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ANÁLISE EXPERIMENTAL DO IMPACTE DE
SOMBREAMENTOS INOVADORES NO CONFORTO
AMBIENTAL INTERIOR
Madalena Isabel Contente Calhau
Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em
Arquitetura
Orientadores: Doutora Maria da Glória de Almeida Gomes
Doutor António José Costa dos Santos
Júri Presidente: Professor Doutor Manuel de Arriaga Brito Correia Guedes
Vogais: Professora Doutora Ana Paula Filipe Tomé
Doutor António José Costa dos Santos
Outubro 2014
III
AGRADECIMENTOS
Este espaço é dedicado a todos aqueles que deram o seu contributo para a realização da presente
dissertação. A todos, deixo os mais sinceros agradecimentos.
Aos meus orientadores, Professora Dr.ª Maria da Glória Gomes e Dr.º António Santos pela
disponibilidade permanente, apoio, incentivo e preciosa transmissão de conhecimentos ao longo do
desenvolvimento da dissertação e da cuidada revisão da mesma.
Ao Eng. Pedro Ramos e ao Sr. Jorge Amaral por toda a ajuda e disponibilidade durante as
campanhas experimentais.
Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil pela criação de condições ao desenvolvimento deste
trabalho.
À Cruzfer pela disponibilização dos dispositivos de sombreamento estudados durante o trabalho
experimental.
À minha amiga Helga Prego pela ajuda no trabalho experimental, essencial para a finalização da
presente dissertação.
Finalmente, um agradecimento pessoal à família e amigos, por todo o apoio, paciência, compreensão
e amizade demonstrados ao longo destes anos.
V
RESUMO
O conforto ambiental interior é uma das condicionantes principais na conceção de novos espaços
habitáveis. Este está dependente de fatores como a temperatura e qualidade do ar, níveis de iluminação,
humidade relativa e fatores psicológicos, que podem ser influenciados e manipulados pelo arquiteto
através do correto dimensionamento do edificado e da escolha adequada dos materiais e soluções
tecnológicas constituintes do mesmo.
As áreas envidraçadas de uso cada vez mais frequente nas fachadas dos edifícios podem dar origem a
elevados consumos energéticos e a problemas de desconforto térmico e visual. De entre as estratégias
de construção sustentável para a redução dos consumos energéticos dos edifícios destaca-se a adoção
de dispositivos de sombreamento. No presente trabalho pretende-se analisar por via experimental o
impacte de dispositivos de sombreamento inovadores, em particular estores venezianos com lamelas de
dupla inclinação, no conforto dos espaços interiores.
O estudo experimental foi efetuado numa célula de teste situada no Laboratório Nacional de Engenharia
civil (LNEC) em dois períodos do ano correspondentes ao Solstícios de Verão e Equinócio de Outono.
Pretende-se com o presente trabalho aferir a influência das diferentes posições possíveis dos estores
venezianos de dupla inclinação instalados numa fachada de dupla pele, na qualidade da iluminação
natural interior. Para isso, foram realizadas medições das iluminâncias e irradiâncias em plano vertical e
horizontal ao longo do plano de trabalho, de temperaturas e humidade relativa exterior e interior e
determinadas as transmitâncias solares e visíveis dos elementos da fachada com as diferentes
configurações do estore veneziano.
PALAVRAS-CHAVE: conforto ambiental interior, iluminação natural, sombreamentos inovadores,
estores venezianos de dupla inclinação, análise experimental
VII
ABSTRACT
One of the main constraints in the conception of new livable spaces is the indoor comfort. This depends
on temperature and air quality, levels of lighting, relative humidity and psychological factors that can be
affected and manipulated by architects through the correct design of spaces and the rational choice of
materials and technological solutions.
The increasing use of glazing areas in the buildings envelope can lead to high energy consumption and
problems like visual and thermal discomfort. The use of shading devices stands out as a sustainable
design strategy to reduce energy consumption in the buildings. This study presents an experimental
analysis of the impact of innovative shading devices such as double oriented venetian blinds in the indoor
comfort.
The experimental campaign was carried out in an outdoor test cell in two times of the year corresponding
to summer solstice and autumn equinox. The purpose of the experimental study is to measure the impact
of different positions of double oriented venetian blinds installed in a double-skin façade, in the natural
lighting quality and thermal amplitude between the interior and exterior of the test cell. This includes the
measurement of, illuminances and irradiances along the working plane, indoor and outdoor temperatures
and relative humidity and the determination of solar and visible transmittance within the glazing system.
KEYWORDS: indoor comfort, natural lighting, innovative shading devices, double oriented
venetian blinds, experimental analysis
IX
ÍNDICE GERAL
Agradecimentos .................................................................................................................................. III
Resumo ................................................................................................................................................ V
Abstract .............................................................................................................................................. VII
Índice geral ......................................................................................................................................... IX
Índice de Tabelas ...............................................................................................................................XV
Símbolos e abreviaturas ..................................................................................................................XVII
Símbolos ......................................................................................................................................XVII
Unidades .................................................................................................................................... XVIII
Abreviaturas ............................................................................................................................... XVIII
Introdução ............................................................................................................................................ 1
1.1 Enquadramento do tema ......................................................................................................... 1
1.2 Âmbito, motivações e objetivos ............................................................................................... 2
1.3 Organização do trabalho ......................................................................................................... 2
Capítulo 1 ................................................................................................................................................ 5
1.4 Temperatura ............................................................................................................................ 6
1.4.1 Noções Físicas – Fenómenos de Transmissão de Calor.................................................... 6
1.4.2 Clima em Portugal e Conforto Térmico ............................................................................... 9
1.5 Radiação Solar ...................................................................................................................... 11
1.6 Radiação Visível - Iluminação ............................................................................................... 13
1.6.1 Noções Físicas .................................................................................................................. 14
1.6.2 Qualidade de Iluminação ................................................................................................... 16
1.6.3 Aspetos Fundamentais De Geometria Da Insolação ........................................................ 19
1.7 Arquitetura – organização espacial ......................................... Error! Bookmark not defined.
Capítulo 2 .............................................................................................................................................. 23
2.1 Breve Análise Histórica do Uso da Luz Natural na Arquitetura ............................................. 23
2.2 Sistemas de Iluminação Natural de Ambientes Interiores .................................................... 30
2.3 Dispositivos de Sombreamento na Arquitetura ..................................................................... 34
2.3.1 Funções, Tipos E Características Funcionais ................................................................... 35
X
2.3.2 Dispositivos de Sombreamento como Estratégia de Eficiência Energética e Melhoria das
Condições de Conforto Ambiental Interior ..................................................................................... 43
2.3.3 Exemplos de Dispositivos de Sombreamento Inovadores .. Error! Bookmark not defined.
Capítulo 3 .............................................................................................................................................. 47
3.1 Condições Exteriores ............................................................................................................ 51
3.2 Metodologia ........................................................................................................................... 52
3.2.1 Transmitância na Fachada de Dupla Pele ........................................................................ 57
3.3 Trabalho Experimental .......................................................................................................... 47
3.3.1 Caraterização Do Local ..................................................................................................... 47
3.3.2 Principais Características Do Dispositivo De Sombreamento .......................................... 49
3.3.3 Preparação da Monitorização ............................................................................................ 50
Capítulo 4 .............................................................................................................................................. 59
4.1 Avaliação sob Condições de Céu encoberto ........................................................................ 59
4.1.1 Transmitâncias Solar e Visível do Vão .............................................................................. 59
4.1.2 Fatores de Luz de Dia em Planos Horizontais de Referência .......................................... 60
4.2 Avaliação Sob Condições de Céu Limpo .............................................................................. 64
4.2.1 Transmitâncias Solar e Visível do Vão .............................................................................. 64
4.2.2 Iluminâncias Horizontais em pontos de referência no plano de trabalho.......................... 66
4.2.3 Irradiâncias Horizontais no Eixo Central Perpendicular ao vão ........................................ 71
4.2.4 Iluminâncias, Irradiâncias e FLD verticais ......................................................................... 75
4.2.5 Temperatura e humidade relativa...................................................................................... 76
Conclusões e Desenvolvimentos Futuros ......................................................................................... 81
Bibliografia e Referências...................................................................................................................... 85
ANEXO 1 ............................................................................................................................................... 91
ANEXO 2 ............................................................................................................................................... 95
ANEXO 3 ............................................................................................................................................. 101
ANEXO 4 ............................................................................................................................................. 105
ANEXO 5 ............................................................................................................................................. 109
Fichas de registo .......................................................................................................................... 109
XI
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 2.1 - Componentes de transmissão, reflexão e absorção da radiação incidente num elemento
semi-transparente. (Gomes, 2010) ....................................................................................................... 12
Fig. 2.2 – Declinação (Szokolay, 2007) ................................................................................................. 19
Fig. 2.3 – Representação da altitude, Azimute e Zénite ....................................................................... 20
Fig. 2.4 – Representação estereográfica para latitudes da Madeira e Açores ..................................... 21
Fig. 2.5 – Pavilhão de Portugal ............................................................... Error! Bookmark not defined.
Fig. 2.6 – Fundação Iberê Camargo ....................................................... Error! Bookmark not defined.
Fig. 3.1 – Representação esquemática. a) Panteão; b) Termas Romanas (Google imagens, 2014 -
editado) .................................................................................................................................................. 24
3.2 – Sé Velha de Coimbra (Google imagens, 2014) ........................................................................... 25
Fig. 3.3 – Basílica de Saint-Denis ......................................................................................................... 26
Fig. 3.4 – Mosteiro da Batalha (wikimedia, 2014) ................................................................................. 26
Fig. 3.5 – Cúpula da Igreja de Sant’Ivo alla Sapienza (1660) ............................................................... 27
Fig. 3.6 – Biblioteca do Palácio Nacional de Mafra (1717) ................................................................... 27
Fig. 3.7 – Arranha-Céus: a) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); b) Home Insurance
Building (1885) (wikipedia, 2014); c) Fig. 3.8 – IMB Building (1969) (wikipedia, 2014) ........................ 28
Fig. 3.9 – Convento Saint Marie de la Tourette .................................................................................... 29
Fig. 3.10 – Capela de Notre Dame du Haut .......................................................................................... 29
Fig. 3.11 – Farnsworth House (Planyourcity, 2014) .............................................................................. 29
Fig. 3.12 – Instituto do Mundo Árabe, Paris .......................................................................................... 30
Fig. 3.13 – Tipos de iluminação lateral (Egan, 2002) ............................................................................ 31
Fig. 3.14 – Exemplos de iluminação lateral: a) janelas a cota alta e a meia altura (Google imagens,
2014]); b) “fachada cortina” (Imagem da autora) .................................................................................. 31
Fig. 3.15 – Pala refletora de redireccionamento de luz (Santos, 2007) ................................................ 32
Fig. 3.16 – Sistemas de redireccionamento da luz natural. a) Palas refletoras; b) Distribuição da luz
natural (O’Conner, 1997) ....................................................................................................................... 32
Fig. 3.18 – Sistemas inovadores de luz natural: a) Sistema de canalização de luz (BAKER e
STEEMERS, 2002); b) Sistema Anidolico (Google imagens) ............................................................... 33
Fig. 3.17 – Estratégias de iluminação zenital ........................................................................................ 33
Fig. 3.19 – Sombreamento excessivo de edifícios próximos: a) Vista aérea de Nova Iorque (Google
imagens, 2014); b) Ilustração do efeito da obstrução solar de edifícios próximos (vitruvius, 2014) .... 35
Fig. 3.20 – a) Gráficos de distribuição de luz ( O’connol, 1997 - Editado); b)Ilustração esquemática
de palas horizontais (Szokolay, 2007) .................................................................................................. 36
Fig. 3.21 – Distribuição da luz natural com palas interiores (O’connol, 1997 - Editado) ...................... 36
Fig. 3.22 – Palas horizontais (Google imagens, 2014) ......................................................................... 37
Fig. 3.23 – Ilustração esquemática de palas verticais fixas e reguláveis (Szokolay, 2007) ................. 37
XII
Fig. 3.24 – Quebra-Sol vertical .............................................................................................................. 37
Fig. 3.25 – Unité D’habitatiom – varandas com combinação de quebra-sol vertical e horizontal
(archdaily, 2014) .................................................................................................................................... 37
Fig. 3.26 – Proteção solar através de toldo (Viqueira, 2005) ................................................................ 38
Fig. 3.27 – Grelha horizontal (colt-france, 2014) ................................................................................... 39
Fig. 3.28 – Palas combinadas ............................................................................................................... 39
Fig. 3.29 – Malha metálica: Estação de Entrecampos (skyscrapercity, 2014) ..................................... 39
Fig. 3.30 – Toldo .................................................................................................................................... 39
Fig. 3.31 – Portadas .............................................................................................................................. 42
Fig. 3.32 – Estores venezianos ............................................................................................................. 42
Fig. 3.33 – Tela de rolo combinada com persiana ................................................................................ 42
Fig. 3.34 – Cortina ................................................................................................................................. 42
Fig. 3.35 – Tipos de ventilação em fachadas de dupla pele (Gomes, 2010) ........................................ 45
Fig. 3.36 – Al Bahar Towers, Cook + Fox Architects (Google imagens, 2014)Error! Bookmark not
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Fig. 3.37 – Instituto do Mundo Árabe, Jean Nouvel (Google imagens, 2014)Error! Bookmark not
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Fig. 3.38 – Sede da Vodafone, Alexandre Burmester e José Gonçalves (skyscrapercity, 2014) .. Error!
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Fig. 3.39 – Edifício II do ISCTE, Raúl Hestnes Ferreira .......................... Error! Bookmark not defined.
Fig. 4.1 – Ilustração das medições das iluminâncias horizontais interiores: a) Posição dos sensoores;
b) Malha de pontos de registo das iluminâncias horizontais ................................................................. 54
Fig. 4.2 – Ilustração da medição das iluminâncias verticais (Santos, 2003) ........................................ 54
Fig. 4.3 – a) Ilustração do método de medição das transmitâncias com lâminas a 0º e 90º b) Método
de medição das transmitâncias com lâminas a 45º .............................................................................. 55
Fig. 4.4 – Ilustração da medição do FLD vertical ao nível dos olhos .................................................... 56
Fig. 4.5 – a) Localização da célula de teste (lnec, 2014) , b) Vista aérea da célula de teste (google
maps, 2014) ........................................................................................................................................... 47
Fig. 4.6 – a) Registo fotográfico da fachada da célula, b) Geometria da fachada da célula de teste
(Gomes, 2014) ....................................................................................................................................... 48
Fig. 4.7 – Ilustração das posições de estores analisadas: a) Sem Sombreamento; b) Lâminas
fechadas (90º); c) Lâminas com inclinação de 45º e fechadas (45º+90º); d) Lâminas com inclinação
de 0º e fechadas (0º+90º); e) Lâminas com inclinação de 45º; f) Lâminas com inclinação de 0º e 45º
(0º+45º); g) Lâminas com inclinação de 0º ........................................................................................... 50
Fig. 4.8 – Estores instalados na célula de teste: a) Cinza b) Brancos .................................................. 50
Fig. 5.1 – Sensores de Iluminâncias (luxímetros) e de Irradiâncias (piranómetros) instaldos de modo a
aferir as iluminâncias e irradiâncias verticais na face exterior do vão .................................................. 59
Fig. 5.2 – Transmitâncias visíveis no vão ............................................................................................. 60
Fig. 5.3 – Distribuição dos FLD sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza ........................................... 60
Fig, 5.4 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º ......... 61
XIII
Fig, 5.5 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º............ 61
Fig. 5.6 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 45º+90º; b) 90º ................................. 62
Fig. 5.7 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 45º+90º; b) 90º .................................... 62
Fig. 5.8 – Perfis do FLD medidos com e sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza ............................. 63
Fig. 5.9 – Transmitâncias visíveis no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono .................. 65
Fig, 5.10 – Transmitâncias solares no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono ................ 66
Fig, 5.11 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 9:00 TSV sem
sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de
Outono ................................................................................................................................................... 67
Fig. 5.12 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 81140 lux e 96920 lux................................ 67
Fig. 5.13 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 41820 lux 67490 lux. ............................. 67
Fig. 5.14 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 12:00 TSV sem
sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de
Outono ................................................................................................................................................... 68
Fig. 5.15 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Solstício de Verão às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 112610 lux e 116820 lux. ....................... 69
Fig. 5.16 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Equinócio de Outono às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 86120 lux e 88200 lux. ........................ 69
Fig. 5.17 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 15:00 TSV sem
sombreamento: a)Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de
Outono. .................................................................................................................................................. 70
Fig. 5.18 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Solstício de Verão às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 101700 lux e 110570 lux. ........................ 70
Fig. 5.19 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Equinócio de Outono às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 84700 lux e 82040 lux. ........................ 70
Fig. 5.20 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 671,1 W/m2 e 803,5 W/m2. ........................ 71
Fig. 5.21 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no
Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 440 W/m2 e 562,2 W/m2. ....................... 72
Fig. 5.22 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de
Verão, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 982,4 W/m2 e 1011,2 W/m2. ....................................... 73
Fig, 5.23 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de
Outono, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 776,8 W/m2 e 798,3 W/m2. ....................................... 73
Fig. 5.24 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de
Verão, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 976,4 W e 905,7 W/m2. .............................................. 74
Fig. 5.25 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de
Outono, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 747,1 W/m2 e 767,9 W/m2. ....................................... 74
XIV
Fig. 5.26 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b)
Sombreamentos cinza ........................................................................................................................... 75
Fig. 5.27 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b)
Sombreamentos cinza ........................................................................................................................... 75
Fig. 5.28 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) sem sombreamento: ..................................... 76
Fig. 5.29 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º ............................... 76
Fig. 5.30 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º+45º ........................ 77
Fig. 5.31 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º ............................. 77
Fig. 5.32 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b ) com sombreamento a 0º+90º ....................... 77
Fig. 5.33 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º+90º ...................... 78
Fig. 5.34 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento fechado (90º)º .............. 78
Fig. 5.35 – Diferença entre a temperatura interior e a temperatura ar-sol ............................................ 79
XV
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Temperatura de Conforto segundo a Norma ISSO 7730 ................................................... 10
Tabela 2 – Níveis mínimos de iluminância para cada tarefa segundo o EN 12464-1 (2011) ............... 18
Tabela 3 – Síntese de sombreamentos exteriores ............................................................................... 39
Tabela 4 – Síntese de sombreamentos no vão..................................................................................... 42
XVII
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
SÍMBOLOS
ALT (º) Altitude
AZI (º) Azimute
C J/K Capacidade térmica
C Contraste
CS (%) Coeficiente de sombreamento
DEC (º) Declinação
E (lux) Iluminância
E_ext (lux) Iluminância horizontal exterior desobstruída
E_int (lux) Iluminância horizontal interior no plano de trabalho
Ev_ext (lux) Iluminância vertical exterior total na face exterior
Ev_int (lux) Iluminância vertical interior
Ev_n (lux) Iluminância vertical nas faces dos elementos
Ev*_n (lux) Iluminância vertical ao nível dos olhos
FGTS Fator de ganho térmico solar
FLD (%) Fator de luz de dia
FLDm (%) Valor médio do Fator de luz de dia
H (º) Ângulo horário
Hr_ext (%) Humidade relativa exterior
Hr_int (%) Humidade relativa interior
I (cd) Intensidade luminosa
I_ext (W/m2) Irradiância horizontal exterior desobstruída
I_int (W/m2) Irradiância horizontal interior no plano de trabalho
Iv_ext (W/m2) Irradiância vertical exterior total na face exterior
Iv_int (W/m2) Irradiância vertical interior
Iv_n (W/m2) Irradiância vertical nas faces dos elementos
K (W/(m·K)) Coeficiente de condutibilidade térmica
L (cd/m2) Luminância
LAT (Ângulo) Latitude geográfica
Rad (W/m2) Radiação incidente
Ser (m2C/W) Resistência térmica superficial exterior
Tar-sol ºC Temperatura ar-sol
Tint ºC Temperatura interior
Text ºC Temperatura exterior
Unif. Uniformidade
ZEN (Ângulo) Zénite
XVIII
φ (lm) Fluxo luminoso
𝜏 (%) Transmitância
𝜏v (%) Transmitância visível
𝜏s (%) Transmitâcia solar
UNIDADES
cd candela
cd/m2 candela por metro quadrado
J/K joules por Kelvin
lm llumen
m metro
W/m2 Watt por metro quadrado
W/(m·K) Watt por metro por Kelvin
ºC Graus Celsius
% por cento
ABREVIATURAS
CIE Comissão Internacional em Iluminação
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil
TSV Tempo Solar Verdadeiro
RECS Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços
REH Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação
SCE Sistema de Certificação Energética dos Edifício
1
INTRODUÇÃO
ENQUADRAMENTO DO TEMA
O uso de grandes áreas envidraçadas tem vindo a ser cada vez mais frequente na construção de
novos edificados, desde o aparecimento deste material, aquando da revolução industrial no final do
século XIX, até aos projetos da arquitetura contemporânea. No entanto, as características do vidro
permitem uma grande transmissão da radiação solar e visível para o interior dos edifícios. Este facto
pode causar sobreaquecimentos e desconforto visual proveniente dos contrastes luminosos. Estes
contrastes são mais expressivos em dias de céu limpo, onde as iluminâncias exteriores chegam a ser
superiores a 100 000 lux.
