conforto ambiental

Fernando O. Ruttkay Pereira, PhD
Professor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo
Universidade Federal de Santa Catarina
Conforto Ambiental: Iluminação

O ser humano e o seu entorno imediato
Conforto
Visual pode
ser
interpretado
como uma
recepção clara
das
mensagens
visuais de um
ambiente
luminoso

Iluminação inadequada
• Fadiga Visual
• Desconforto
• Dor de Cabeça
• Ofuscamento
• Redução da Eficiência Visual
• Acidentes
Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?
Boa Iluminação
• Aumenta a produtividade
• Gera um ambiente agradável
• Salva vidas
Responsabilidade:
- Projetistas
- Administradores
- Autoridades

6 12 18 24 6 12 18 24 6
cortisol
melatonin
alertness
body temp.
Funções biológicas humanas com ritmos circadianos
CIE. TC 6-11 (CIE, 2003)
Influências
psico-fisiológicas
da luz sobre o
organismo
humano

Resposta visual relativa e supressão de Melatonina
relativa em função da iluminância ao nível do olho
(Lighting Research Center)

Eficácia luminosa Fotópica, Scotópica e de supressão
de Melatonina (Lighting Research Center)

Para emocionar....

LUZ – A base física
Teoria Corpuscular
PrincPrincíípios:pios:
Corpos luminosos emitem
energia radiante em partículas;
Estas partículas são lançadas
intermitentemente em linha reta;
As partículas atingem a retina e
estimulam uma resposta que
produz uma sensação visual.
Newton (1642-1727)

Teoria das Ondas
A luz era resultante da vibração
molecular de materiais luminosos;
Esta vibração era transmitida através
de uma substância invisível e sem peso
que existia no ar e no espaço,
denominada “éter luminífero”;
As vibrações transmitidas atuam na
retina, simulando uma resposta que
Cristiaan Huygens (1629-1695)

Teoria Eletromagnética
Os corpos luminosos emitem luz na
forma de energia radiante;
A energia radiante se propaga na
forma de ondas eletromagnéticas;
As ondas eletromagnéticas atingem a
retina, estimulando a uma resposta que
James Clerk Maxwell
(1831-1879)

Teoria Quântica
PrincPrincíípio:pio:
energia é emitida e absorvida em
quantum, ou fóton.
“ A energia na radiação não é
contínua, mas dividida em
minúsculos pacotes, ou quanta. ”
Max Planck (1858-1947)

LUZ – A base físicaEspectro Eletromagnético

Balanço de energia nos processos de emissão, propagação e absorção da
radiação;
A quantidade de radiação pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu
efeito sobre o receptor:
•O olho humano; unidades fotométricas
•A película fotográfica; unidades fotográficas
•A pele humana; unidades eritêmicas
Pierre Bouguer (1698 –1758) Elaborou a teoria fotométrica;
J.H. Lambert (1728 –1777) Formulou matematicamente;
Esquecida até a invenção da lâmpada (meados do século XIX).
“área da óptica que trata da medição da energia
radiante, avaliada de acordo com seu efeito visual e
relacionada somente com a parte visível do espectro”
FOTOMETRIA

Grandezas Fotométricas
Fluxo Radiante (watt [W])
“ é a potência da radiação
eletromagnética emitida ou
recebida por um corpo ”
O fluxo
radiante
contem frações
visíveis e
invisíveis.

“ é a parcela do fluxo
radiante que gera uma
resposta visual ”
Fluxo luminoso - ΦΦΦΦ ( lumen [lm] )

Eficiência luminosa ( [lm/W] )
“ é a capacidade da fonte em
converter potência em luz”
2,8 lm1 W
73 lm1 W
430 lm1 W
683 lm1 W
220 lm1 W
25,9 lm1 W
0,3 lm1 W

Eficiência luminosa ( [lm/W] )
107 lm/W16.000 lmSódio 150 W
100 – 140 lm/W------Luz natural
76 lm/W19.000 lmHID 250 W
103 lm/W2.900 lmFluor. TL5 28 W
61 lm/W1.400 lmFluor. compacta 23 W
13,5 lm/W1.350 lmIncandescente 100 W
Eficiência
luminosa
Fluxo
luminoso
Fonte

