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conforto ambiental

  1. 1. Fernando O. Ruttkay Pereira, PhD Professor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade Federal de Santa Catarina Conforto Ambiental: Iluminação
  2. 2. O ser humano e o seu entorno imediato Conforto Visual pode ser interpretado como uma recepção clara das mensagens visuais de um ambiente luminoso
  3. 3. 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
  4. 4. 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 Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?
  5. 5. Resposta visual relativa e supressão de Melatonina relativa em função da iluminância ao nível do olho (Lighting Research Center) Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?
  6. 6. Eficácia luminosa Fotópica, Scotópica e de supressão de Melatonina (Lighting Research Center) Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?
  7. 7. Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes? Para emocionar....
  8. 8. 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)
  9. 9. LUZ – A base física Teoria das Ondas PrincPrincíípios:pios: 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 produz uma sensação visual. Cristiaan Huygens (1629-1695)
  10. 10. LUZ – A base física Teoria Eletromagnética PrincPrincíípios:pios: 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 produz uma sensação visual. James Clerk Maxwell (1831-1879)
  11. 11. LUZ – A base física 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)
  12. 12. LUZ – A base física
  13. 13. LUZ – A base físicaEspectro Eletromagnético
  14. 14. LUZ – A base física
  15. 15. 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). LUZ – A base física “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
  16. 16. Grandezas Fotométricas
  17. 17. 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.
  18. 18. Grandezas Fotométricas “ é a parcela do fluxo radiante que gera uma resposta visual ” Fluxo luminoso - ΦΦΦΦ ( lumen [lm] )
  19. 19. Eficiência luminosa ( [lm/W] ) “ é a capacidade da fonte em converter potência em luz” Grandezas Fotométricas 2,8 lm1 W 73 lm1 W 430 lm1 W 683 lm1 W 220 lm1 W 25,9 lm1 W 0,3 lm1 W
  20. 20. Eficiência luminosa ( [lm/W] ) Grandezas Fotométricas 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
  21. 21. Intensidade luminosa ( candela [cd] ou [lm/sr] ) “ é a propagação da luz em uma dada direção dentro de um ângulo sólido unitário ” Grandezas Fotométricas 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 ”
  22. 22. Iluminância ( lumen/m2 ou lux [lx] ) “ é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área ” Grandezas Fotométricas 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
  23. 23. Representação de Iluminâncias: mapas Isolux
  24. 24. 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 Grandezas Fotométricas Superfície Difusa
  25. 25. 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 Grandezas Fotométricas
  26. 26. Representação de Luminâncias Foto com lente “olho-de-peixe” Luminancímetro
  27. 27. Grandezas Fotométricas 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 =
  28. 28. Grandezas Fotométricas 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
  29. 29. 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 Grandezas Fotométricas
  30. 30. 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 Grandezas Fotométricas
  31. 31. Lei do inverso doLei do inverso do quadrado da distânciaquadrado da distância Lei doLei do cossenocosseno Lei daLei da AditividadeAditividade Leis fundamentais da iluminação
  32. 32. IluminaIluminaçção produzida por fonte superficialão produzida por fonte superficial Leis fundamentais da iluminação ângulo sólido ) cos.cos. ( 2∑= D AL E fontefonte P θϖ
  33. 33. Refletância Absortância Transmitância Propriedades óticas dos materiais ρ + α + τ = 1
  34. 34. Propriedades óticas dos materiais
  35. 35. 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
  36. 36. LUZ Propriedades óticas dos envidraçados
  37. 37. LUZ Propriedades óticas dos envidraçados vista lateral planta
  38. 38. LUZ Propriedades óticas dos envidraçados
  39. 39. 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.”
  40. 40. Imitar a realidade (aparência verdadeira) COR grama roxa?? grama é verde!!