Dentro do contexto da arquitetura sustentável, através da qual se procura reduzir os consumos
energéticos e tirar partido das condições exteriores para benefício do conforto interior, existem várias
soluções de projeto e uso de materiais que podem garantir o conforto interior através do controlo das
condições do local onde é implantado um projeto. Entre estas, destaca-se o uso de sombreamentos
como uma solução para controlo da radiação solar e visível e redução dos sobreaquecimentos,
principalmente em países como Portugal, onde a estação de arrefecimento é relativamente longa e
quente.
Podem-se enumerar variados tipos de sombreamento que reduzem a radiação transmitida para o
interior, sejam eles fixos, reguláveis, incorporados na construção ou instalados posteriormente.
Atualmente existe uma preocupação crescente com a eficiência destes sombreamentos e uma
tentativa de inovação de modo a conseguir maiores níveis de proteção, garantindo simultaneamente
a iluminação natural do espaço interior.
Os estores venezianos de dupla inclinação consistem num dispositivo de sombreamento inovador,
pela possibilidade de dupla inclinação das suas lamelas. Estes constituem uma variação de um dos
elementos mais utilizados na proteção solar e economicamente acessíveis (estores venezianos),
conseguem garantir maior interação dos ocupantes no seu controlo e um maior número de níveis
intermédios de iluminação, impedindo ao mesmo tempo os ganhos solares na estação de
arrefecimento. São estes os sombreamentos utilizados no presente estudo, que são analisados de
forma experimental, de modo a conhecer o impacte de sombreamentos inovadores no conforto
ambiental interior.
2
ÂMBITO, MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS
A dissertação desenvolvida insere-se no curriculum do Mestrado Integrado em Arquitetura, pós
Bolonha, lecionado no Instituto Superior Técnico.
A dissertação surgiu no seguimento de alguns temas abordados durante o curso, tais como conforto
térmico, conforto visual, história da arquitetura e impactes ambientais, e da necessidade emergente de
um conhecimento mais técnico por parte dos arquitetos, nomeadamente no que diz respeito à área de
estudo da física das construções, conseguindo assim tirar partido de forma mais eficiente dos materiais e
soluções de projeto adotadas.
Com o desenvolvimento deste trabalho pretende-se fornecer uma ferramenta útil, relativamente ao
conhecimento das características de sombreamentos inovadores como estores venezianos de dupla
inclinação, permitindo assim uma seleção crítica por parte dos engenheiros e arquitetos de
dispositivos de proteção solar através de critérios de iluminação, transmitâncias dos elementos,
temperaturas e humidades relativas. Como tal, este trabalho tem como objetivos:
conhecer as principais condicionantes do conforto ambiental interior e as características físicas
que as definem;
realizar uma análise histórica sobre uso da luz natural na arquitetura e da utilização de
sombreamentos de modo a garantir uma maior eficácia no sombreamento;
efetuar um levantamento dos sombreamentos tradicionais e inovadores existentes no mercado;
analisar critérios característicos deste tipo de sombreamentos, através de um estudo experimental,
nomeadamente no que diz respeito à influência da inclinação das lamelas de estores venezianos
de dupla inclinação nas condições de iluminação, de irradiação e de temperatura e humidade
relativa interiores
ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O presente trabalho encontra-se estruturado em seis partes com os seguintes conteúdos:
Introdução: Pretende-se enquadrar o tema da iluminação e climatização, da proteção solar através
de sombreamentos inovadores e da importância dos mesmos no campo de ação da arquitetura
sustentável e poupança energética, assim como apresentar o âmbito, motivação e objetivos, a que a
dissertação se propõe, e definir a sua organização.
Capítulo 1: Conforto Ambiental Interior nos Edifícios, pretende-se fornecer as noções físicas relativas
às principais condicionantes do conforto dos ocupantes no interior, como a temperatura, radiação
solar, radiação visível e geometria de insolação.
3
Capítulo 2: Utilização e Controlo da Luz Natural na Arquitetura, é feita uma análise histórica da
utilização da luz natural na arquitetura, uma exposição de diferentes técnicas de iluminação natural e
uma caracterização dos dispositivos de sombreamento tradicionais e inovadores.
Capítulo 3: Metodologia e Descrição do Trabalho Efetuado, são descritos os procedimentos
efetuados no trabalho experimental, baseados na metodologia de análise das condições de
iluminação de SANTOS (2003) e GOMES et al. (2014).
Capítulo 4: Apresentação e Discussão de Resultados, interpretam-se os resultados obtidos através
das campanhas experimentais realizadas e expõem-se as análises relativas à iluminação,
temperatura e humidade relativa aferidas no interior e no exterior da célula.
Conclusões: Apresenta-se um conjunto de conclusões referentes à eficiência dos dispositivos
estudados e propostas de desenvolvimentos futuros relativos à conclusão do estudo experimental.
5
Capítulo 1
CONFORTO AMBIENTAL INTERIOR NOS EDIFÍCIOS
A arquitetura está presente diariamente nas nossas vidas ainda que por vezes a sua influência seja
pouco valorizada. Tendo em conta que nascemos dentro de um ambiente construído, torna-se
essencial nas nossas vivências a existência de um local para habitar, trabalhar, e, no fundo, executar
a maioria das tarefas diárias de uma vida urbana.
A arte e técnica de criar espaços habitáveis pelo homem teve ao longo dos séculos variações quanto
ao estilo utilizado e às soluções construtivas adotadas, fruto do contexto social, económico, religioso,
político e tecnológico. Hoje em dia, além de uma forma de arte com a intenção de criar diferentes
emoções nos ocupantes do edifício, a arquitetura combina a técnica com a vertente criativa de
idealização de novos espaços construídos. Não menos importante que o impacte visual e sensorial
pretendido numa obra de arquitetura, a concretização de um projeto passa pela atenção tanto em
relação à sustentabilidade da construção em termos de poupança energética como a todas as
condicionantes relativas ao conforto ambiental de quem habita o edificado e a sua envolvente. Sendo
assim, o Homem deverá sempre ser o elemento fulcral de todos os projetos de arquitetura.
Dentro deste contexto pode definir-se conforto ambiental como a avaliação das exigências humanas
a nível fisiológico e psíquico de modo a que o esforço de adaptação e o consequente desconforto
sejam os menores possíveis. A nível fisiológico, a habitabilidade de um espaço depende das suas
características luminosas relacionadas com a atividade a ser realizada, da qualidade do ar, das suas
condições térmicas e de humidade relativas à estação do ano, além das condições acústicas e de
ventilação natural. Psiquicamente, os fatores anteriormente referidos também são relevantes pois
com a sua manipulação é possível criar diferentes ambientes e atmosferas capazes de despertar
emoções em quem habita o espaço (HOPKINSON et al., 1980). Sendo assim, o conforto deve-se não
só ao que é captado pelos sentidos mas também à forma como é avaliado pelo julgamento dos
ocupantes, ou seja, é uma interpretação sensorial dos estímulos físicos apresentados, o que faz com
que seja bastante subjetivo e não existam soluções técnicas perfeitas abrangentes a todos os casos
(VIANNA e GONÇALVES, 2001).
Uma das condicionantes do conforto interior é o clima predominante do local de implantação do
edifício – dependente da latitude, altitude, vegetação e acidentes geográficos e condicionantes
urbanas da envolvente. Relativamente ao clima, os fatores que condicionam os padrões de conforto
são a radiação solar direta e difusa, a temperatura e humidade relativa do ar, a temperatura radiante
média das paredes e tetos, o movimento do ar tendo em conta a direção, velocidade e frequência, e a
qualidade geral da luz e da sua distribuição no campo de visão.
É necessário também garantir um bom conforto acústico, relativo à manutenção de níveis de ruído no
interior dos edifícios aceitáveis para cada função do espaço, seja de trabalho ou durante as horas de
sono. Quando se trata de uma fonte externa, os problemas acústicos estão relacionados com o
isolamento. Quando, por sua vez, se pretende uma boa qualidade acústica dos espaços, considera-
6
se uma fonte de ruído interna e os problemas acústicos relacionam-se com a absorção dos materiais
de revestimento.
Na iluminação, pretende-se boas condições de visibilidade que podem ser quantificadas através dos
níveis de iluminâncias (E) e a sua distribuição pelo compartimento. Também se pretende minimizar os
problemas de encadeamentos e de excesso ou falta de contraste.
O papel dos arquitetos e engenheiros é criar soluções relativas à penetração e obstrução, no
ambiente interior, das fontes naturais exteriores de luz, temperatura e humidade, na tentativa de
equilibrar as condições naturais específicas do espaço de implantação do projeto com as
necessidades do usuário. Estas soluções podem ser conseguidas através da escolha de técnicas
construtivas e de materiais de isolamento térmico e restantes constituintes das paredes. É ainda
relevante a área de envidraçados, orientação das compartimentos e respetiva exposição e proteção
solar. Também é cada vez mais usual recorrer a soluções tecnológicas de modo a aumentar o
conforto interior e diminuir o consumo energético. O objetivo destas soluções é conseguir um maior
conforto ambiental interior, ao mesmo tempo maximiza as vantagens das grandes áreas
envidraçadas.
1.1 TEMPERATURA
A temperatura do ambiente é dos fatores que mais afetam o conforto interior de um espaço visto que
o facto de existir um ambiente excessivamente quente ou frio pode causar grande desconforto e até
mesmo ser causa do desenvolvimento de algumas patologias nos ocupantes. Um bom equilíbrio
térmico é fundamental para a execução de trabalhos intelectuais, ao nível da concentração, e físicos,
ao nível do rendimento muscular e cardiovascular. Além disso, permite um descanso efetivo nas
zonas de lazer e repouso, características dos espaços habitacionais.
O Sol é uma fonte de calor natural que se pode tornar excessiva nos meses de Verão, pelo que há
necessidade de construir barreiras térmicas no que diz respeito às edificações, conseguindo assim
um ambiente térmico aceitável sem pôr em causa a poupança energética que se revela como uma
preocupação constante nos dias que correm.
1.1.1 NOÇÕES FÍSICAS – FENÓMENOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
A transmissão de calor de um corpo para outro dá-se sempre que estes se encontrem a temperaturas
diferentes visto que há uma tendência natural para o equilíbrio. Define-se transmissão de calor como
o fenómeno de cessão de energia do corpo ou região com temperatura mais elevada para o de
temperatura mais baixa.
É fundamental ter em conta este fenómeno nos projetos de engenharia e arquitetura de modo a evitar
sobreaquecimentos e arrefecimentos e manter assim o conforto ambiental dos ocupantes dos
espaços projetados. Para tal, é necessário considerar as condições climáticas da região onde se
7
implanta o projeto, as soluções construtivas adotadas, área de envidraçados e até mesmo soluções
tecnológicas suplementares.
Em engenharia é importante definir o regime de transmissão – permanente ou transitório – de modo a
solucionar os problemas relacionados com este fenómeno. Para tal, há que ter em conta o fluxo de
calor, isto é, não a quantidade de calor trocada num processo mas sim a quantidade de calor trocada
num intervalo de tempo fixado anteriormente. Num regime estacionário, o fluxo de calor é constante
no interior da parede pois existe saturação térmica dos pontos, e a temperatura não se alterará, o que
significa que o fluxo que entra é igual ao que sai. Num regime transitório, o fluxo de calor varia nas
diferentes secções da parede o que faz com que o que entra seja diferente do fluxo que sai.
A nível físico, para entender os processos de transmissão de calor, temos que considerar a sua
relação direta com as leis da termodinâmica – ramo da física que estuda os efeitos da mudança de
temperatura, pressão e volume em sistemas físicos em escala macroscópica – pois estes processos
respeitam as leis da termodinâmica1.
O calor pode-se transmitir de três formas distintas: por condução, convecção e radiação. Estas
transferências têm a possibilidade de ocorrer em simultâneo, o que torna o solucionamento de
problemas por parte dos engenheiros e arquitetos, mais difícil, pelo que por vezes é vantajoso
desprezar um dos valores quando este é consideravelmente baixo.
1.1.1.1 CONDUÇÃO
A transmissão de calor por condução ocorre devido ao aumento da energia cinética proporcionado
por uma excitação térmica qualquer em determinada região do corpo. Este fenómeno ocorre devido a
uma reação em cadeia de choque entre os eletrões de maior energia com os de menor energia que
se verifica no interior do corpo. Há, portanto, um transporte de calor desde a região onde ocorre a
excitação até ao resto corpo.
Considerando a condução em regime estacionário, é importante referir que cada material constituinte
da parede faz com que a transmissão de calor se dê com um fluxo diferente. Isto deve-se ao facto de
cada material demonstrar uma oposição diferente à passagem do calor. Sendo assim, os materiais
são caracterizados pelo seu coeficiente de condutibilidade térmica (K) que quantifica a habilidade de
conduzir a energia térmica. Quanto maior o K de um material, maior facilidade de condução do calor,
logo, maior fluxo de calor (Lei de Fourier). Para além disso, também há que considerar que a maioria
das construções é construída por paredes heterogéneas, ou seja, constituídas por justaposição de
camadas de materiais diferentes que podem ser organizadas em série ou em paralelo.
1.1.1.2 CONVECÇÃO
1 Transmissão de Calor (Lei zero): Ocorre transferência de calor entre dois sistemas em contacto sempre que as suas
temperaturas tenham valores diferentes. Calor transmitido (2ª lei): O calor flui sempre do sistema mais quente para o mais frio, até estabelecer equilíbrio.
8
Ao contrário do fenómeno condução, onde só há transporte de calor de átomo para átomo, no
processo de convecção ocorre transporte de calor e de massa devido à diferença de densidade e à
ação da gravidade. A convecção ocorre maioritariamente em fluidos e dá-se através do movimento
dos mesmos, havendo transporte de matéria. Quando uma determinada massa de fluido sofre um
aquecimento, as suas moléculas têm tendência a afastar-se umas das outras, o que provoca uma
diminuição de massa volumétrica e aumento de volume. Esta massa de fluido tem tendência a subir
ao mesmo tempo que a camada mais fria e densa é desce por ação da força da gravidade. A
ocorrência sucessiva desta troca de massas cria as chamadas correntes de convecção que fazem
com que a temperatura tenda a se homogeneizar e o líquido fique todo aquecido por igual.
A convecção pode ser caraterizada como natural, quando é unicamente comandada pela diferença
de densidade entre as partículas, ou como forçada, quando é utilizada uma força mecânica para a
circulação de fluidos (ação do vento, ventilador, entre outros).