Intensidade luminosa ( candela [cd] ou [lm/sr] )
“ é a propagação da luz em
uma dada direção dentro de
um ângulo sólido unitário ”
Ângulo Sólido ( [sr] )
11 esterradianoesterradiano
“ é o ângulo espacial que tem
seu vértice no centro da esfera,
cuja a área superficial é igual
ao quadrado de seu raio ”

Iluminância ( lumen/m2 ou lux [lx] )
“ é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por
unidade de área ”
100.000 luxNo sol no verão
10.000 luxNo exterior sob céu encoberto
500 luxNuma mesa de escritório
1 luxA 1m de uma vela
Valores típicos

Representação de Iluminâncias: mapas Isolux

Luminância ( [cd/m2] )
“ é uma medida física de brilho de uma superfície, sendo através dela
que os seres humanos enxergam ”
LuminânciaLuminância
é uma excitação visual
BrilhoBrilho
é a resposta visual desse estímulo
Superfície
Difusa

Valores de luminâncias de algumas fontesValores de luminâncias de algumas fontes
Limite inferior 0,000001 cd/m2
Limite superior 1.000.000 cd/m2
Ofuscamento 25.000 cd/m2

Representação de Luminâncias
Foto com lente
“olho-de-peixe”
Luminancímetro

Grandeza
Nome Símbolo Significado Unidade
Fluxo
luminoso
Componente do fluxo radiante que gera uma
resposta visual.
Esfera de Ulbricht: a fonte luminosa é colocada dentro de
uma grande esfera, cujo o interior é pintado de branco
perfeitamente difusor. Mede-se a iluminância produzida pela
luz difusa através de uma pequena abertura, protegendo os
raios que saem diretamente da fonte, esta iluminância é
proporcional ao fluxo luminoso emitido pela fonte.
Eficiência
Luminosa
É a razão entre o fluxo
luminoso "φ" produzido por uma
fonte e a potência "P" consumida.
A eficiência luminosa é deduzida juntamente com a medição
do fluxo luminoso com a esfera de Ulbricht, medindo-se a
potência consumida pela fonte luminosa e seus
equipamentos auxiliares, através de um wattímetro.
Intensidade
Luminosa
É o fluxo luminoso "φ" emitido
por uma fonte numa certa
direção, dividido pelo ângulo
sólido "ω", no qual está contido.
cd
Banco fotométrico: a fonte luminosa em exame é
comparada com uma fonte de intensidade conhecida. No
caso de aparelhos de iluminação, a medição é feita por meio
de um fotogoniômetro: uma célula fotovoltaica gira em
volta do aparelho e mede a intensidade luminosa emitida em
todas as direções.
Iluminância
É o fluxo luminoso incidente
"φ" numa dada superfície, dividida
pela área "A"da mesma. lux
Luxímetro: é formado por uma fotocélula que transforma a
energia luminosa em energia elétrica, indicada por um
galvanômetro cuja a escala está marcada em lux.
Luminância
É a intensidade luminosa
"I" (de uma fonte ou de uma
superfície iluminada) por unidade
de área aparente "A'" numa dada
direção.
Luminancímetro: aparelho que reproduz a imagem da
superfície projetada e cuja a luminância deve ser medida. A
energia elétrica produzida pelo fotosensor é ampliada e
medida por um galvanômetro calibrado em candelas por m2
Como medir
P
φ
=η
ω
φ
=I
A
E
φ
=
η
I
E
L
φ lm
W
lm
2
m
cd
'A
I
L =

TôdasTôdas as grandezas são produtosas grandezas são produtos
dede áárearea ouou ângulo sângulo sóólidolido
ExcitânciaExcitância luminosa (M)luminosa (M)
M = ρ x E M = τ x E
p/ superfp/ superfíícies perfeitamente difusorascies perfeitamente difusoras
M = π x L
π
ρ
=
xE
L

A taxa vetor iluminação/iluminação escalar é um
parâmetro utilizado
para estimar a
direcionalidade
da luz e suas
qualidades
de modelação
de objetos.
ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO

ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO
2
4 r
ES
⋅
=
π
φ
E1
E2
2
r
EV
⋅
=
π
φ
∆EMÁX = E1 – E2
S
V
E
E varia entre
0 ambiente totalmente uniforme, sem sombras
4 ambiente de iluminação monodirecional
direção
do vetor

Lei do inverso doLei do inverso do
quadrado da distânciaquadrado da distância
Lei doLei do
cossenocosseno
Lei daLei da AditividadeAditividade
Leis fundamentais da iluminação

