação no interior de edificações deve ajudar o projetista no melhor entendimento do projeto, visto que podese prever as condições da distribuição da luz nos ambientes de forma muito próxima, tal qual acontece no ambiente real. A simulação computacional possui diversas aplicações em Arquitetura, nas quais podemos destacar a simulação da forma da edificação, sua implantação no terreno e relação com o entorno, simulação do aspecto interno e externo da adaptação espacial projetada e do desempenho dessa adaptação do ponto de vista estrutural, térmico, acústico e luminoso. A simulação é assunto de potencial interesse de projetistas em arquitetura, visto que, com o uso da simulação, pode-se prever o comportamento de um ambiente proposto e selecionar a melhor solução a partir de uma série de alternativas. Muitos estudos têm sido desenvolvidos a cerca do uso das ferramentas computacionais para a simulação da iluminação natural e artificial, principalmente, em âmbito internacional, onde a maioria dos programas voltados para esse enfoque são produzidos, existindo várias pesquisas que têm descrito a aplicação desses programas, fazendo uma análise da sua facilidade de uso, características e, principalmente, os recursos disponíveis para a simulação quantitativa e qualitativa da luz, que podem auxiliar o projetista na aplicação desses recursos no ato de projetar em arquitetura. Nesse sentido, destacam-se as pesquisas realizadas no IEA International Energy Agency da LBL Lawrence Berkeley National Laboratory - que desenvolve trabalhos na área de conforto ambiental, dentre os quais a iluminação, publicando estudos sobre 7
PROJETO DE ILUMINAÇÃO NATURAL: FERRAMENTAS PARA CÁLCULO E AVALIAÇÃO
PARANOÁ - Cadernos de Arquitetura e Urbanismo PROJETO DE ILUMINAÇÃO NATURAL: FERRAMENTAS PARA CÁLCULO E AVALIAÇÃO LIMA, Thais Borges Sanches; CHRISTAKOU, Evangelos Dimitrios. RESUMO As decisões tomadas