Tal como referido anteriormente, os fenómenos de convecção e condução podem ocorrer em
simultâneo. Exemplo disso, é o que ocorre numa parede onde se verifica o fenómeno da condução
entre a superfície da parede e existe, simultaneamente sobre a sua superfície interior e exterior
fenómeno de convecção com o fluido que com elas contacta, um filme – película fina do fluído em
questão que tende a ter espessura variável com a velocidade do fluido.
1.1.1.3 RADIAÇÃO
Ao processo de transmissão de calor de uma região para outra sem que seja necessário um meio
intermediário, dá-se o nome de radiação. Radiação define-se como a cedência de calor de uma fonte
quente a uma fonte fria sem que o espaço intermediário altere o seu estado térmico (ARAÚJO, 1978).
Qualquer corpo é capaz de emitir radiações eletromagnéticas quando se encontra na presença de
outro com temperatura diferente. Se estas radiações atravessarem um meio que lhes seja
transparente, continuarão sem alteração de trajetória ou comprimento de onda até encontrarem um
meio opaco, onde se consolidam. Durante este processo, ocorre uma redução de energia interior do
corpo emissor da radiação, que acaba por se extinguir a não ser que haja uma geração própria
causada por fonte interna como acontece no caso do sol.
O fenómeno da radiação é fundamental para a vida pois é através dele que a Terra é aquecida pelo
sol, criando assim condições únicas para a existência animal e vegetal. Parte do calor do corpo com
maior temperatura converte-se em energia radiante e chega ao corpo de menor temperatura, sendo
absorvido por este com uma proporção dependente das propriedades da superfície recetora, como a
emissividade1 e a absortividade2. A emissividade é uma propriedade fundamental para o
entendimento das condições da temperatura ambiental interior dos espaços construídos devido ao
facto de cada tipo de material e até mesmo o estado de conservação da superfície recetora ter uma
resposta diferente à mesma quantidade de radiação.
1Emissividade define-se como a capacidade relativa de um corpo de emitir radiação térmica 2Absortividade define-se como a capacidade relativa de um corpo de absorver radiação térmica
9
Quando expostas ao sol, as superfícies são representadas pela absortividade que define a
quantidade de radiação absorvida pelo corpo em relação à que é refletida. Esta depende do tipo de
material e da cor do revestimento do mesmo, sendo que quanto mais escura a cor da superfície,
maior a absortividade.
1.1.2 CLIMA EM PORTUGAL E CONFORTO TÉRMICO
O Clima de uma região ou local, definido pela média do conjunto de condições meteorológicas
registadas nesse local ou região num determinado intervalo de tempo, depende não só da
temperatura predominante (elemento mais importante), como da humidade do ar, precipitação,
pressão, etc. Este pode definir-se como o regime médio dos fenómenos meteorológicos, importantes
pela sua duração ou permanência, incluindo o comportamento médio dos oceanos, das grandes
massas de gelo, do estado da superfície do globo e das condições da cobertura vegetal do local em
causa (subsistemas que se encontram interligados e desencadeiam reações em cadeia) (PEIXOTO,
1987).
Fundamental para a ecologia global, o clima tem influência na distribuição geográficas das espécies
animais e vegetais, além de afetar o seu comportamento e características morfológicas. Também tem
um papel essencial na vida humana visto que cria condições para a sua existência na Terra e
condiciona a saúde, alimentação e bem-estar.
Os valores extremos da temperatura do ar condicionam a existência animal e vegetal na Terra. Este
elemento climático varia bastante durante o dia, atingindo o seu mínimo pouco antes do nascer do sol
e o máximo uma ou duas horas depois do meio-dia solar.
A variação dos valores de temperatura durante o dia denomina-se por amplitude térmica diária e
refere-se à diferença entre as temperaturas máxima e mínima registadas entre as 0h e as 24h do dia.
Esta tem maior expressão no Verão e depende do local e da nebulosidade do ar. A título de exemplo,
refere-se a amplitude térmica em locais tropicais e no deserto: a amplitude no verão tropical é quase
nula enquanto no deserto pode atingir os 25ºC com dias muito quentes e noites muito frias.
Os oceanos também têm grande importância no condicionamento do clima visto que a água tem um
calor específico1 quatro vezes superior ao do ar, o que faz com que tenha uma capacidade calorífica
mil vezes superior à da atmosfera (ALCOFORADO,1993). Esta característica confere uma função
reguladora do clima aos oceanos, aquecendo o ambiente no inverno com grandes massas de ar
quente e arrefecendo no verão, o que acontece em Portugal através da influência dos ventos de
Oeste. Por este motivo as cidade mais próximas do litoral, como é o caso de Lisboa, têm um
ambiente climático mais ameno com amplitudes térmicas diárias e anuais menores do que cidades
mais interiores.
Na cidade de Lisboa a amplitude térmica diária é mínima em Janeiro (1,1ºC), o mês mais frio do ano
com uma temperatura média de 10,6ºC e máxima em Agosto (17,7ºC), mês mais quente com
temperatura média de 22ºC. O período mais quente do ano ocorre entre 11 de Julho e 1 de
1Calor específico ou capacidade calorifica (C) define-se como a relação entre o calor recebido por um corpo e a variação de
temperatura verificada neste.
10
Setembro, com uma temperatura media, em geral, superior ou igual a 26ºC. O período com maior
frequência de temperaturas baixas, com uma média de temperaturas mínimas de cerca de 7ºC, é
curto, ocorrendo entre meados de Dezembro e o fim de Janeiro.
Quanto à insolação, segundo um estudo efetuado diariamente ao longo de quarenta anos, à latitude
de Lisboa, a insolação no topo da atmosfera atinge o seu máximo no mês de Junho. No entanto, a
radiação solar só atinge o máximo em Julho. A insolação é máxima no mês de Agosto e mínima no
mês de Janeiro (ALCOFORADO, 1993), embora em todos os meses do ano se verifique uma maior
percentagem de dias de céu limpo em relação aos de céu encoberto (com exceção de Janeiro, onde
as percentagens se aproximam).
Além dos elementos já referidos, o clima de um local ou região está igualmente dependente da
humidade da atmosfera, que corresponde à quantidade variável de vapor de água que aumenta com
a temperatura; da nebulosidade, maior sobre regiões oceânicas e costeiras; dos nevoeiros, que
variam em função da distância ao mar e da topografia; dos ventos e das trovoadas, mais frequentes
em latitudes baixas.
Quanto à classificação do clima, esta assenta em vários critérios com valores de referência,
nomeadamente o valor médio da temperatura do ar, a variação anual da temperatura, o valor médio
da humidade relativa do ar e o valor médio da quantidade de precipitação (R). Assim sendo, o
território português classifica-se como temperado (temperatura entre os 10ºC e 20ºC) ou frio (entre
0ºC e 10ºC) nas terras altas, moderado oceânico (variação de temperatura até 20ºC) no litoral centro,
seco (humidade inferior a 0,55) (ALCOFORADO, 1993).
Sendo o ser humano extremamente adaptável às condições que o rodeiam, os valores dentro dos
quais se verifica o conforto térmico é diferente para as estações de Verão e Inverno e para os
diferentes compartimentos onde decorrem determinadas atividades. Assim, os valores determinantes
do conforto, segundo a norma internacional ISO 7730 nas diferentes estações climáticas do ano são
os seguintes:
Tabela 1 – Temperatura de Conforto segundo a Norma ISSO 7730 (2005)
Além da norma anteriormente referida, existe ainda um documento normativo das condições de
conforto térmico (ASHRAE-55, 2004) representadas através de diagramas psicocrométicos. Esta é
adaptativa aos sistemas de climatização dos espaços e à temperatura média verificada no exterior.
Em Portugal, segundo MATIAS (2009), as temperaturas de preferência encontram-se no intervalo
entre os 17º (21,5 ± 4,5ºC) no Inverno e os 28ºC (24 ± 4ºC) no Verão. Tendo em conta os dados
climáticos característicos de Portugal e os valores referentes ao conforto térmico, é necessário tomar
medidas no que diz respeito à construção dos edifícios de modo a amenizar as condições exteriores
de forma sustentável e aumentar o conforto térmico interior. Com o objetivo de regularizar as
condições mínimas de conforto térmico, existe em vigor um instrumento legal que condiciona o modo
de construção e as soluções construtivas adotadas em Portugal, de forma a verificar as condições
mínimas exigidas, nomeadamente no que diz respeito ao isolamento térmico, materiais e organização
Estação do ano ºC Escritório ºC Auditório ºC Sala de aula
Inverno 22 ± 1 ºC 22 ± 2 ºC 22 ± 3 ºC
Verão 24,5 ± 1 ºC 24,5 ± 1,5 ºC 24,5 ± 2,5 ºC
11
espacial. O Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE) juntamente com o Regulamento
de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e o Regulamento de Desempenho
Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS), estabelecem valores de referência para as
necessidades de aquecimento e arrefecimento, cujo cumprimento é obrigatório.
1.2 RADIAÇÃO SOLAR
Entende-se como radiação a transmissão de energia efetuada através do espaço sem que haja um
meio material de propagação. Qualquer corpo com temperatura superior a 0ºC emite radiação, sendo
que a sua energia depende do comprimento de onda e da sua temperatura absoluta. O Sol é uma
fonte inesgotável de energia que fornece à superfície da terra, através da incidência de radiação, o
aumento da temperatura até aos valores toleráveis para sobrevivência dos ecossistemas e a
sensação de luz fundamental à vida humana.
O espectro da radiação eletromagnética é bastante abrangente, integrando os comprimentos de onda
desde os Raios Gama (comprimento de onda muito baixo) até às Ondas Rádio (comprimento de onde
muito alto). No entanto, a física das construções foca-se somente no intervalo de comprimentos entre
os 0,1µm e os 100 µm, considerado como radiação térmica, ou seja, a energia térmica transmitida por
um corpo (GOMES, 2010). Esta divide as radiações entre as de baixo comprimento de onda
(radiação solar), na gama do ultravioleta (~0,1 a 0,38µm) e do visível (~0,38 a 0,78µm) e as de
comprimento de onda alto, na gama do infravermelho (~0,78 a 100µm). A radiação solar é a principal
fonte de energia do planeta e chega a nós através de uma transmissão no vácuo com uma
velocidade de c=300.000 Km/s. A intensidade com que atinge uma superfície é dependente das
obstruções, condições climáticas e posição geográfica da mesma. A parte da radiação solar que não
se encontra na gama do visível, é responsável pelo aquecimento do ambiente através das reflexões
que ocorrem aquando do contacto da radiação com as diferentes superfícies (FROTA, 2004). A
radiação visível permite ainda ao olho humano a sensação de luz e cor, assunto que será
aprofundado na secção 2.3.
A radiação solar caracteriza-se por ser um sistema cíclico com variações periódicas que condiciona
as variações diurnas e estacionais das condições meteorológicas. Além disso é o elemento originário
do dia e da noite.
A superfície terrestre recebe a energia do Sol através de ondas, na forma de radiação direta e difusa.
A radiação direta atravessa a atmosfera com uma direção uniforme e é a proveniente diretamente do
Sol. Por consequência, a sua intensidade está dependente da posição Solar, diferindo ao longo do
dia e do ano. Esta parcela da radiação global só está presente em dias de céu limpo ou dias de céu
parcialmente encoberto, quando as nuvens não causam obstrução ao Sol. A componente difusa
consiste em várias reflexões da radiação ocorridas na atmosfera, poeiras, nuvens e objetos situados
na superfície terrestre como edifícios e pavimento (de notar que o albedo dos objetos é fundamental
para a quantidade de radiação refletida). Esta confere um carater uniforme à incidência de radiação,
nomeadamente no que diz respeito à distribuição luminosa (radiação na gama do visível).
12
A grandeza utilizada para quantificar a radiação incidente num ponto é a Irradiância (I) e consiste na
quantidade de fluxo radiante recebido por uma unidade de área numa determinada superfície, tendo
em conta todas as direções possíveis, ou seja, a quantidade de radiação que é recebida por uma
superfície. A unidade da irradiância é o Watt por metro quadrado (W/m2).
Incidindo num corpo, parte da energia da radiação incidente sofre absorção, outra reflexão e a
restante transmissão. Estes três comportamentos podem ocorrer em simultâneo, como acontece em
materiais como o vidro (Fig.2.1), em combinação de dois, ou, em certos casos, isoladamente:
Fig. 0.1 - Componentes de transmissão, reflexão e absorção da radiação incidente num elemento semi-transparente. (Gomes, 2010)
Reflexão
A reflexão da radiação solar consiste na mudança de direção da propagação de energia depois de
incidir numa superfície sem alteração das componentes que constituem a radiação, isto é, as
componentes com determinado comprimento de onda. Este fenómeno de reflexão ocorre devido à
tendência dos raios de regressarem ao meio de onde são procedentes e está intimamente ligado com
o tipo de superfície incidente (e a sua refletividade), o ângulo de incidência e a composição do
espectro eletromagnético. O comportamento refletivo da radiação tem duas regras fundamentais
onde se refere que o plano de incidência da radiação é sempre coincidente com o plano de reflexão
da mesma e que, a radiação, ao atingir a superfície será refletida para o seu meio de origem com o
mesmo ângulo relativamente à superfície. Deste modo, o ângulo de incidência é sempre igual ao de
reflexão.
Transmissão
Em materiais transparentes ou translúcidos, parte da luz com comprimento de onda específico que
atinge a superfície é transmitida através do material. A percentagem de luz transmitida é designada
como transmitância e está diretamente relacionada com a absortividade e com a refletividade –
percentagem de radiação absorvida e refletida, respetivamente. O vidro é um exemplo de material
que transmite quase a totalidade da radiação solar que não é refletida, ou seja, tem um transmitância
alta e uma absortividade baixa.
13
Absorção
Apresentados os conceitos anteriores, podemos definir a absorção como a fração da radiação solar
incidente num material que não é transmitida nem refletida. Isto significa que é absorvida e
transformada em energia térmica. A percentagem absorvida depende do ângulo de incidência e do
comprimento de onda da radiação incidente.
1.3 RADIAÇÃO VISÍVEL - ILUMINAÇÃO
A luz tem um papel fundamental na vida humana na medida em que é responsável, em parte, pelas
condições que possibilitam a existência das várias espécies animais e vegetais na Terra e tem a
capacidade de criar um ambiente que permite ao olho humano o reconhecimento da sua envolvente e
a consequente aptidão para a execução das funções diárias. Dentro do contexto da arquitetura, a luz
tem, entre outras qualidades, um efeito emocional visto que pode ser responsável pela criação de
várias atmosferas, confortáveis, aconchegantes, profissionais, alegres ou frias, consoante a
distribuição, temperatura e cor da luz incidente. A visão humana está adaptada à iluminação natural,
no entanto, com a evolução dos estudos relacionados com o tema, concluiu-se que diferentes tarefas
necessitam de diferentes níveis de iluminação, o que fez com que desde muito cedo houvesse uma
tentativa de manipulação da luz natural nos edifícios de modo a conseguir um maior conforto visual
na execução das várias tarefas diárias. Uma das razões da consagração e notoriedade dos mais
conhecidos arquitetos da história é, precisamente, a habilidade de dimensionar aberturas para o
exterior que permitem a perfeita convivência do espaço projetado com a luz que penetra pelas
fenestrações, formando um equilíbrio ambiental luminoso.
No entanto, sempre houve uma necessidade de obter uma boa iluminação depois do sol se pôr, o
que inicialmente foi conseguido através de velas e outros meios que se prendiam com a utilização do
fogo. Este facto modificou-se nos anos 30 e 40 do século XX, quando o desenvolvimento do
conhecimento da energia elétrica revolucionou a iluminação artificial e surgiram, consequentemente
problemas relacionados com os consumos energéticos. Desde então, de modo a diminuir estes
problemas, a iluminação natural nos edifícios sofreu grandes desenvolvimnentos, o que teve extrema
importância no aproveitamento da luz e calor do sol sem que se desenvolva um desconforto interior
criado pelo sobreaquecimento ou encadeamento dos ocupantes. A utilização de sombreamentos
ajustáveis ou estáticos é uma solução adotada nos edifícios para conseguir tirar partido do sol
somente quando a sua influência é vantajosa.
O conforto visual tem como requisitos básicos para a eficiência das tarefas executadas no espaço, a
intensidade da luz, distribuição, contraste e a restituição cromática. Além disso, para se obter uma
boa iluminação é necessário acrescentar outras variáveis, isto é, ter em conta a funcionalidade dos
espaços projetados, o ambiente desejado e os custos energéticos. Em ambientes de trabalho, uma
boa distribuição dos níveis de iluminância, aumenta a produtividade dos trabalhadores, o bem-estar e
a segurança no local de trabalho, o que tem influência na economia da empresa. A título de exemplo,
14
segundo a norma europeia1, os níveis médios de iluminância para as tarefas de leitura e escrita é de
500 lux. Em compartimentos que alberguem tarefas de mais minuciosas, como de desenho industrial,
o nível médio exigido é de 750 lux. A eficiência e funcionalidade da luz, combinados com a criação de
um ambiente visual agradável, nem sempre é garantido, o que por vezes faz com que o aspeto
quantitativo da luz do dia seja negligenciado e ocorram encadeamentos provenientes da exigência de
uma certa quantidade mínima de luz para dada tarefa. Por este motivo são usados métodos para
calcular as quantidades necessárias de luz e que dependem de dois fatores básicos que em conjunto
resolvem a maior parte dos problemas relacionados com o projeto de iluminação natural de um
edifício:
A iluminância, quantidade de luz incidente que é utilizada para avaliar a distribuição da luz natural
no interior dos edifícios em dias de céu limpo;
O Fator de Luz do Dia (FLD), medida da quantidade de luz natural qua alcança o plano de trabalho
em condições de céu encoberto. Este parâmetro consiste no quociente entre a iluminância interior
num determinado ponto do plano e a iluminância simultânea num ponto exterior desobstruído. O
FLD é dado pela seguinte expressão:
FLD= Eint
Eextx100, onde Eint: Iluminância interior num ponto do plano (lux)
Eext: Iluminância exterior simultânea;
O Nível de Encadeamento, medida dos fatores físicos que determinam o grau de desconforto por
encadeamento.