IluminaIluminaçção produzida por fonte superficialão produzida por fonte superficial
Leis fundamentais da iluminação
ângulo sólido
)
cos.cos.
( 2∑=
D
AL
E
fontefonte
P
θϖ

Refletância
Absortância
Transmitância
Propriedades óticas dos materiais
ρ + α + τ = 1

Propriedades óticas dos materiais

Mecanismos de controle da luz
- Reflexão
- Transmissão
(a) especular (b) difusa (c) semi
- Refração
αααα1
αααα1
αααα2
ηηηη1
ηηηη2
ηηηη1
(a) especular (b) difusa (c) semi

LUZ
Propriedades óticas dos envidraçados

LUZ
Propriedades óticas dos envidraçados
vista lateral
planta

Benefícios do uso da cor
COR
“O uso adequado da cor ajuda na
captura da antenção das pessoas,
pode enfatizar e organizar as
informações visuais, produzindo:
- interesse visual;
- valorização estética e decorativa;
- aumento de produtividade;
- redução do índice de acidentes.”

Imitar a realidade (aparência verdadeira)
COR
grama roxa??
grama é verde!!

COR
Imitar a realidade (aparência verdadeira)

Organizar e enfatizar as informações
COR

Contrastes Cromáticos e de Brilho
COR
Contraste Cromático
Alto Baixo
Contraste de Brilho
Alto Baixo

COR
Produção de
Efeitos
Usar bordas de limite
ou separação
Não usar bordas de
limite ou separação
Usar cores de maior
comprimento de onda
(vermelho, amarelo,
laranja)
Usar cores
encontradas na
natureza
Usar a mesma cor e
variar a saturação
Usar cores de alto
contraste cromático
(cores complementares
ou opostas na "roda
das cores"
Usar a mesma cor e
variar o brilho
Usar cores de alto
contraste de
luminosidade
Usar cores próximas
no modelo de cor
DRAMATICIDADEHARMONIA

CLASSIFICAÇÃO DAS CORES
Percepção
das cores
Cor pigmento
Cor luz
(luz branca)

Mistura
Aditiva
(cor luz)
Mistura
Subtrativa
(cor pigmento)

Método de Munsell
RGB
Red, Green &
Blue
CMYK
Cian, Magenta,
Yellow & Black
Atributos:
- Croma
- Saturação
- Valor (brilho)

RefletânciaRefletância
das Coresdas Cores

Modelo Espaço L*a*b (CIELAB)

Comparação
entre as
medições de
croma
maçã
limão

Valores dosValores dos TristTristíímulosmulos
“Os daltônicos tems daltônicos tem
cones defeituososcones defeituosos”” ”
Qual é a cor da capa?
Percepção das Cores
Curva de sensibilidade do olho humano

Reprodução de Cor
Luz natural Lâmpada incandescente
Lâmpada fluorescente Lâmpada vapor de
mercúrio
Índice de Reprodução de Cor - IRC
IRC = 100% IRC = 60 - 90%
IRC = 30 - 60% IRC = 30 - 60%

Reprodução de Cor
Aparência de cor TCC [K]
Fria (Branca-azulada) > 5.000
Intermediária (Branca) 3.300 - 5.000
Quente (branca-avermelhada) < 3.000
Cor da luz TC [K]
Vermelho 800 - 900
Amarelo 3.000
Branco 5.000
Azul 8.000 - 10.000
Temperatura de Cor [K]
Aparência de Cor

Reprodução de Cor
Aparência de cor da luz
Quente Intermediária Fria
< 500 agradável neutra fria
500 - 1.000
1.000 - 2.000 estimulante agradável neutra
2.000 - 3.000
> 3.000 inatural estimulante agradável
Iluminância [lux]
Iluminância X Aparência de Cor

Reprodução de Cor
Iluminância X Aparência de Cor

Luz, visão e comportamento
Extrato físico
Extrato fisiológico
Extrato psicosocial
Disponibilidade da luz
natural (iluminâncias e
luminâncias externas)
Níveis de
Iluminância
no interior
Permeabilidade
luminosa
(admissão da luz)
Aparência
visual
(percepção)
Nível de
adaptação
visual
Atitude
COMPORTAMENTO
Aproveitamento
efetivo da luz

Visão
abertura
diafragma
filmelente
pálpebra
córnea
íris
pupila Área foveal
(cones)
Área parafoveal
(bastonetes)
Área parafoveal
(bastonetes)
- foco distância lente – filme;
- abertura da lente controlada
fotômetro.
- formato do cristalino;
- abertura da pupila
controlada pela retina.