  41. 41. COR Imitar a realidade (aparência verdadeira)
  42. 42. Organizar e enfatizar as informações COR
  43. 43. Organizar e enfatizar as informações COR
  44. 44. Contrastes Cromáticos e de Brilho COR Contraste Cromático Alto Baixo Contraste de Brilho Alto Baixo
  45. 45. 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
  46. 46. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Percepção das cores Cor pigmento Cor luz (luz branca)
  47. 47. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Mistura Aditiva (cor luz) Mistura Subtrativa (cor pigmento)
  48. 48. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Método de Munsell RGB Red, Green & Blue CMYK Cian, Magenta, Yellow & Black Atributos: - Croma - Saturação - Valor (brilho)
  49. 49. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES RefletânciaRefletância das Coresdas Cores
  50. 50. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Modelo Espaço L*a*b (CIELAB)
  51. 51. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Comparação entre as medições de croma maçã limão
  52. 52. 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
  53. 53. 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%
  54. 54. 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
  55. 55. 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
  56. 56. Reprodução de Cor Iluminância X Aparência de Cor
  57. 57. 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
  58. 58. 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.
  59. 59. Campo visual visão foveal sobrancelhas nariz e bochechas
  60. 60. Visão CÂMERA Vê e registra a cena OLHO Vê e o cérebro percebe e interpreta a cena: - Memória - Experiência - Capacidade intelectual Tendência à complementação
  61. 61. Visão
  62. 62. Visão
  63. 63. Visão Contraste simultâneo
  64. 64. Visão
  65. 65. Visão
  66. 66. 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...
  67. 67. Visão
  68. 68. 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.
  69. 69. Desempenho da Tarefa Visual Os “4” suficientes
  70. 70. ILUMINÂNCIA
  71. 71. 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
  72. 72. 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
  73. 73. Diferença entre a luminância (brilho) de um objeto e a luminância do entorno imediato deste objeto. CONTRASTE
  74. 74. TAMANHO d D 1'tan d D ≤
  75. 75. 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.
  76. 76. contraste saturação OFUSCAMENTO Tipo INABILITADOR, ou seja,impede a visão!! Pode ocorrer por...
  77. 77. 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;
  78. 78. CONTROLE DE OFUSCAMENTO Método Europeu para controle de ofuscamento direto provocado pelo sistema de iluminação artificial
  79. 79. 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
  80. 80. ÍNDICES DE OFUSCAMENTO 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)
  81. 81. GI = 11,5 (< 21) GI = 27,5 (> 21) ÍNDICES DE OFUSCAMENTO
  82. 82. 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
  83. 83. DGP PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO Persianas horizontais brancas Persianas horizontais espelhadas Persianas verticais
  84. 84. 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%
  85. 85. ADAPTAÇÃO DA VISÃO SALA 248 (CCE) - MANHÃ ABSTENÇÃOACIONAMENTOLEGENDA PONTOS 0 Ev1 Ev2 Ev3 Ev4 cor. cor. porta sl. 10 100 1000 10.000 500 5.000 21% 79%
  86. 86. ADAPTAÇÃO DA VISÃO CORREDOR E SALA 5A (NDI) ABSTENÇÃOACIONAMENTOLEGENDA PONTOS Ev1 Ev2 Ev3 Ev40 cor. cor. porta sl. 10 100 1000 10.000 500 5.000 23% 77%
  87. 87. Desempenho Custo Escolha do equipamento Lâmpadas Luminárias Instalações auxiliares ?
  88. 88. Classificação das lâmpadas
  89. 89. 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
  90. 90. Incandescentes Halógenas Vantagens Desvantagens
  91. 91. “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
  92. 92. Lâmpadas fluorescentes Vantagens Desvantagens
  93. 93. Lâmpadas a Vapor Mercúrio Vantagens Desvantagens
  94. 94. Lâmpadas a Vapor de Sódio Vantagens Desvantagens
  95. 95. Lâmpadas a Vapor Metálico Características
  96. 96. Temperatura de Cor
  97. 97. Temperatura de Cor Temperatura de Cor X Nível de iluminamento
  98. 98. 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
  99. 99. Classificação das Luminárias Direta Semi-Direta Geral-Difusa Semi-Indireta Indireta
  100. 100. Encarte Fotométrico
  101. 101. 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
  102. 102. 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
  103. 103. Iluminação Zenital (Iluminação de grandes áreas) Iluminação Lateral Iluminação Natural
  104. 104. Cálculo da iluminância interna Métodos Método ponto-a-ponto
  105. 105. Cálculo da iluminância interna Método da Iluminância Média Roteiro Catálogo

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