Assim, são necessários conhecimentos em áreas como a engenharia e arquitetura para estudar as
necessidades do homem e conseguir conjugar todos estes fatores como o objetivo de alcançar um
ambiente visual confortável que não interfira com conforto térmico e que seja sustentável ao nível da
poupança de energia elétrica.
1.3.1 NOÇÕES FÍSICAS
Para compreender a natureza da luz e a sua relação com a visão, é necessário conhecer o espectro
eletromagnético – conjunto de todas as ondas eletromagnéticas de diferente frequência e com
diferente comprimento de onda. Segundo HOPKINSON (1980) em termos puramente físicos, há
possibilidade de medir a luz sem auxílio dos órgãos visuais humanos. No entanto, sendo este
fenómeno uma manifestação da energia radiante visível, está intimamente relacionado com as
sensações humanas. A luz pode definir-se como uma forma de energia que se manifesta através da
radiação eletromagnética e se situa, no espectro, entre a radiação ultravioleta e a radiação
1 A norma europeia EN12464-1 (2011) define os requisitos mínimos de qualidade de iluminação em locais de trabalho.
15
infravermelha. De entre as formas de radiação já mencionadas, apenas a situada no comprimento de
onda entre os 380 e 780 nanómetros forma a parte visível do espectro e é definida como radiação
visível, - qualquer radiação capaz de produzir diretamente uma sensação visual – a referida luz.
O olho humano tem a capacidade de interpretar diferentes comprimentos de onda dentro da gama do
visível, passando do vermelho, pelo laranja, verde, azul, e violeta, à medida que o comprimento de
onda vai diminuindo. A radiação com comprimento de onda para além do violeta – mais alta
frequência na gama do visível – designa-se de ultravioleta e, embora seja invisível ao olho humano, a
exposição a esta pode provocar danos na visão e na pele como acontece nas queimaduras solares.
Do lado oposto do espetro, para além do vermelho – mais baixa frequência percetível – encontra-se a
radiação infravermelha que, embora seja também invisível ao olho, é detetada através do calor.
1.3.1.1 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E DE PERCEÇÃO VISUAL
Dentro do contexto científico de quantificação da iluminação, há conceitos básicos que são
fundamentais:
Fluxo luminoso (𝝋) – Energia radiante total emitida por uma fonte luminosa dentro dos
limites do percetível pelo olho humano. É medido através do ritmo de transferência de energia
relativamente ao efeito sobre o sentido visual. O fluxo luminoso, por si só não cria qualquer
estímulo visual. É necessário que o mesmo seja refletido pela superfície onde incide para
provocar uma resposta visual. A unidade para o fluxo luminoso no Sistema Internacional (SI)
é o lúmen (lm).
Iluminância (E) – Quantidade de luz ou fluxo luminoso que incide numa superfície ou área.
Esta grandeza relaciona o fluxo luminoso com a área.
A unidade para a iluminância é o lúmen/m2 ou lux (lx). Tendo em conta que o fluxo luminoso
não é distribuído uniformemente por todos os pontos da área, é frequente adotar-se um valor
médio de modo a verificar se este se encontra dentro dos valores limite de iluminância para
uma determinada tarefa.
Intensidade luminosa (I) – fluxo luminoso emitido na direção de determinado ponto. Visto
que uma fonte luminosa não irradia luz uniformemente em todas as direções, é necessário
aferir quantos Lumens são emitidos pela fonte luminosa através de medições nas direções
onde se deseja essa informação. A unidade da intensidade luminosa é a candela (cd).
Luminância (L) – Tendo em conta que os raios solares não são visíveis, a sensação de
iluminação é criada através da reflexão desses raios pela superfície onde incidem. A
luminância define a quantidade física de brilho, ou seja, o brilho que pode ser medido por
16
fotómetro. É a quantidade de luz emitida numa direção específica através de uma superfície
onde incide um certo fluxo luminoso. Sendo assim, a iluminância corresponde à luz incidente
e não visível e a luminância à luz refletida e visível. Tendo em conta que os objetos têm
diferentes capacidades de reflexão, caracterizados pelo seu coeficiente de reflexão, o mesmo
nível de iluminância pode criar diferentes luminâncias. Esta grandeza é expressa em cd/m2.
Contraste (C) – diferença relativa de luminâncias entre um determinado objeto e a sua
envolvente. A diferença de luminâncias é caracterizada pelo contraste de cor que permite ao
olho humano a perceção dos objetos.
1.3.2 QUALIDADE DE ILUMINAÇÃO
Uma boa iluminação está dependente, não só do nível mínimo de iluminâncias requeridas como
ainda das características visuais do indivíduo e das particularidades das tarefas a serem efetuadas.
Ou seja, uma boa iluminação depende do grau de precisão exigido em determinada tarefa, do
tamanho dos detalhes críticos, da distância a que estes são vistos e da velocidade a que se pretende
desenvolver a tarefa. Além disso também é necessário ter em conta fatores externos como a
luminosidade das tarefas provocada por reflexão e os contrastes existentes entre a envolvente e a
tarefa a ser desenvolvida.
1.3.2.1 VISÃO
Como referido anteriormente, a luz insere-se nos comprimentos de onda da energia radiante
percetíveis pelo olho humano. Ou seja, a luz é medida segundo a capacidade de produzir sensações
luminosas e visuais (Cit por VIANNA e GONÇALVES, 2001). Para entender o processo de visão é
necessário conhecer a anatomia e mecanismos de funcionamento do olho. Este órgão esférico que
tem a capacidade de sofrer rotações dentro da cavidade do crânio é responsável pela visão através
de centenas de milhões de nervos situados na retina que são sensíveis ao estímulo luminoso. A
retina, tecido nervoso presente no olho que recebe as impressões de luz é responsável pela
transformação da energia luminosa em impulsos nervosos ao cérebro. Este tecido é formado por
elementos fotorreceptores (cones e bastonetes) que, quando expostos à luz, geram impulsos
nervosos devido a um mecanismo eletroquímico desenvolvido no seu interior. A imagem visual
formada pela retina é invertida relativamente à realidade e é transmitida ao cérebro através do nervo
optico, onde sofre uma reinversão e é interpretada corretamente.
Os elementos fotorreceptores anteriormente referidos são diferentes entre si no que toca à sua
função, isto é, os cones são bastante sensíveis às cores e insensíveis à luz. São eles que permitem o
entendimento dos detalhes finos e a sensação de cor que se deve aos três tipos de cones existentes
na estrutura da retina, reagindo respetivamente à radiação vermelha, verde e azul. Os bastonetes,
situados na região periférica da retina, são mais numerosos e, sendo sensíveis à luz, são quase
17
insensíveis às cores. Para além dos cones e bastonetes, existe ainda na retina um grupo de células
ganglionares que reagem à luz e permitem a regulação do relógio biológico às 24 horas do dia.
A capacidade de visão do olho é extremamente adaptável a vários níveis de iluminação, funcionando
entre os limites de iluminâncias superiores a 100 000 lux e 1 lux, desde a luz proveniente diretamente
do sol (radiação direta), que se enquadra nos níveis mais elevados de iluminâncias, até à luz de uma
noite de lua cheia que se encontra, aproximadamente nos 0,25 lux. Este processo acontece através
do ajustamento da iris de forma a alterar o tamanho da pupila (órgão recetor da luz), da adaptação da
sensibilidade dos nervos da retina e da adaptação da composição química dos pigmentos
fotossensíveis. A grande capacidade de adaptação resulta no encandeamento quando se verifica um
contraste excessivo entre um objeto e o que o envolve, o que se deve ao facto do olho não se
conseguir adaptar a duas situações distintas simultaneamente, o que provoca desconforto.
No entanto, o encandeamento não se deve somente a questões fisiológicas mas também ao fator
psicológico do desconforto visual. Este pode ocorrer pela visão direta de uma fonte de luz ou
indiretamente, através de reflexões, sendo que em ambos os casos existe um contraste excessivo
com a envolvente. No encandeamento fisiológico, ocorre um impedimento da visão sem que haja,
necessariamente incómodo. No encandeamento psicológico ocorre o processo contrário, ou seja,
existe um desconforto visual sem que haja, necessariamente, impedimento da visão. O
encadeamento é, portanto, uma fator fundamental a ter em conta na qualidade da iluminação, embora
seja de difícil quantificação. Este pode interferir violentamente na comunicação visual, causando
fadiga dos órgãos e dificultando a mensagem visual. Quanto a estratégias de construção que
previnam este fenómeno, é eficiente e energeticamente sustentável a adoção de elementos de
controlo da entrada da luz natural, nomeadamente sombreamentos exteriores ou interiores, o
posicionamento das entradas de luz fora do ângulo de visão do utilizador e a projeção das fachadas
de modo a que estas não se encontrem a Norte combinadas com paredes de cor escura.
1.3.2.2 NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO E CONTRASTE
De forma a obter-se uma boa iluminação num espaço interior há que ter em conta os níveis de
iluminância apropriados para a tarefa a ser efetuada, o brilho, os contrastes de luminâncias entre
objetos próximos de modo a evitar encandeamentos e a distribuição espacial da luz de modo a obter
uma atmosfera harmoniosa. Estes fatores são fundamentais no conforto visual dos ocupantes, além
de influenciarem a saúde, a capacidade de execução das tarefas desejadas, o humor e o bem-estar
geral.
Os níveis de iluminâncias devem ser elevados o suficiente para permitir o desempenho visual
desejado porém, estudos comprovam que o aumento do nível de iluminância além do necessário, não
aumenta a qualidade de iluminação, podendo apenas provocar desconforto por encandeamento ou
excesso de brilho. A idade é um aspeto importante na determinação do nível de iluminâncias pois
estudos comprovam que com o avançar da idade ocorre um envelhecimento dos tecidos que provoca
um endurecimento e amarelecimento dos tecidos oculares, resultando numa redução da capacidade
18
de adaptação1 do olho e da acuidade2 e sensibilidade ao contraste. Este envelhecimento implica uma
necessidade de luz para desempenho de uma dada tarefa com o mesmo nível de conforto e eficácia
cerca de quinze vezes superior para uma pessoa de sessenta anos relativamente a uma pessoa de
dez. De um modo geral, a quantidade de luz necessária deverá ser maior quanto maior for a rapidez
da informação recolhida e menor a dimensão do objeto observado.
O contraste dos níveis de iluminação dentro de um espaço interior também é bastante importante na
medida em que quando este é demasiado baixo, o campo de visão torna-se muito homogéneo do
ponto de vista cromático, o que diminui os pontos de interesse e a capacidade de atenção do
ocupante. No extremo oposto, quando os níveis de contraste são demasiado elevados, acontece o
fenómeno anteriormente referido de incapacidade de adaptação a dois níveis de iluminância distintos.
A relação ideal dentro de um espaço interior entre a maior e menor luminância é de aproximadamente
1/3 (VIANNA e GONÇALVES, 2001). Os níveis de E (iluminância) adequados para cada situação são
baseados em estudos científicos e análises empíricas da acuidade visual. Estes não estão
necessariamente relacionados com a uniformidade da distribuição luminosa ou da sua intensidade. A
solução para uma boa iluminação é bastante abrangente uma vez que é necessário ter uma
abordagem global do problema, sempre com a consciência de que o ponto central é o Homem e o
seu bem-estar.
De modo a uniformizar e legislar os níveis mínimos de luz exigidos em determinados locais, há
regulamentos em vigor que devem ser cumpridos aquando da construção de um espaço.
Relativamente a Portugal, utiliza-se o Modelo Europeu EN 12464-1 (2011) para locais de trabalho,
especificado pelo CEN (Comité Europeu de Normalização). Este modelo, ativo desde 2011 legisla
não só os níveis de iluminância (Em), como de uniformidade, restrição de brilhos e restrição
cromática.
Área de interior, tarefa ou atividade Em (lux)
Escrita, leitura, tratamento de dados 500
Desenho técnico
Desenho assistido por computador (CAD)
Desempenho do trabalho, fotocópia
750
500
300
Corredores 200
Tabela 2 – Níveis mínimos de iluminância para cada tarefa segundo o EN 12464-1 (2011)
1 Entende-se como adaptação, a capacidade de alguns seres vivos de sofrerem modificações fisiológicas em resposta
adequada às variáveis ambientais. 2 Entende-se como acuidade visual a capacidade do olho reconhecer pontos muito próximos como elementos separados.
Corresponde à nitidez da imagem recolhida através do olhar.
19
1.3.3 ASPETOS FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO
O planeta Terra possui um volume quase esférico com um diâmetro de aproximadamente 12 700 Km.
Este desenvolve movimentos de rotação em torno de si próprio e de translação em torno de sol,
estrela que se encontra a uma distância de aproximadamente 150 000 000 km. Estes movimentos
resultam, respetivamente, na ocorrência das 24 horas do dia e dos 365 dias do ano. Na realidade, a
Terra demora 365,24 dias a fazer a translação completa em torno do sol, o que é ajustado em termos
de calendário, acrescentando um dia ao mês de Fevereiro a cada quatro anos, no chamado ano
bissexto.
Existem vários conceitos relativos à geometria de insolação que ajudam a compreender as condições
de interação do Sol com a Terra e a sua posição aparente de modo a precisar de forma mais eficaz
as necessidades de sombreamento para cada local do globo, nomeadamente as coordenadas
solares:
Latitude Geográfica (LAT): Ângulo formado entre o plano do equador e a linha que faz a ligação
entre o centro da Terra e o ponto a considerar. A latitude do equador é de 0º, enquanto a do Polo
Norte é de 90º e a do Pólo Sul de -90º.
Longitude Geográfica: Ângulo formado ao longo do equador, entre o plano convencionado como
referência, o meridiano de Greenwich (ângulo 0º) e o meridiano do ponto a considerar. A longitude
pode variar entre os -180º a Oeste e os 180 a Este do meridiano de referência. É através deste
sistema que se estipulam as diferenças de fuso horário que variam entre as -12h a Oeste e as +12h a
Este.
Tendo em conta que Lisboa se encontra no meridiano de Greenwich, a sua hora local corresponde à
hora universal através da qual se obtêm as horas locais dos restantes fusos horários.
Declinação: O plano da órbita da Terra em torno do sol é denominado de plano da eclíptica. É sabido
que o eixo de rotação da Terra não está alinhado com a sua normal, sendo que tem um ângulo de
23.45º. A declinação (DEC) refere-se ao ângulo formado entre o plano equatorial e o eclíptico e varia
entre os 23.45º no Solstício de Verão (21 de Junho) e os -23.45º no Solstício de Inverno (22 de
Dezembro) do Hemisfério Norte. Os ângulos são medidos tendo como referência o plano do equador
(ângulo 0º), e considerando os ângulos positivos como os que se encontram a Norte do equador e os
negativos, os que se encontram a Sul do mesmo. (Fig. 2.2)
Os dias em que o plano da eclíptica se encontra em linha com o equatorial correspondem à DEC=0º
e denominam-se de equinócio (ocorrem aproximadamente a 22 de Março e 21 de Setembro).
Fig. 0.2 – Declinação (Szokolay, 2007)
20
Embora seja do conhecimento geral que a Terra tem uma forma esférica, em termos práticos, torna-
se mais eficaz considerar o horizonte próximo do ponto que se pretende estudar como plano e o céu
como um hemisfério semicircular. Sendo assim, é possível determinar a posição do Sol através de
vários ângulos e definir medidas e intervalos de tempo, considerando o movimento do mesmo:
Altitude (ALT): Ângulo formado entre a linha que une o sol ao ponto em questão e o plano horizontal.
Azimute (AZI): Ângulo formado, no plano horizontal, entre o Norte geográfico e a posição do sol,
considerando o sentido dos ponteiros do relógio (Este=90º, Sul=180º, Oeste=270º).
Zénite (ZEN): Ângulo formado entre a linha que une o sol ao ponto em questão e o eixo vertical. Este
ângulo é complementar da altitude e pode ser definido em termos da mesma: ZEN=90º-ALT (Fig.
2.3).
Fig. 0.3 – Representação da altitude, Azimute e Zénite
(Szokolay, 2007)
Ângulo horário (HRA): Distância angular medida no plano da trajetória solar aparente relativa ao
ponto estudado, entre a posição solar a uma determinada altura do dia e a sua posição ao meio-dia
solar. Tendo em conta que o meio-dia solar corresponde ao ângulo 0º, consideram-se negativos os
ângulos correspondentes às horas da manhã e positivos os correspondentes às horas da tarde. Esta
grandeza expressa a altura do dia em função do meio-dia solar e considera uma diferença de 15º por
cada hora (360º/24h=15º/h) : HRA=15 x (h-12), ou seja, à 9 horas o ângulo solar é de HRA= 15 x (9-
12)= -45º.
Dia Sideral: Medida do tempo em consideração com a posição relativa das estrelas. Corresponde ao
intervalo de tempo percorrido entre duas passagens sucessivas do ponto 𝛾 (ponto de interceção do
equador com a eclíptica) pelo meridiano do local.
Dia solar aparente: Intervalo de tempo entre duas passagens do Sol pelo Meridiano do local. O dia
solar aparente é maior que o dia Sideral cerca de 4 minutos devido ao movimento de translação da
Terra que é de aproximadamente 1º (4 minutos) por dia.
Tempo Solar verdadeiro: Valor usado habitualmente em estudos relacionados com o sol que é dado
pelo movimento aparente do sol ao longo do dia e que está relacionado com o Dia Solar aparente.
Este pode ser medido através de um relógio de sol e corresponde ao ângulo horário do centro do sol.
21
O tempo solar verdadeiro é diferente para cada zona do globo, consoante o seu zénite, e para cada
dia do ano, devido ao movimento de translação.