Campo visual
visão foveal
sobrancelhas
nariz e
bochechas

Visão
CÂMERA
Vê e registra a cena
OLHO
Vê e o cérebro percebe
e interpreta a cena:
- Memória
- Experiência
- Capacidade intelectual
Tendência à
complementação

Visão
As coisas que o nosso cérebro faz...!!!!
Se os seus olhos seguirem o movimento do ponto rotativo cor de
rosa, só verá uma cor: rosa. Se o seu olhar se detiver na cruz negra
do centro, o ponto rotativo muda para verde.
Agora, concentre-se na cruz do centro. Depois de um breve período
de tempo, todos os pontos cor de rosa desaparecerão e só verá um
único ponto verde girando.
É impressionante como o nosso cérebro trabalha. Na realidade não
há nenhum ponto verde, e os pontos cor de rosa não desaparecem.
Isto deveria ser prova suficiente de que nem sempre vemos o que
acreditamos ver...

Adaptação ao “brilho”
É a característica dominante da
visão humana
“processo pelo qual os olhos se
ajustam às condições de iluminação
variáveis”
(1) Resposta neural rápida;
(2) Resposta média através da pupila;
(3) Resposta lenta pela
produção/remoção de substâncias
fotoquímicas na retina
(a) Faixa de adaptação;
(b) Velocidade de adaptação.

Desempenho da Tarefa Visual
Os “4”
suficientes

LEVANTAMENTO DAS ILUMINÂNCIAS
)LC(.H
L.C
K
m ++++
====
Onde: L é a largura do ambiente, em metros [m];
C é o comprimento do ambiente, em metros [m];
Hm é a distância vertical entre a superfície de trabalho e o topo da
janela ou do plano das luminárias, em metros [m].
K No
de Pontos
K < 1 9
1 ≤ K < 2 16
2 ≤ K < 3 25
K ≥ 3 36
Malha de pontos

ANÁLISE DAS ILUMINÂNCIAS
Intervalo de iluminância Zona Classificação
<(70% EM – 50 lux) insuficiente ruim
(70% EM – 50 lux) a 70% EM transição inferior regular
70% EM a 130%EM suficiente aceitável
130%EM a 1.000 lux transição superior bom
> 1.000 lux excessiva ruim
Zoneamento de Iluminâncias

Diferença entre a
luminância (brilho) de um
objeto e a luminância do
entorno imediato deste
objeto.
CONTRASTE

OFUSCAMENTO
Quando o processo de
adaptação não
transcorre normalmente
devido a uma variação
muito grande da
iluminação, pode haver
uma perturbação,
desconforto ou perda de
visibilidade.

contraste saturação
OFUSCAMENTO
Tipo INABILITADOR, ou seja,impede a visão!!
Pode ocorrer por...

OFUSCAMENTO
Tipo PERTURBADOR ou DESCONFORTÁVEL, ou
seja, não impede a visão mas coloca o sistema
visual em esforço contínuo de ajuste (stress)
Pode ser caracterizado em
função de 4 parâmetros...
1) Luminância da
fonte;
2) Luminância do
fundo;
3) Tamanho aparente
fonte/fundo;
4) Direção de visão do
observador;

CONTROLE DE OFUSCAMENTO
Método Europeu
para controle de
ofuscamento
direto provocado
pelo sistema de
iluminação
artificial

ÍNDICES DE OFUSCAMENTO
A maioria dos índices de
baseia-se na Constante G
Ls - luminância da
fonte;
Lb - luminância do
fundo;
ωωωωs - tamanho
aparente da fonte;
f(ψψψψ) - função de
posição (P) que
representa a
influência da direção
de visão do
observador;






=
)(ψ
ω
fL
L
G g
b
f
s
e
s
e, f, g - coeficientes

Os índices mais usados foram obtidos para
fontes artificiais (pequenas dimensões):
- BRS ou BGI (1950);
- Cornell equation GI/DGI (1972);
- CIE Glare Index (1979);
- VCP: Visual Comfort Probability ();
- UGR: Unified Glare Rating (1992)

GI = 11,5 (< 21) GI = 27,5 (> 21)