Os fusos horários de cada local são convencionados de modo a existir uma proximidade com o tempo
solar verdadeiro, existindo um ajuste de uma hora por cada 15º de longitude.
Meio-dia Solar: Momento em que o sol cruza o meridiano do local. O meio-dia solar apenas coincide
com o meio-dia do tempo local na longitude de referência do fuso horário local.
1.3.3.1 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA
O movimento diurno do Sol é de Este para Oeste pois é reflexo do movimento de rotação da Terra
que se verifica de Oeste para Este. No entanto, a trajetória aparente do Sol está também relacionada
com a latitude do ponto do globo onde se encontra o observador e da altura do ano. Para o
hemisfério Norte, durante o equinócio, o Sol nasce aparentemente a Este às 6h e põe-se a Oeste as
18h. O meio-dia solar atinge a altitude de 90º-LAT, posição onde o zénite coincide com o valor da
latitude. Sendo assim, no equador o meio-dia solar verifica-se quando o sol faz um ângulo aparente
de 90º com a superfície terrestre e nos polos, a trajetória coincide com a linha do horizonte.
No Solstício de Verão, o Sol nasce a Nordeste e no Solstício de Inverno nasce a Sudoeste. No
entanto, tanto o azimute como a hora exata do nascer do Sol dependem da latitude do local. Embora
o Sol tome posições diferentes ao longo do ano, é de notar que a sua trajetória no Solstício de
Inverno e de Verão é paralela à do equinócio, mas com a respetiva deslocação a Norte e Sul.
De forma a representar no plano horizontal, o hemisfério de três dimensões do céu, existem vários
tipos de diagramas que expressam a trajetória solar ao longo do ano: Diagramas solares, projeções
verticais e a projeção gnomónica ou central.
Estes métodos de representação, exemplificados na Fig. 2.4, dão diferentes perspetivas da
interpretação da volumetria da Terra e têm em comum a utilização de uma linha na reprodução do
caminho efetuado pelo Sol. O mais utilizado é a projeção estereográfica que consiste numa
representação radial cujo centro teórico é o ponto nadir (ponto inferior da esfera celeste). Este gráfico
solar é o método mais usado e pode ser desenvolvido para qualquer latitude. Na representação
gráfica estão sempre presentes as linhas correspondentes ao equinócio, Solstício de Verão e Inverno,
no entanto, as linhas intermédias são escolhidas arbitrariamente.
Fig. 0.4 – Representação estereográfica para latitudes da Madeira e Açores(slideplayer, 2014)
23
Capítulo 2
UTILIZAÇÃO E CONTROLO DA LUZ NATURAL NA ARQUITETURA
2.1 BREVE ANÁLISE HISTÓRICA DO USO DA LUZ NATURAL NA ARQUITETURA
A luz apresenta um papel fundamental na vida humana visto que o homem é totalmente dependente
da desta, sendo 70% da sua perceção de carácter visual. A iluminação natural dos espaços interiores
é de uma importância relevante no projeto e organização de áreas habitáveis pelo homem tanto no
acréscimo do conforto interior dos ocupantes como na criação de diferentes sensações. No entanto, a
sua utilização pode ter passado despercebida em certos momentos da história, visto tratar-se de algo
natural e presente na vida, o que não impede que a luz seja utilizada de diferentes formas. A
arquitetura caracteriza-se por ser uma síntese e um reflexo imediato da cultura, técnica, politica e
economia presentes numa sociedade. Enquanto arte, realiza-se como uma expressão do espírito
humano que se concretiza no tratamento da luz e os seus componentes: cor, forma e vazios da
mesma. A análise histórica do uso da luz na arquitetura revela a sociedade e valores de cada época,
o desenvolvimento tecnológico e a forma de pensamento do homem.
A utilização de fenestrações no edificado na tentativa de atingir variados objetivos remete para os
primórdios da arquitetura, nas civilizações egípcias, gregas e romanas. A iluminação natural foi usada
nestas civilizações com o objetivo de criar cenários dramáticos, começando por ser utilizada nos
edifícios religiosos e conseguir, em simultâneo, conforto ambiental interior.
Os egípcios utilizavam pequenas aberturas nos locais de culto dos Deuses para a entrada de luz de
modo a evitar o sobreaquecimento com a entrada excessiva de calor e ao mesmo tempo criar um
ambiente místico com pouca iluminação. Nas suas construções monumentais criavam percursos de
aproximação às divindades e à purificação dos crentes que consistiam na passagem por pátios
luminosos a salas obscuras até à chegada ao sacrário, como acontece no templo rupestre de
Ramsés II. Além disso, na civilização do antigo Egipto, existia um grande culto ao Sol pelo que eram
construídos obeliscos, símbolos decorativos feitos em pedra que tinham como única função receber a
luz do sol e projetar a sombra na montanha, delineando os raios solares e recordando assim a
criação do Universo que o sol renova a cada dia que nasce. De referir que durante vários séculos, as
primeiras inovações arquitetónicas em termos de estilos e soluções construtivas foram sempre
empregues originalmente na arquitetura religiosa visto esta ser considerada, durante vários séculos, o
maior símbolo de poder de uma civilização. Estas inovações podiam ou não expandir-se para a
arquitetura civil.
Os gregos, mais uma vez, começaram por utilizar a luz na arquitetura religiosa, voltando o único vão
dos templos construídos na acrópole para Nascente de modo a que as figuras dos Deuses
recebessem os primeiros raios solares do dia. O seu conceito de espaço estava relacionado com a
articulação das superfícies exteriores e dos volumes expostos à luz. Exemplo disso são as grandes
24
composições de colunas colocadas no exterior dos templos que se dispunham sob a luz do sol,
criando vários efeitos de luz e sombra. A arquitetura clássica, de formas simples e maciças com
pequenas e bem localizadas aberturas proporciona o tratamento da luz como algo precioso e
perigoso. O controlo da radiação solar, que se caracteriza como quente e intensa em climas quentes
como o Egípcio, Grego e Romano, possibilita a criação de um espaço interior agradável e de
condições favoráveis ao desenvolvimento das atividades humanas.
Na arquitetura romana insere-se um novo conceito de construção, com o aparecimento do betão e
das formas mais curvilíneas, nomeadamente na icónica abóbada que é pela primeira vez utilizada
pela civilização romana no topo da parte cilíndrica do Panteão (Fig. 3.1 a)), templo sagrado que
realiza a nova tradição arquitetónica romana da unidade formal central. É pela primeira vez utilizada a
luz zenital no topo da abóbada com o objetivo de cancelar o efeito de contraste no interior que se
verifica devido à abertura de nichos na cobertura que surgem de modo a eliminar algumas cargas
inertes. É também na arquitetura romana que se implementa a construção de termas públicas (Fig.
3.1 b)), sobretudo as do tipo monumental que se fixam no século II, aquando da construção das
grandes implantações civilizacionais. Sendo necessário recorrer a um esquema organizado para que
os banhos fiquem alinhados segundo o calor crescente das águas das piscinas ao longo do eixo
central, a disposição dos espaços interiores tinha em consideração a posição solar de modo a tirar
maior partido do aquecimento nos locais de maior exposição. Assim sendo, o Calidarium era
orientado a Sul e configurava um volume que ultrapassava o perímetro do corpo do edifício de modo
a obter uma maior exposição solar e, consequentemente, mais calor. As restantes divisões que
albergavam piscinas com águas gradualmente mais frias dispunham-se sucessivamente com menos
aberturas para o exterior e em direção a Norte.
Fig. 2.1 – Representação esquemática. a) Panteão; b) Termas Romanas (Google imagens, 2014 - editado)
No século X surge um estilo arquitetónico cujas principais características construtivas têm como
objetivo a proteção contra os ataques inimigos e cujo nome tem como referência as semelhanças
com a arquitetura romana: o românico.
Nichos
Óculo
Cúpula
Pórtico Rotunda
Calidarium
Laconicum Apodyterium
Frigidarium Tepidarium Hypocaustum
a) b)
25
A igreja românica, denominada como “fortaleza de Deus” caracteriza-se pela sua robustez, tamanho,
austeridade e solidez, o que se deve ao facto de ser fruto de um estilo clerical, ao contrário das
anteriores que se enquadravam no gosto refinado da nobreza. O culto religioso é visto agora como
um ritual de reflexão e oração individual, pelo que é necessário um ambiente mais protegido e sereno
onde a luz natural não é pretendida em grande quantidade no interior das igrejas. Em termos
construtivos, existe na época do românico falta de soluções estruturais que possibilitem grandes
aberturas nas fachadas. Em toda a construção românica é comum a utilização da pedra com recurso
às abóbadas em substituição dos telhados das basílicas, os pilares fortes e maciços e as paredes
espessas com aberturas raras e estreitas que funcionam como janelas e que dão um carácter de
opacidade às suas igrejas. Em Portugal, uma das construções mais importantes da época românica é
a Sé Velha de Coimbra (Fig. 3.2) que permanece relativamente intacta até aos dias de hoje. O seu
exterior é austero, fazendo lembrar a aparência de um castelo e a fachada é caracterizada pelas
escassas aberturas, os contrafortes construídos nos cantos e o volume da torre central que se
destaca pelo seu janelão.
Já na arquitetura gótica, cujo aparecimento se deu no século XII com as primeiras construções de
catedrais (símbolo maior deste estilo arquitetónico), a luz é o elemento fundamental e penetra em
todas as construções religiosas da época através de vitrais – elementos integrados na ornamentação
das igrejas pela primeira vez que substituem as anteriores paredes estruturais. Toda a teoria
figurativa do gótico tem na sua base a existência da luz como materialização de Deus nos locais de
culto, as igrejas e catedrais. Surge pela primeira vez a rosácea, elemento arquitetónico ornamental
colocado ao centro da fachada principal que transmite através da luz e da cor a ascensão ao sagrado
e que ilumina o santuário, local representativo da porta do céu. O primeiro grande destaque da
arquitetura gótica deu-se aquando da construção em 1140, da Basílica de Saint-Denis (Fig. 3.3),
situada a Norte de Paris, com técnicas estruturais e de decoração até então não utilizadas. Em
Portugal, dois dos marcos históricos mais importantes da presença da arquitetura gótica são o
Mosteiro de Alcobaça (primeira obra do gótico construída no século XII) e o Mosteiro da Batalha
(Fig.3.4).
2.2 – Sé Velha de Coimbra (Google imagens, 2014)
26
A época da Renascença, período histórico entre os séculos XIV e XVII, caracteriza-se pela retoma
dos valores clássicos e pelos estudos feitos na área da filosofia e ciência, o que se manifesta também
em termos de arquitetura. Há uma busca de novos meios de expressão, utilizando as bases clássicas
bastante respeitadas. Evidenciam-se inovações na arquitetura como o uso de cor, de diferentes
materiais e texturas, o que tem relevância na nova conceção da forma. A luz natural tem presença em
todos os pormenores texturais e de cor presentes nas novas obras da renascença, verificando-se um
cuidado evidente dos arquitetos da época com o detalhe da forma e da cor na tentativa de alcançar
efeitos plásticos que se evidenciam com o efeito de luz e sombra. As janelas, elemento fulcral das
obras renascentistas, além de terem um carácter estético que torna a fachada simétrica, mostrando o
rigor de cálculo e a busca pela uniformidade visual, também pretendem fazer uma gestão entre o
clima e a luz. Nos países do Norte da Europa, as fachadas têm mais áreas envidraçadas e paredes
mais finas, sendo que o principal objetivo é a penetração de luz solar no interior. Em países mais
quentes, as aberturas são em menor número e de área mais reduzida, colocadas de forma a
favorecer a ventilação e a consequente refrigeração do espaço interior. As paredes também mais
espessas, além de impedirem o sobreaquecimento do espaço interior, também ajudam à difusão da
luz no interior e à diminuição do encadeamento (ALFONSO, 2006).
No século XVII surge o estilo Barroco como forma de reação a várias crises económicas e sociais que
se verificaram na Europa no final do século XVI. Este é um período de enaltecimento do belo e busca
de uma nova interpretação da antiguidade. Há uma rotura do modelo cúbico e ordenador
anteriormente adotado por arquitetos do renascimento, como Brunelleschi e o edifício adquire agora
um papel fundamental na cidade e um valor cenográfico criador de várias sensações ao espectador
(ALFONSO, 2006). Como busca da dimensão do infinito, os espaços tornam-se agora mais
dinâmicos. Existe uma evidência do tema do movimento que se verifica na existência dinâmica dos
opostos onde a luz é a nova lei ordenadora do espaço e dos materiais. Sendo este um estilo que
busca a dramatização e a cenografia dos espaços, o uso correto da luz tem uma função fundamental
na criação de diferentes sensações provocadas pelos objetos e na capacidade de conferir aos
edifícios um valor plástico através da sua intervenção nas formas côncavas e convexas tanto no
espaço interior como nas fachadas. A luz tem a capacidade de relevar o belo, evidenciar o inestético,
distinguir o brilho e a treva. É bastante abordada, na época barroca, a questão do maravilhoso onde o
individuo que observa o objeto é espectador da obra. As geometrias dos espaços revelam-se mais
Fig. 2.3 – Basílica de Saint-Denis (wikimedia, 2014)
Fig. 2.4 – Mosteiro da Batalha (wikimedia, 2014)
27
complexas e a luz entra por pontos estrategicamente selecionados de modo a fazer emergir o espaço
e o desenho, o que se verifica em Sant’Ivo alla Sapienza, em Roma (Fig. 3.5) com o lanternim
colocado no topo da cúpula que engrandece esteticamente o espaço graças aos materiais utilizados
no interior como o estuque e reboco branco e no Palácio Nacional de Mafra (Fig.3.6), obra mais
internacional do barroco em Portugal.
Fig. 2.5 – Cúpula da Igreja de Sant’Ivo alla Sapienza (1660)
(Sapo Museus, 2014)
Fig. 2.6 – Biblioteca do Palácio Nacional de Mafra (1717)
(Paradoxplace, 2014)
Com a revolução industrial, no final do século XIX, houve o aparecimento de novos materiais na
construção e, consequentemente um novo tipo de edificações. Deixou de existir a preocupação
constante com a adequação da obra ao meio natural, o que se deveu ao facto de a arquitetura já não
ser vista com carácter unitário e de haver uma quebra da relação entre a conceção e a produção da
arquitetura e entre a arte e a técnica. Este facto provocou um decréscimo da qualidade arquitetónica
e da preocupação com as questões climáticas de cada local.
Com a utilização do metal estrutura dos edifícios, juntamente com o aparecimento do elevador
mecânico, foi possível criar um novo tipo de edificações – os chamados arranha-céus – que surgiram
na cidade de Chicago e depressa se difundiram por outras cidades dos Estados Unidos da América.
Os edifícios aumentam em altura e as estruturas murárias portantes dão lugar a um revestimento
mais leve com fachadas total ou parcialmente construídas em vidro. O movimento moderno do século
XX e as novas tecnologias de construção fizeram com que nascesse a intitulada “arquitetura do
vidro”. É no século XX que surgem novas exigências em termos de iluminação pois surge a
necessidade de iluminar espaços em que várias pessoas realizam tarefas visuais simultaneamente, o
que anteriormente não acontecia. Com o aparecimento da iluminação elétrica foi possível cobrir os
requisitos de iluminação de dia e noite apesar de acarretar vários problemas a nível energético.
O primeiro edifício com a estrutura de aço foi o Home Insurance Building (Fig. 3.7 a)), construído em
1885 na cidade de Chicago com 10 pisos (TIETZ, 2008). No entanto, a evolução deste tipo de
construção foi tão veloz que, apenas 60 anos depois era construído um edifício com mais de 100
andares e 380m de altura – o Empire State Building (Fig. 3.7 b)), em Nova Iorque.
O vidro é um novo material de excelência que permite uma subtileza e fragilidade na construção por
remover o efeito da massa e substituir a opacidade pela leveza do transparente. Esta nova técnica
teve grande importância no início do século XX pela sua grande modernidade e variedade de
28
possibilidades de utilização, nomeadamente em combinação com o ferro e aço. Para além de permitir
a construção em altura, o que possibilitou o aparecimento dos arranha-céus, a utilização destes
novos materiais permitiu a distinção entre a estrutura e as paredes, dois elementos anteriormente
indissociáveis, e sugeriu a ideia de planta livre – o chamado “open space” – e de fachada livre, como
são exemplo os escritórios de Mies Van der Rohe (Fig. 3.7 c)), onde o vidro da fachada se afasta da
malha estrutural metálica.
Ao longo do tempo este tipo de organização espacial interior combinada com a fachada de vidro
revelou-se pouco vantajosa em termos de eficiência energética uma vez que além de conduzir a
situações de desconforto térmico junto da periferia, não permite condições desejáveis de luz natural
em todas as áreas da divisão de planta livre. Estes factos têm como consequência a obrigatoriedade
de utilização de mecanismos de climatização e luz artificial mesmo durante o dia.
a)
Fig. 2.7 – Arranha-Céus: a) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); b) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); c) Fig. 2.8 – IMB Building (1969) (wikipedia, 2014)
Ainda no século XX, mas no período pós-guerra, verifica-se uma mudança na arquitetura com uma
substituição do ferro e vidro pela renovação do uso do betão. Com uma abordagem diferente da
adotada décadas antes, a luz natural continua a ter um papel muito importante seja na relação com
os materiais utilizados como na dimensão que se pretende dar a uma obra. Le Corbusier, um dos
arquitetos mais importantes do século XX, revela no pós-guerra um novo interesse pela
expressividade da forma a que se dá o nome de brutalismo, isto é, o primitivo valor do corpo oposto à
luz. Há uma rotura na construção totalmente virada para o exterior com as fachadas envidraçadas e
verifica-se um regresso à compacidade das formas e corpos de sombras que aludem a um interior
protegido. Exemplo disso são o convento Saint Marie de la Tourette e a Capela de Notre Dame du
Haut, representados na Fig. 3.9 e.3.10.
b) c)
29
Fig. 2.9 – Convento Saint Marie de la Tourette
(Historiadelartedbe, 2014))
Fig. 2.10 – Capela de Notre Dame du Haut
(mercadoarte, 2014)
Nos edifícios contemporâneos existe uma maior preocupação na utilização da iluminação natural para
garantir condições adequadas para o trabalho e vivências da habitação. No entanto, nem sempre
houve essa preocupação na arquitetura do século XX. O grande uso e inovação da iluminação
artificial, juntamente com o facto de as paredes e as estruturas serem cada vez mais leves e finas faz
com que se perca a possibilidade do anterior manuseio da luz que se filtrava através das espessas
paredes. A evolução da profissão do arquiteto como artista fez perder o caracter técnico da
arquitetura e culminou em muitos erros do ponto de vista do conforto interior em detrimento do
conceito formal da obra.
Um dos grandes exemplos da sobreposição da arte à técnica é a Farnsworth House, projetada por
Mies Van der Rohe em 1951 (Fig. 3.11). Situada no estado de Illinois, nos Estados Unidos da
América, esta obra esteve envolvida em grande polémica e foi alvo de várias críticas dos arquitetos
contemporâneos, nomeadamente Frank Lloyd Wright, arquiteto que se caracterizava por ser um
defensor da obra como uma adaptação perfeita do construído com a envolvente existente. A
Farnsworth House tem como principal conceito o seu carácter transparente conseguido através do
vidro que envolve todas as fachadas da casa. Como consequência, o conforto ambiental interior foi
descorado e houve mesmo um processo judicial movido pela primeira proprietária da residência que
alegava o facto de esta ser inabitável (Farnsworthhouse, 2014).
Fig. 2.11 – Farnsworth House (Planyourcity, 2014)
Desde o final do século XX, com a preocupação emergente sobre o aquecimento global, até aos dias
de hoje, tem vindo a formar-se uma consciência crítica no que diz respeito à sustentabilidade das
construções e à poupança energética que se pode obter através de boas práticas de projeto e
30
exigências dos Regulamentos. Relativamente à utilização da radiação solar de forma sustentável,
ainda que com a existência de grandes envidraçados, várias soluções têm sido adotadas de modo a
diminuir a necessidade de climatização e iluminação artificiais. Uma solução bastante eficaz é o uso
de sombreamentos fixos ou reguláveis que permitem a manutenção da estética desejada em
simultâneo com o controlo de entrada de luz e radiação solar de modo a obter o ambiente visual e
térmico desejado em cada projeto. Um exemplo da utilização de sombreamentos de forma eficaz e
inovadora é o projeto arquiteto Jean Nouvel, Instituto do Mundo Árabe (Fig. 3.12), em Paris, cuja
fachada é automaticamente regulada, filtrando a luz exterior na medida do necessário. Este é um
exemplo sustentável de soluções de sombreamento devido à grande capacidade de adaptação às
condições exteriores.
Fig. 2.12 – Instituto do Mundo Árabe, Paris
(Google imagens, 2014)
2.2 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL DE AMBIENTES INTERIORES
Os sistemas de iluminação natural consistem em aberturas nos edifícios (normalmente revestidas
com vidro), que admitem a radiação solar e por vezes porções de ar para o ambiente interior. Estes
podem ter vários tamanhos, geometrias, funções e podem ser instalados isoladamente ou com o
auxílio de sistemas suplementares de auxílio à penetração dos raios solares.
Iluminação lateral
A forma de iluminação natural mais comum é a utilização janelas de iluminação lateral (Fig, 3.13),
consistindo aberturas verticais nas paredes dos edifícios. Estas têm vindo a ser estudadas ao longo
dos tempos e desempenham diferentes funções na introdução da luz natural no interior, consoante as
suas características geométricas e as características da divisão a iluminar, nomeadamente, a posição
do teto. A posição mais comum destas aberturas é a meia altura do piso, devido à possibilidade de
um contacto visual dos ocupantes com o exterior. No entanto, este tipo de iluminação tem
desvantagens a nível de iluminação pois permite que as reflexões do pavimento exterior penetrem e
causem encandeamentos.
31
As janelas colocadas a uma cota superior conseguem uma melhor distribuição luminosa nos dias de
céu nublado devido à difusão da luz do sol. Nos dias de céu limpo, este tipo de janelas evitam o
encadeamento devido à sua localização superior ao nível dos olhos. Por esse motivo, não permitem
um contacto visual com o exterior, o que causa diminuição do conforto e bem-estar dos ocupantes.
Fig. 2.13 – Tipos de iluminação lateral (Egan, 2002)
Embora as janelas sejam o sistema mais comum na iluminação natural, não são o mais eficiente em
termos de uniformidade luminosa devido à grande diminuição da quantidade de luz ao longo do eixo
perpendicular à abertura. Uma solução para o problema é a adoção de um sistema de iluminação
bilateral que aumenta a quantidade de luz e a torna mais uniforme. No entanto, devido a limitações de
organização espacial, nem sempre é possível adotar este tipo de solução.
As janelas sofreram ao longo da história várias derivações de tamanho e geometria que evoluíram,
depois da introdução das estruturas metálicas, para janelas a toda a largura dos edifícios, e mais
tarde, para fachadas cortina (vãos a toda a altura do piso). Na Fig, 3.14 apresentam-se dois exemplos
de iluminação lateral através de janelas.
Fig. 2.14 – Exemplos de iluminação lateral: a) janelas a cota alta e a meia altura (Google imagens, 2014]); b) “fachada cortina”
Tendo em conta a grande utilização das janelas em todos os tipos de edifício e as suas desvantagens
ao nível do conforto térmico e visual (através de perdas de calor no Inverno, sobreaquecimentos no
Verão e distribuição deficiente da iluminação natural), podem ser instalados sistemas que melhorem a
penetração de radiação no inverno e ao mesmo tempo diminuem o desconforto criado pelo
encandeamento. Dentro dos sistemas de iluminação mais inovadores, encontram-se os de
redireccionamento da luz, que permitem uma maior difusão da luz direta e maior penetração dos raios
solares. Sendo simultaneamente um sistema de sombreamento, as palas refletoras podem ser
verticais (suncatcher), horizontais ou reguláveis (light shelves), como representado nas Fig. 3.15 e
Fig. 3.16, e combinadas entre si de modo a conseguir uma maior eficiência luminosa. O alcance da
Céu encoberto Céu encoberto
Janelas a
cota alta
Luz refletida
a) b)
32
luz, dentro de um compartimento, tem geralmente uma relação de 1,5 vezes a altura da janela. Com a
instalação de palas refletoras horizontais, a zona iluminada pode aumentar até 2,5 vezes a altura da
janela (O’CONNOR, 1997).
Fig. 2.15 – Pala refletora de redireccionamento de luz (Santos, 2007)
Fig. 2.16 – Sistemas de redireccionamento da luz natural. a) Palas refletoras; b) Distribuição da luz natural (O’Conner, 1997)
De modo a conseguir uma maior distribuição da luz, evitando os encadeamentos, é vantajoso adotar
diferentes tipos de vidro para a parte superior e inferior das palas (na parte superior vidro simples e
na inferior com seletividade espectral).
Uma estratégia integrada na construção, e adicional ao dimensionamento dos vãos, é a geometria do
teto do compartimento. Uma pequena inclinação na zona próxima do vão, altera, através de reflexões
na superfície, a distribuição luminosa ao longo do compartimento (O’Conner, 1997).
Iluminação Zenital
A iluminação zenital é praticada através de aberturas na cobertura dos edifícios, iluminando o interior
dos espaços de uma forma uniforme. Este tipo de sistema permite uma maior uniformidade luminosa
no plano de trabalho e um maior tempo de iluminação natural durante um dia.
A grande vantagem das aberturas zenitais é a possibilidade de colocação em várias posições, a
grande variedade de geometrias e inclinações que conferem diferentes distribuições luminosas e a
possibilidade de penetração dos raios solares até divisões situadas em caves e pisos subterrâneos. A
maior eficácia destes sistemas é conseguida em dias de céu limpo, quando os raios solares incidem
sobre a cobertura envidraçada.
a) b)
Luz Natural
Luz
Natural
33
Por outro lado, a iluminação podezenital acarreta algumas desvantagens no que diz respeito ao
acesso, manutenção e limpeza. São ainda mais propensas a sobreaquecimentos devido à sua
posição relativamente ao Sol e a sua construção é apenas possível no último piso. Na Fig. 3.17
encontram-se representados diferentes exemplos de luz zenital.
Também nesta solução é possível e vantajosa a utilização de sistemas de redireccionamento que
tiram maior proveito da iluminação exterior através de um processo semelhante ao que acontece nas
aberturas laterais.
Em localizações muito profundas ou de difícil acesso da luz solar, são ainda utilizados sistemas
inovadores que transportam os raios de várias formas. Exemplo disso são os “light pipes” (Fig. 3.18
a)) são tubos angulares com superfícies refletoras colocadas no interior que recebem a luz zenital e a
transportam através de sucessivas reflexões até a espaço interior pretendido. Outra possibilidade é a
utilização de sistemas “Anidolico” (Fig. 3.18 b)) que tem a capacidade de captar a luz difusa de dias
de céu encoberto e transportá-la quase na totalidade até ao interior, devido ao seu composto
parabólico refletor da luz.
Fig. 2.18 – Sistemas inovadores de luz natural: a) Sistema de canalização de luz (Baker e Steemers, 2002);
b) Sistema Anidolico (Google imagens, 2014)
a)
Fig. 2.17 – Estratégias de iluminação zenital
b)
Cúpula de acrílico
Conduta com espelhos interiores
34
2.3 DISPOSITIVOS DE SOMBREAMENTO NA ARQUITETURA
O recurso a grandes envidraçados em projetos de arquitetura tem vindo a ser cada vez mais
frequente, o que confere aos edifícios uma estética própria e um contacto visual dos ocupantes com o
ambiente exterior. No entanto, esta solução cria vários problemas a nível energético pois aumenta os
ganhos solares, que se tornam excessivos na estação de arrefecimento provocando o
sobreaquecimento do ambiente interior, principalmente em países com verões quentes como
Portugal. Como consequência, há um maior recurso a refrigeração condicionada e à iluminação
artificial. A colocação de sombreamentos de modo a colmatar a radiação incidente é necessária para
tornar o ambiente luminoso demasiado escuro para a função a ser desempenhada no local.
Cabe aos engenheiros e arquitetos solucionar o problema através de uma estratégia global de projeto
que inclui a escolha de materiais, organização espacial e orientação dos vãos. A manipulação da
entrada de iluminação natural nos edifícios é fundamental para a obtenção de uma boa distribuição
luminosa no interior sem recurso a iluminação artificial, e, sem que com isso seja afetado o conforto
ambiental interior. Os dispositivos de sombreamentos, sejam eles reguláveis ou fixos, são uma boa
solução no controlo e modelação da luz natural que penetra nos espaços, devendo permitir aos
ocupantes o contacto com o exterior, o controlo de encandeamentos e da incidência excessiva de
radiação solar. Deste modo é possível manter os grandes vãos envidraçados sem pôr em causa o
conforto interior e a sustentabilidade do edifício no que diz respeito ao consumo energético
proveniente de processos condicionados de refrigeração.
Nos últimos anos têm vindo a ser efetuados vários estudos no que diz respeito à eficácia dos
dispositivos de sombreamento na distribuição luminosa interior e no controlo da radiação solar
incidente. Este estudos focam-se na posição dos sombreamentos relativamente ao vão (ATZERI et
al, 2014), na sua eficácia relativamente aos sombreamentos verticais e horizontais (ALZOUBI, 2009),
na influência do ângulo de inclinação dos estores venezianos no conforto interior (ALI, 2003), na
comparação de tipos de sombreamento (STAZI et al, 2014) quanto aos impactos ambientais, níveis
de iluminação, níveis de conforto interior e de consumo de energia (ALDAWOULD, 2013) e na
avaliação do desempenho dos estores venezianos (GOMES et al, 2014) e (GRATIA e HERDE, 2007),
entre outros. Para alcançar uma solução eficaz é necessário ter em conta as diferentes variáveis que
influenciam o desempenho dos sombreamentos, isto é, as condições exteriores de temperatura, a
estação do ano, a dimensão, forma e orientação das janelas, o material, espessura, desenho e
posição dos dispositivos de sombreamento, as condições interiores de existência de fontes de calor e
as atividades desenvolvidas no espaço.
A eficácia destes dispositivos é ampliada quando é conseguida uma climatização natural do espaço
interior, um ambiente luminoso eficaz e agradável e um contacto visual com o exterior combinado
com a estética minimalista característica das fachadas envidraçadas.
Ao projetar sistemas de sombreamento, existem vários fatores a ter em conta com o intuito de
conferir um equilíbrio luminoso e térmico interior que podem ser quantificados e influenciar decisões
de projeto: i) a transmitância visível (𝜏v) consiste na percentagem de luz que é transmitida através de
35
um envidraçado ou de um elemento de sombreamento; ii) o Coeficiente de Sombreamento (CS)
permite conhecer a capacidade de controlo solar de um envidraçado e consiste na quantidade de
radiação transmitida através de um envidraçado, tendo como referência um vidro simples, cujo
coeficiente de sombreamento se define como 1 (BROWN e DEKAY, 2001) iii) O Fator de Ganho
Térmico Solar (FGTS) consiste num valor referente à quantidade de calor cuja transmissão é
permitida através de um envidraçado padrão. Este valor depende do ângulo do Sol em relação ao vão
e a intensidade da radiação. iv) O Fator de Luz de Dia é o parâmetro mais utilizado para caraterizar a
distribuição de luz no interior de um edifício
2.3.1 FUNÇÕES, TIPOS E CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS
O sombreamento e construção de obstruções à entrada da luz solar através das aberturas nos
edifícios constitui uma importante faceta da arquitetura. Existem várias soluções estudadas ao longo
dos anos que se prendem com a utilização de dispositivos de sombreamento, uso da própria
construções ou construções adjacentes, até ao uso de materiais inovadores na constituição das
fenestrações. De uma forma geral, os sombreamentos podem-se definir como fixos ou móveis, cada
um dos tipos satisfazendo diferentes necessidades. Existem ainda soluções avançadas do ponto de
vista tecnológico que consistem no controlo da radiação solar através da manipulação química dos
materiais, como nos sistemas avançados de vidro.
Num meio urbano, existem variadas fontes de obstrução à radiação solar proveniente de volumes
edificados fronteiros ou laterais, como representado na Fig. 3.19. Nesta situação, o sombreamento
está dependente das orientação do compartimento em causa, da distância entre as duas construções
e da diferença de cotas e volumetria entre o compartimento sombreado e o topo do edifícios
obstrutores. Em muitas situações de cidades mal planeadas, os sombreamentos excessivos são um
fato e um problema pois resultam numa iluminação natural reduzida a poucas horas do dia.
a)
b)
Fig. 2.19 – Sombreamento excessivo de edifícios próximos: a) Vista aérea de Nova Iorque (Google imagens,
2014); b) Ilustração do efeito da obstrução solar de edifícios próximos (vitruvius, 2014)
Numa perspetiva mais controlada e intencional da proteção solar, existem várias soluções com
diferentes características funcionais e construtivas que podem ser adotadas. De seguida são
enumeradas algumas soluções e as suas principais características.
36
Palas Horizontais e verticais
As palas horizontais e verticais são elementos volumétricos incorporados na construção dos edifícios
tendo como objetivo o “mascaramento” de porções de céu, podendo materializar-se em varandas,
sacadas, marquises, beirais de telhados, volumes provenientes da organização espacial interior
(como saliências nas fachadas) ou simples elementos de quebra-sol (FROTA, 2004). Estes podem
ser construídos em betão, ou pré-fabricados em metal, alumínio ou madeira (lamelas), conseguindo
assim uma maior variedade de posições e possibilidade de ajuste. Os elementos de quebra-sol
constituíram uma das principais inovações da arquitetura moderna (bastante utilizado pelo arquiteto
Le Corbusier) e podem ter diferentes geometrias e orientações.
O quebra-sol horizontal (Fig. 3.20 b) a Fig. 3.22) é dependente da relação entre a altura do vão e a
extensão do elemento na direção perpendicular ao edifício. Este tem como objetivo o sombreamento
em alturas do dia em que o Sol tem um maior angulo, sendo que em ângulos próximos do zero, este
tipo de quebra-sol tem eficiência nula. Na Fig. 3.20 a) e Fig. 3.21 estão representadas as distribuições
de iluminâncias consoante o tipo de sombreamento.
Fig. 2.20 – a) Gráficos de distribuição de luz ( O’connol, 1997 -
Editado); b)Ilustração esquemática de palas horizontais (Szokolay, 2007)
É possível a obtenção de vários objectivos através da composição das placas, podendo estas ser
únicas ou constituídas por várias mais estreitas colocadas a diferentes cotas, com dimensão variável
consoante o vão abrangendo toda a largura da fachada (solução eficaz em mais ângulos devido à
sua extensão ao longo de toda a fachada), adjacentes à parede ou relativamente afastadas da
mesma (solução com melhor desempenho térmico pela menor troca de calor com a parede). Para
além disso, há ainda a possibilidade da sua construção ser complementada com um volume interior,
o que resulta numa diferente distribuição de luz natural e um diferente modo de sombreamento.
Fig. 2.21 – Distribuição da luz natural com palas interiores (O’connol, 1997 - Editado)
a)
b)
Sem sombreamento
Exterior
Sem sombreamento
Interior/
Exterior
Sem sombreamento
37
Fig. 2.22 – Palas horizontais (Google imagens, 2014)
O quebra-sol vertical (Fig. 3.23) consiste numa solução semelhante à referida anteriormente, com as
placas construídas verticalmente, podendo ser à direita ou à esquerda do vão, tendo em conta a
orientação do edifício. Esta solução é adotada para proteção apenas em determinadas alturas do dia,
devido à sua geometria vertical e ao movimento do sol ser relativamente horizontal. A altura do
sombreamento deve ser pelo menos igual à do vão, de modo a evitar a entrada indesejada do Sol por
baixo ou por cima da placa.