A proposta mais recente (Energy & Buildings, 38 (2006), 743-757):
DGP – Daylighting Glare Probability
16,01log1018,91087,5 287,1
,
2
,25
+







++= ∑−−
i iV
isis
V
PE
L
xExDGP
ω
PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO

DGP
PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO
Persianas
horizontais
brancas
Persianas
horizontais
espelhadas
Persianas
verticais

ADAPTAÇÃO DA VISÃO
CORREDOR E SALA ARQ-07 (ARQUITETURA E URBANIMO) - MANH Ã
ABSTENÇÃOACIONAMENTOLEGENDA
PONTOS
0 Ev1 Ev2 Ev3 Ev4
cor.
cor.
porta
sl.
100
10
1000
10.000
100000
500
5.000
50.000 54% 46%

SALA 248 (CCE) - MANHÃ
PONTOS
0 Ev1 Ev2 Ev3 Ev4
cor.
cor.
porta
sl.
10
100
1000
10.000
500
5.000 21%
79%

CORREDOR E SALA 5A (NDI)
PONTOS
Ev1 Ev2 Ev3 Ev40
cor.
cor.
porta
sl.
10
100
1000
10.000
500
5.000 23%
77%

Desempenho Custo
Escolha do
equipamento
Lâmpadas
Luminárias
Instalações auxiliares
?

A iluminação incandescente resulta do aquecimento de um filamento até um valor
capaz de produzir irradiação na porção visível do espectro. O aquecimento se dá
pela passagem da corrente elétrica pelo filamento que está dentro de um bulbo
onde existe vácuo ou um meio gasoso apropriado (argônio e nitrogênio e em
alguns casos criptônio). Este filamento deve possuir um elevado ponto de fusão,
baixa pressão de vapor, alta resistência e ductibilidade (Tungstênio).
Lâmpadas Incandescentes
Incandescentes comuns Incandescentes refletoras

Incandescentes Halógenas
Vantagens
Desvantagens

“Estas lâmpadas não possuem filamento, a luz é produzida pela
excitação de um gás (pela passagem da corrente elétrica) contido entre
dois eletrodos. Esta excitação do gás contido no tubo de descarga
produz radiação ultravioleta que, ao atingir a superfície interna do
tubo, revestida por substâncias fluorescentes (geralmente cristais de
fósforo), é transformada em luz (radiação visível).”
Lâmpadas de descarga gasosa
Dispositivos Auxiliares
Efeito
estroboscópico

Lâmpadas fluorescentes
Vantagens
Desvantagens

Lâmpadas a Vapor Mercúrio
Vantagens
Desvantagens

Lâmpadas a Vapor de Sódio
Vantagens
Desvantagens

Lâmpadas a Vapor Metálico
Características

Temperatura de Cor
Temperatura de Cor
X
Nível de iluminamento

Luminária é toda aquela aparelhagem que serve para modificar
(controlar, distribuir e filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas:
desviá-lo para certas direções (defletores) ou reduzir a quantidade de luz
em certas direções para diminuir o ofuscamento (difusores).
Luminárias
Requisitos básicos:
Redimento

Classificação das Luminárias
Direta
Semi-Direta
Geral-Difusa
Semi-Indireta
Indireta

Um bom sistema de iluminação
Iluminação natural complementada com luz artificial;
Uso adequado de cores e criação dos contrastes;
Proporcionar um ambiente confortável com pouca fadiga,
monotonia e sem acidentes.
Iluminação geral
Distribuição regular das luminárias
garantindo um nível de
iluminamento uniforme sobre o
plano de trabalho.
Planejamento da Iluminação

Iluminação localizada
Concentra maior nível de
iluminação sobre a tarefa.
A iluminação geral é em torno de
50% da iluminação sobre a
tarefa.
Iluminação combinada
A iluminação geral é complementada com
focos de luz localizada.
A luz complementar é de 3 a 10 vezes
superior a iluminação geral.
Este tipo de iluminação é recomendada:
• E > 1000 lux;
• A tarefa exige luz dirigida;
• Existência de obstáculos dificultando a
propagação da iluminação geral
Planejamento da Iluminação

Iluminação Zenital (Iluminação de grandes áreas)
Iluminação Lateral
Iluminação Natural

Cálculo da iluminância interna
Métodos
Método ponto-a-ponto

Cálculo da iluminância interna
Método da Iluminância Média
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