Fig. 2.23 – Ilustração esquemática de palas verticais fixas e reguláveis (Szokolay, 2007)
À semelhança dos elementos horizontais, estes podem também ser construídos de forma a abranger
toda a altura do edifício. Os quebra-sol verticais (Fig. 3.24) podem ser utilizados isoladamente, ou
divididos em vária placas mais “curtas”, conseguindo assim uma maior eficiência nas várias posições
do Sol. Além, pode ocorrer a utilização de palas verticais e horizontais em conjunto, como acontece
no edifício projetado por Corbusier, Unité D’habitation (Fig.3.25), emblemático marco da arquitetura
moderna.
Fig. 2.24 – Quebra-Sol vertical (levolux, 2014)
Fig. 2.25 – Unité D’habitation – varandas com combinação de quebra-sol vertical e horizontal (archdaily, 2014)
38
Malhas metálicas
A utilização de malhas metálicas consiste numa tela exterior continua que abrange total ou
parcialmente a fachada do edifício onde é instalada. A sua função principal é a difusão da luz
incidente, em percentagem dependente do padrão e densidade da malha, conseguindo
simultaneamente uma relação visual dos ocupantes com o exterior, um efeito estético particular da
fachada do edifício e um padrão de sombra projetada no interior dinâmico e inovador.
Devido à grande dimensão que usualmente identifica as malhas metálicas, a sua utilização é mais
frequente em edifícios com grandes áreas de envidraçados. Em consequência, a privacidade dos
ocupantes no interior é posta em causa, principalmente em horas do dia em que se torna necessário
o uso de iluminação artificial. Assim, este tipo de sombreamento é mais indicado e utilizado em
edifícios de escritórios e serviços. O material mais utilizado na produção de malhas metálicas, pela
sua elevada resistência à corrosão e condições climáticas adversas, é o aço inoxidável.
Como principais vantagens deste dispositivo, destacam-se a grande variedade de padrões, aberturas
e inclinações, o que confere uma maior liberdade criativa de desenho, a renovação da aparência
exterior dos edifícios, a conferência de maior leveza a construções com grande robustez e maior
segurança a fachadas totalmente envidraçadas.
Toldos
A utilização de toldos (Fig. 3.26) prende-se com o fato de haver necessidade de criação um espaço
anexo ao edifício, protegendo o mesmo do sol e das condições climáticas. Embora sejam instalados
na estrutura edificada, estes não são usualmente planeados em projeto, sendo mais tarde anexados
devido à necessidade de sombreamento de vão sem proteção.
Com a vantagem da possibilidade de ajuste manual ou mecanizado, os toldos (construídos
habitualmente em tecido) possibilitam uma grande proteção à luz incidente, devido à sua inclinação,
porém não são a melhor solução em termos de proteção ao calor devido à grande transmitância
solar.
Fig. 2.26 – Proteção solar através de toldo (Viqueira, 2005)
Os sombreamentos instalados diretamente no exterior dos edifícios ou enquanto parte integrante do
mesmo, são uma solução bastante eficaz no sombreamento da luz natural, e podem garantir
diferentes proteções, dependendo da sua geometria e posição. Na tabela 3 encontram-se
sintetizados as principais características de algumas variações de sombreamentos integrados na
fachada dos edifícios:
39
Tabela 3 – Síntese de sombreamentos exteriores
Sombreamentos Exteriores
Fig. 2.27 – Grelha horizontal (colt-france, 2014)
Fig. 2.28 – Palas combinadas
Fig. 2.29 – Malha metálica: Estação de Entrecampos (skyscrapercity, 2014)
Fig. 2.30 – Toldo (persilar, 2014)
Pala
horizontal
(O’conner, 1997)
Tem maior eficácia
em fachada sul na
estação de Verão
Grelha
horizontal
(Fonte:
O’conner, 1997)
Garante o
sombreamento
enquanto permite a
entrada de luz difusa
Pala
horizontal
com grelha
vertical
(O’conner, 1997)
Garante o
sombreamento em
ângulos altos e baixo,
permitindo a entrada
de luz difusa
Palas
horizontais
(O’conner, 1997)
Permite uma menor
projeção da sombra,
garantindo
simultaneamente o
sombreamento
Palas
verticais
(Fonte:
O’conner, 1997)
Tem maior eficácia
em fachadas Este e
Oeste, em ângulos
baixos do Sol
Malhas
metálica
(represpor,2014)
Diminui a incidência
solar, tornando a luz
mais difusa e permite
maior dinâmica
Toldo com
inclinação
(O’conner, 1997)
Tem maior eficácia
em fachada sul
(Proteção num maior
espaço de tempo que
a pala horizontal)
40
Além da utilização de elementos inseridos na estrutura edificada, a proteção solar é ainda conseguida
através de dispositivos instalados nos vãos que conferem uma barreira à radiação solar e que podem
ser colocados nos vãos em várias posições, tendo em conta fatores como o aquecimento do
ambiente, a proteção contra os ofuscamentos, a estética e poluição, entre outros.
Portadas
As portadas foram os primeiros dispositivos de sombreamento a serem utilizados em vãos
envidraçados e são eficazes devido à sua grande opacidade (PALINHA, 2009). No entanto não são
vantajosas no que diz respeito à homogeneidade da luz natural pois não permitem níveis intermédios
de obstrução. As portadas consistem num mecanismo de portas que podem ser instaladas no interior
ou exterior do vão, constituídas por madeira, MDF (interior do vão), alumínio ou PVC (exterior ou
interior), instaladas num sistema de correr ou de batente.
As portadas exteriores, construídas com materiais mais resistentes, são habitualmente caraterizadas
por pequenas aberturas que permitem a renovação do ar interior e a penetração de uma pequena
percentagem da luz natural.
Persianas ou Estores de enrolar
O sombreamento com persianas é o de mais comum utilização e consiste num mecanismo de
lâminas de PVC ou alumínio com um material isolante no centro, interligadas através de um sistema
de encaixe. Estas são reguláveis manualmente ou de forma automatizada e permitem o recolhimento
total do sombreamento, a obstrução total da radiação solar e um nível intermedio de sombreamento.
O nível intermedio é atingido através das pequenas aberturas situadas no extremo de cada lamela,
permitindo a penetração de uma percentagem de luz e a renovação do ar interior.
As persianas podem ser instaladas no interior ou exterior dos vãos e são de possível colocação em
diversas geometrias e dimensões de vãos. Quando colocadas no exterior, existe a possibilidade
destas serem basculantes, permitindo a ventilação do interior e iluminação natural de forma indireta.
Esta funcionalidade é também caraterística dos estores venezianos exteriores, conseguindo assim os
mesmos efeitos de iluminação e ventilação.
Estores Venezianos
O dispositivo de estores venezianos é um dos mais comuns em todo o tipo de construção e consiste
num sistema de lamelas de dimensão variada (aproximadamente 5-10 cm) interligadas através de
fios de diversos materiais, que permitem a recolha das lâminas e o ajuste da inclinação das mesmas.
Este sistema pode ter variações, na posição relativa ao vão, diferindo assim nas características de
modo a aumentar a resistência em aplicações no exterior, a geometria e cor das lamelas. Estas
podem ser côncavas, convexas, ou planas, diferindo assim o comportamento térmico e luminoso no
41
interior, segundo TZEMPELIKOS (2008). Também existe a possibilidade de colocação de venezianas
verticais, onde o ajuste é feito de forma semelhante, mas na direção horizontal. Segundo ALZOUBI e
AL-ZOUBI (2010), a colocação de estores verticais resulta num nível superior de iluminâncias no
plano de trabalho, simultaneamente com uma proteção eficaz contra os ganhos calóricos e uma
relação visual dos ocupantes com o exterior.
A grande vantagem deste sistema é a possibilidade de ajuste às necessidades dos ocupantes em
tempo real, devido às diferentes inclinações possíveis (com 90º de rotação possíveis), permitindo a
proteção solar e ao mesmo tempo iluminar o espaço interior através da luz natural difusa. A sua
utilização é bastante abrangente a diferentes tipos de vãos, sendo maioritariamente utilizados em
aberturas cuja altura é superior à largura. É por isso bastante versátil, permitindo uma proteção solar
económica e mantendo a estética exterior das fachadas envidraçadas, seja em ambientes
habitacionais ou profissionais.
Telas de Rolo
As telas de rolo consistem em sistemas de sombreamento ajustáveis que protegem o interior dos
raios solares de forma integral em toda a área da tela. O ajuste é efetuado de forma vertical, com a
recolha manual ou mecânica da tela através de um rolo. A grande desvantagem prende-se no fato de
apenas permitir a obstrução ou desobstrução total da radiação, não atingindo níveis intermédios de
iluminação. Por este motivo é habitualmente construído com materiais translúcidos que apenas
difundem a luz e permitem o contacto visual com o exterior (tecido metálico laminado, poliéster).
Podendo ser instalado no interior ou no exterior dos vãos, este sistema é de utilização bastante
comum devido à sua facilidade de instalação e acessibilidade económica. Frequentemente é utilizado
apenas na proteção da luz natural, sendo muitas vezes conjugado com outro sistema de
sombreamento exterior mais eficaz no que diz respeito à proteção do calor.
Cortinas
O sistema de cortinas é habitualmente utilizado como complemento de outro sombreamento seja ele
interior ou exterior. Fabricado com tecido de densidade e opacidades variáveis, as cortinas
constituem um sombreamento interior habitualmente complementar a função decorativa do ambiente
e é ajustável de forma horizontal.
Sendo normalmente pouco eficazes no que diz respeito à obstrução do calor, as cortinas são
bastante utilizadas na manipulação da luz natural que penetra no interior dos espaços e na quebra da
relação visual entre o interior e exterior, por razões de privacidade dos ocupantes.
Na tabela 4, estão sintetizadas principais características de alguns sombreamentos instalado de
forma adjacente ao vão:
42
Tabela 4 – Síntese de sombreamentos no vão
Sombreamentos no vão
Fig. 2.31 – Portadas
Fig. 2.32 – Estores venezianos
Fig. 2.33 – Tela de rolo combinada com persiana
Fig. 2.34 – Cortina
Portadas
Grande opacidade e
possibilidade de ajuste
às necessidades.
Persianas
(Elotech)
Permite uma grande
variação de posições e
eficácia no
sombreamento.
Estores
Venezianos
(Olgyay,2002)
Grande versatilidade
de posições e garantia
de entrada parcial de
luz.
Telas de Rolo
(Olgyay,2002)
Tem maior eficácia na
proteção da luz e
pouco eficaz na
proteção do calor.
Cortinas
(Olgyay,2002)
Normalmente utilizado
como complemento a
outro sombreamento.
Elemento decorativo.
Veneziana
exterior
basculante
(Olgyay,2002)
Permite a penetração
de luz indireta e a
ventilação natural,
protegendo da luz
direta e
sobreaquecimentos
43
Além da utilização de elementos inseridos na estrutura edificada, a proteção solar é ainda conseguida
através de dispositivos instalados nos edifícios responsáveis pela barreira à radiação solar e
colocados nos vãos em várias posições, tendo em conta fatores como o aquecimento do ambiente, a
proteção contra os ofuscamentos, a estética e poluição, entre outros.
As posições possíveis de colocação de sombreamentos são: i) Exterior, ii) Entre dois panos, iii)
Interior:
i) Exterior – A colocação de dispositivos no exterior dos vãos (móvel ou fixa) tem o objetivo de
controlar a radiação antes que ela atinja o edifício, evitando assim as trocas de calor através
dos vidros. A opção mais vantajosa no caso de dispositivos exteriores, é a colocação do
sombreamento a uma distância considerável do vão (pelo menos 30 cm) de modo a evitar a
absorção através da pele do edifício da radiação e proporcionar uma ventilação do espaço.
Segundo ATZERI, et al. (2014), os sombreamentos colocados no exterior têm um melhor
desempenho térmico no geral, embora na estação de aquecimento necessitem de um ligeiro
aumento da climatização artificial, em comparação com os sombreamentos interiores.
ii) Entre dois panos – A proteção solar colocada entre dois vidros (em fachadas de dupla pele)
demonstra se vantajosa na medida em que o isolamento do dispositivo evita a acumulação de
poeiras e favorece o controlo do ruído exterior. Por ser colocada à frente do vidro interior,
também demonstra uma grande eficácia na proteção da transmissão de calor em relação a
este. No entanto, dentro da fachada de dupla pele, existem ainda três posições possíveis de
colocação dos estores (ao centro, junto ao vidro exterior ou interior), com diferentes níveis de
eficiência (GRATIA E HERDE, 2007).
iii) Interior – A solução menos vantajosa em termos de eficiência térmica é a colocação de
persianas, cortinas, telas ou estores no interior dos vãos. Neste caso, a radiação já foi
anteriormente absorvida para o interior do edifício e transmitida para o ambiente através do
vidro. Assim, este tipo de sombreamento tem uma maior eficácia na proteção contra o excesso
de iluminação solar, podendo ser combinada com outro tipo de sombreamento mais eficaz
termicamente.
2.3.2 DISPOSITIVOS DE SOMBREAMENTO COMO ESTRATÉGIA DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
E MELHORIA DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO AMBIENTAL INTERIOR
A arquitetura solar passiva1 (técnica que se baseia na utilização e manipulação da energia solar para
a melhoria do conforto, economia e baixo impacte ambiental) é uma das vertentes da arquitetura
sustentável, em conjunto com a bioclimática e a ecológica. Segundo MOURÃO e PEDRO (2012),
esta técnica tem como principais premissas:
O controlo da luz solar através da orientação e dimensionamento adequados dos vãos, com as
devidas proteções de radiação solar interiores ou exteriores;
1 Arquitetura solar passiva define-se como uma técnoca que aborda o clima como uma variável do processo de projeto.
44
A utilização de isolamento eficaz na construção das paredes do edifício, em conjunto com
sistemas de ventilação e luz natural;
A utilização de tecnologias inovadoras como sistemas de arrefecimento radioativo ou
evaporativo, sistemas de ganhos térmicos e paredes de armazenamento de temperatura.
O comportamento dos ocupantes no que diz respeito a práticas sustentáveis e à utilização dos
meios disponíveis na manipulação das condições exteriores
A colocação de sombreamentos nos vãos envidraçados permite uma maior eficiência energética na
medida em que, através de uma estratégia de uma climatização passiva, impede os ganhos solares
na estação de arrefecimento, a perda de temperatura em períodos frios e permite a iluminação
natural dos espaços interiores. A maior eficiência energética é garantida, quanto maior for a
autonomia dos ocupantes e a possibilidade de manipulação da posição dos dispositivos, de modo a
satisfazer as necessidade em tempo real.
Fornecendo uma proteção solar eficaz, os sombreamentos funcionam assim como um sistema de
arrefecimento do interior, podendo em certos casos evitar a saída do ar quente através dos
envidraçados, nos períodos noturnos ou de temperaturas reduzidas.
A climatização e o conforto visual dos ocupantes num espaço interior, tendo como base uma
estratégia bioclimática requer a interpretação de cada projeto como único o condicionamento das
soluções passivas ao tipo de clima, topografia, geometria do edificado, orientação dos vãos e
finalidade de função do edifício em causa. Para a proteção contra ganhos solares em países quentes,
é vantajosa a colocação de vãos a Sul pois é quando o Sol tem um ângulo maior relativamente ao
vão, sendo por isso mais fácil a minimização da incidência, mesmo com sombreamentos fixos (palas
horizontais). Em países frios como os situados a Norte da Europa pretende-se uma maximização da
exposição solar, potenciando assim o aquecimento do interior através de ganhos solares. Esta
solução permite a entrada do Sol quando se encontra mais baixo e os ganhos solares são favoráveis
(estação de aquecimento).
Como estratégia de aquecimento, os sombreamentos têm uma funcionalidade de barreira às perdas
de calor. Esta estratégia tem maior utilização em países frios (Norte da Europa) e necessita de vários
fatores combinados de modo a garantir a sua eficácia. Entre eles, destacam-se a organização
espacial tendo em conta a orientação solar e a colocação de zonas sem necessidade de aquecimento
a Norte. É ainda necessária a colocação estratégica dos vãos, de modo a tirar partido das horas de
maior incidência solar, evitando assim a utilização de estratégias ativas de aquecimento como a
climatização artificial.
Outra solução sustentável é a utilização de vegetação como estratégia de sombreamento e
arrefecimento do ar e do solo. Uma estratégia solar passiva para um edifício sem construções
adjacentes é a colocação de árvores de folha permanente, apropriada para a construção de barreiras,
a Norte, de forma a proteger a envolvente da edificação dos ventos fortes, e de árvores de folha
caduca a Sudoeste com a intenção de proteger os vãos da radiação solar especialmente intensa a
Poente e permitir a penetração da radiação direta e difusa nos meses de Inverno.
45
Adicionalmente aos sistemas de sombreamento, existem soluções complementares que diminuem a
transmissão da radiação solar e visível para o interior dos compartimentos, entre as quais, as
fachadas de dupla pele. A fachada de dupla pele é uma estratégia construtiva que permite fachadas
totalmente envidraçadas sem pôr em causa o conforto interior devido a sobreaquecimentos ou
arrefecimentos e evitando os elevados consumos energéticos. A duplicação da fachada de um
edifício pode ser constituída pelas duas faces com uma caixa-de-ar no centro ou por um espaço
habitável. No espaço central, podem-se instalar dispositivos de sombreamento, de direcionamento de
luz e de ventilação.
As principais funções desta solução construtiva são: i) contacto visual com o exterior, ii) regulação da
temperatura e humidade na face interior do vão, iii) minimização do consumo energético e
climatização artificial.
A ventilação (Fig. 3.35) também é um fator importante neste tipo de solução pois, podendo ou não ser
instalada, permite uma renovação do ar e um arrefecimento do ambiente.
Fig. 2.35 – Tipos de ventilação em fachadas de dupla pele (Gomes, 2010)
Os sistemas de sombreamento podem ainda funcionar como uma estratégia ativa no aumento da
eficiência energética de um edifício. Tendo em conta a sua função protetora do interior relativamente
aos raios solares, e a consequente exposição dos sombreamentos aos mesmos, há a possibilidade
de serem instaladas células fotovoltaicas e painéis solares térmicos diretamente nos dispositivos.
Estes sistemas são habitualmente colocados nas coberturas ou fachadas dos edifícios e têm como
função a transformação direta da radiação solar incidente em energia elétrica, podendo ou não ser
armazenada (células fotovoltaicas) e o aquecimento da água ou do ambiente através da captação de
energia proveniente do sol (painéis solares térmicos).
47
Capítulo 3
METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO TRABALHO EFETUADO
3.1 TRABALHO EXPERIMENTAL
O trabalho experimental tem como principal objetivo a análise do desempenho de sombreamentos
inovadores instalados numa célula de teste através da monitorização da mesma em diferentes
momentos do ano.
Numa primeira fase de monitorização, foi limpo o pavimento de modo a se obter uma cor e textura
uniforme em toda a área e foram assinalados os pontos numerados no mesmo, favorecendo assim a
exatidão e facilidade das leituras futuras. Mais tarde foi garantida a limpeza dos vidros e
uniformização do pavimento exterior, através do corte da vegetação localizada a sul dos vãos da
célula que conferia uma obstrução e uma reflexão que podia pôr em causa a veracidade dos
resultados obtidos.
3.1.1 CARATERIZAÇÃO DO LOCAL
A avaliação das condições de iluminação, temperatura e humidade relativa foi realizada numa célula
de teste situada no campus do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, na Avenida do Brasil, em
Lisboa (38º7’N, 9º1’W), representado na Fig.4.5.
Fig. 3.1 – a) Localização da célula de teste (lnec, 2014) , b) Vista aérea da célula de teste (google maps, 2014)
A célula de teste, representada na Fig. 4.6, encontra-se implantada numa área do campus sem
volumes próximos que constituam obstruções à radiação solar e tem as seguintes características:
Pé-direito de 2,7m e uma área de 3,7m X 3,7m;
Paredes com espessura de 0,2 m rebocadas em ambos os lados com espessura de 0,0015 m e
pavimento em betonilha de cimento (GOMES, 2010);
a) b)
48
Parede envidraçada com fachada de dupla pele orientada aproximadamente a Sul (com um desvio
de cerca 22º na direção Este em relação a Sul) e constituída por dois vãos que distam 10 cm um
do outro e cerca de 20 cm das extremidades do alçado (Fig.46);
Fachada de dupla pele constituída por um vidro exterior simples com 5 mm de espessura, uma
caixa-de-ar de 15 cm onde estão instalados os estores venezianos de dupla inclinação, um vidro
duplo interior com 6–16–5 mm e um revestimento de baixa emissividade espectral seletiva no
painel interior.
Fig. 3.2 – a) Planta da célula de teste; b) Registo fotográfico da fachada da célula, b) Geometria da fachada da célula de teste (Gomes et al., 2014)
Além da aferição da eficácia dos dispositivos de sombreamento no controlo das condições ambientais
interiores, o presente estudo pretende fazer uma avaliação comparativa relativamente à cor dos
mesmos. Sendo assim, no vão mais a Este encontra-se instalado um sistema com lamelas brancas e
no vão mais a Oeste com lamelas cinza, ambas com superfícies relativamente refletoras.
De forma a conseguir a divisão do espaço interior em duas áreas iguais com influência respetiva de
cada vão (cerca de 5m2 de área de pavimento em cada compartimento), foi colocada uma divisória de
5 cm de espessura. As restantes paredes e teto têm um acabamento de tinta de areia branca. O
pavimento tem um acabamento de cimento à vista (cinza).
(m)
a)
c)
1,56
b)
49
3.1.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO DISPOSITIVO DE SOMBREAMENTO
O sistema de sombreamentos consiste em estores venezianos de duas cores de lâminas opacas
(branco com reflectância de 68% e cinza com reflectância de 40% medidas in “situ”), ilustradas na
Fig. 4.8, com lâminas de 8 cm de largura, 0,1 mm de espessura, 7 cm de espaçamento entre lâminas,
e uma ligeira curvatura, reguláveis mecanicamente que se encontram instalados na caixa-de-ar de 20
cm da fachada de dupla pele. Os estores venezianos, usualmente compostos por lâminas móveis são
uma solução bastante comum pela sua versatilidade e eficiência. A sua eficácia no controlo da luz
natural é bastante dependente do ângulo das lâminas, assim como do próprio ângulo da incidência
solar. O facto de haver a possibilidade de mudança de um destes fatores (o ângulo das lâminas)
pelos ocupantes do compartimento em causa, torna a solução dos estores venezianos bastante
eficientes e versáteis. Da mesma forma, evitam-se sobreaquecimentos devido à oposição que este
dispositivo de sombreamento faz à radiação solar excessiva. No inverno, possibilitam os ganhos
solares passivos, através do ajuste correto das lamelas e um equilíbrio entre a iluminação necessária
e as exigências térmicas.
A regulação da posição do sombreamento, embora mecanizada, é efetuada pelo utilizador, pelo que
existe um grau de ajuste às necessidades reais de cada momento. A inovação deste tipo de
sombreamentos baseia-se na possibilidade da inclinação das lamelas segundo dois ângulos distintos
(diferença de orientação verificada sensivelmente dois terços da altura do vão envidraçado), o que
possibilita uma maior adaptação às necessidades luminosas dos ocupantes e uma maior proteção
contra encandeamentos ou sobreaquecimentos.
A iluminação interior do espaço é conseguida apenas pela penetração da radiação solar através dos
vãos, sendo que, durante a monitorização não é utilizado qualquer sistema de iluminação artificial.
Com o objetivo de fazer uma análise relativa à influência dos dispositivos de sombreamento, são
utilizadas as funcionalidades consideradas inovadoras, isto é, a possibilidade de diferentes
inclinações das lâminas dos estores. Tendo em conta que a variedade de posições possíveis dos
estores é muito vasta, incluindo situações em que os estores não se encontram totalmente fechados,
foi necessário escolher estrategicamente as posições a estudar de modo a caraterizar com maior
exatidão a influência dos dispositivos, sem tornar o estudo demasiado extenso e possivelmente
inviável no tempo de execução disponível. Sendo assim, os procedimentos de monitorização
anteriormente referidos são efetuados em sete posições onde os dispositivos ocupam a totalidade da
altura do vão, diferindo apenas na inclinação das lâminas (com exceção da opção “sem
sombreamento”), como ilustrado na Fig. 4.7:
50
Fig. 3.3 – Ilustração das posições de estores analisadas: a) Sem Sombreamento; b) Lâminas fechadas
(90º); c) Lâminas com inclinação de 45º e fechadas (45º+90º); d) Lâminas com inclinação de 0º
e fechadas (0º+90º); e) Lâminas com inclinação de 45º; f) Lâminas com inclinação de 0º e 45º
(0º+45º); g) Lâminas com inclinação de 0º
Fig. 3.4 – Estores instalados na célula de teste: a) Cinza b) Brancos
3.1.3 PREPARAÇÃO DA MONITORIZAÇÃO
Antes do início da monitorização foram tomadas algumas medidas para garantir a exatidão das
medições. Numa primeira fase foram feitas várias visitas à célula de teste, registos fotográficos do
edifício e dos dispositivos de sombreamento e foram aferidas as dimensões da célula de modo a
confirmar e corrigir os levantamentos existentes.
A grelha de pontos foi determinada tendo em consideração a geometria do espaço, sendo que os seis
pontos centrais foram colocados com uma distância de 50 cm de forma perpendicular ao centro do
vão e a metade desta distância do vão, ou seja, 25 cm. Devido à geometria do compartimento, não foi
possível a colocação dos pontos laterais de forma equidistante, pelo que as duas linhas de ponto
paralelas à central foram colocadas a 30 cm da mesma (distância ajustada de modo a abranger de
forma homogénea a área total do pavimento). De notar que o processo se repete para as duas
divisões da célula.
a) b) c) d) e) f) g)
a) b)
a) b) c) d) e) f) g)
51
3.2 CONDIÇÕES EXTERIORES
Para efeitos de monitorização de edifícios relativamente às condições de iluminação natural a sua
análise, são necessários vários procedimentos baseados na comparação das condições interiores
com as condições verificadas no exterior sem obstruções. Sendo assim, as características do sol em
determinado dia, tanto ao nível do valor de iluminâncias como da sua distribuição no hemisfério do
céu, são essenciais para a obtenção de uma comparação válida. Em termos de iluminação natural,
existe uma distinção entre a luz proveniente diretamente do Sol (radiação direta ou luz do Sol) e a luz
difusa, proveniente do hemisfério do céu (luz do céu).
A primeira condicionante é a existência de condições exteriores que não variem as suas condições de
iluminâncias drasticamente, ou seja, a existência de céu onde não haja obstruções pontuais da
radiação solar. Assim, segundo a CIE, Comissão Internacional em Iluminação, existem três situações
distintas relativas a céus de referência (SANTOS, 2003):
1. Céu Limpo Padrão da CIE – Denominação da CIE para os céus reais azuis e completamente
livres de nuvens, onde as luminâncias apresentam uma variação ao longo da trajetória aparente
do Sol, de altura e azimute. Este tipo de céu é predominante nas regiões Sul da Europa,
nomeadamente Portugal. Segundo a caracterização da CIE, o céu limpo é completamente livre
de nuvens, azul, não aleitado ou turvo.
2. Céus Intermédios Padrão – Denominação dada aos céus que não têm padrões de totalmente
limpo nem totalmente encoberto. Ou seja, enquadram-se nesta qualificação os céus que embora
tenham predominância de céu limpo, podem apresentar zonas parciais com nuvens, sejam elas
claras ou mais carregadas. Os céus encobertos que apresentem zonas de céu limpo também
pertencem a este grupo. Este tipo de céu é o mais frequente e é definido pela CIE como o que é
caraterizado pelo valor intermédio entre os valores de limpo e encoberto. No presente estudo, os
céus intermédios não são avaliados devido à sua impressibilidade de condições exteriores e a
consequente dificuldade de conseguir dados conclusivos acerca da influência dos dispositivos de
sombreamento.
3. Céu Encoberto Padrão da CIE – No céu encoberto não existe luz proveniente diretamente do
sol, sendo que toda a radiação visível é originária do hemisfério do céu. Esta denominação
pretende traduzir o céu real completamente encoberto por nuvens espessas e escuras. No
entanto, a distribuição das luminâncias não são uniformes, uma vez que no Zénite são três vezes
superiores ao que ocorre no horizonte. As zonas a Sul de Portugal, a ocorrência de céus
encobertos padrão da CIE é bastante limitada devido a várias condicionantes climáticas
características desse território, pelo que se adota, para efeitos de medição, o Céu Encoberto
Real. As exigências para a consideração deste tipo de céu são a existência de nuvens
carregadas uniformemente no céu de modo a que não seja visível o círculo solar nem partes de
52
céu azul, exceto pequenas porções que não sejam visíveis a partir dos pontos interiores de
medição.
3.3 METODOLOGIA
A metodologia do trabalho experimental de análise da eficácia de dispositivos de sombreamento
inovadores no conforto ambiental interior consiste na avaliação das condições de iluminação natural,
de temperatura e humidade relativa no interior de uma célula de teste. O método principal de
avaliação do desempenho dos dispositivos de sombreamento relativamente à iluminação interior é a
medição simultânea dos valores exteriores e interiores em pontos de referência. Esta medição deve
ser efetuada com e sem dispositivos de sombreamento. Dada a hipótese de avaliação de
sombreamentos inovadores cuja inclinação e posição pode ter diferentes variações, a medição é
efetuada em várias posições pré definidas que melhor caraterizem as diferentes funcionalidades do
dispositivo.
Relativamente à avaliação das condições de iluminação natural, é utilizado o método de
determinação de valores absolutos das iluminâncias, que consiste na previsão dos valores das
iluminâncias interiores num ponto de um plano, provenientes da luz natural. Estes valores variam com
a hora, os dias, os meses e as características de dimensão e orientação das aberturas, além das
condições climáticas exteriores (SANTOS, 2003). Tendo em conta que a luz do dia tem uma
componente direta e uma componente difusa, podendo estar as duas presentes (em dias de céu
limpo) ou só a difusa (em dias de céu encoberto), a avaliação da luz natural deve ser efetuada em
ambas as situações, de céu limpo e céu encoberto. A avaliação para os dias de céu limpo (ou seja,
sem nenhuma nuvem visível no céu) é efetuada em três períodos do ano:
Nos Solstícios de Inverno (22 de Dezembro) e Verão (21 de Junho) quando o Sol tem uma
declinação respetiva de -23.45º e 23.45º.
Nos Equinócios de 21 de Março ou 22 de Setembro quando a declinação do Sol é de 0º.
Neste caso, não é necessário efetuar medições nas duas datas visto que o Sol tem a mesma
declinação em ambos os Equinócios.
No entanto, esta calendarização está condicionada a limitações relativas às condições
meteorológicas e de acesso à célula de teste. Assim sendo, as medições são efetuadas quando
possível, o mais próximo das datas de referência. Devido ao movimento aparente do sol, estas
medições devem ser efetuadas em três horas distintas do dia: 9:00 TSV, 12:00 TSV e 15:00 TSV. No
caso das medições da manhã e tarde, devem ser efetuadas de forma simétrica em relação ao meio-
dia solar, de modo a conseguir aferir a componente diária e sazonal do Sol, permitindo a comparação
entre os três períodos do dia. A avaliação de cada posição dos estores é efetuada com a maior
rapidez possível de forma a não haver um movimento significativo do sol entre a primeira e a ultima
medição (de cada uma das três horas). Ao mesmo tempo, as horas e condições meteorológicas
53
exteriores são registadas no início e no final da avaliação dos valores relativos a cada posição dos
estores.
O objetivo do presente trabalho é monitorizar a célula de teste, com o intuito de analisar o
desempenho dos dispositivos de sombreamento ao longo do dia e extrapolar o seu desempenho ao
longo de todo o ano, não só em relação às condições mínimas de iluminação, como também às
condições térmicas aferidas no interior.
Na monitorização para céu encoberto, os níveis de iluminância exterior não devem exceder os 20 000
– 25 000 lux e o céu deve ter uma configuração de nuvens escuras sem nenhum vislumbre da cor
azul do céu. Como referido em capítulos anteriores, as zonas Centro e Sul do País caraterizam-se
pela ocorrência limitada de dias encobertos estáveis sem grandes variações, pelo que é necessário o
conhecimento das previsões meteorológicas de modo a prever os dias em que é possível efetuar este
tipo de medições. No entanto, para efeitos de avaliação dos mecanismos de sombreamento, os dias
de céu limpo têm um carácter de maior utilidade pois permitem conhecer de forma mais aprofundada
a obstrução que estes conferem em relação à radiação solar.
Por razões de limitação de acesso ao local, e da existência de outros estudos a serem realizados na
célula de teste, não é efetuada uma monitorização contínua que caracterize com rigor a evolução das
características estudadas ao longo de vários dias consecutivos. Este facto influência na eficácia do
estudo que seria mais preciso com a obtenção de valores de forma contínua. Segundo SANTOS
(2003), este tipo de monitorização contínua é a mais completa e a indicada para estudos a longo-
prazo relativos a estudos de impactos energéticos.
Posto isto, o conjunto de medições necessárias para o cálculo dos parâmetros essenciais para a
análise da influência dos dispositivos de sombreamento relativamente à iluminação, radiação e
térmica são as seguintes:
Iluminância horizontal global desobstruída (E_ext) – Parâmetro que quantifica a luz natural total
presente no exterior da célula. A medição deste valor deve ser efetuada com um sensor horizontal,
preferencialmente, num ponto alto do edifício estudado, de modo não haver obstruções do hemisfério
do céu.
Iluminância vertical exterior total na face exterior da célula (Ev_ext) – Parâmetro que quantifica a
componente vertical da luz natural total disponível que incide na fachada da célula. Este parâmetro é
aferido através de um sensor colocado na face exterior vertical da célula. De referir que nas
iluminâncias verticais está incluído o efeito de reflexão de luz nos edifícios próximos e no pavimento
interior e exterior.
Iluminâncias horizontais interiores ao longo do plano horizontal (E_int) – As iluminâncias
interiores são medidas ao longo de uma grelha de pontos preferencialmente equidistantes num plano
horizontal a uma cota de 0,70 cm acima do pavimento interior (Fig. 4.1). Este parâmetro permite
quantificar as condições de distribuição da iluminação ao longo da área de pavimento interior e
54
constitui a informação mais relevante no que diz respeito ao ambiente luminoso interior, relativamente
às diferentes posições dos estores.
Fig. 3.5 – Ilustração das medições das iluminâncias horizontais interiores: a) Posição dos sensoores; b) Malha de pontos de registo das iluminâncias horizontais
Iluminâncias verticais interiores (Ev_int) – São medidas as iluminâncias verticais ao longo dos seis
pontos centrais da grelha anteriormente definida (linha perpendicular ao centro do vão envidraçado
com 50 cm de distância entre pontos) a uma cota de 1,50 m e com o sensor colocado na vertical e
perpendicularmente ao vão (Fig. 4.2). Este parâmetro permite conhecer a distribuição luminosa no
interior, à medida que há um afastamento da fachada e as diferentes variantes da mesma segundo a
posição dos sombreamentos.
Fig. 3.6 – Ilustração da medição das iluminâncias verticais (Santos, 2003)
Iluminâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração (Ev_n). Nesta medição
averiguam-se os valores em quatro posições de modo a obter as transmitâncias luminosas de cada
elemento da fenestração: i) na face exterior da célula (Ev_1); ii) na face interior do vidro exterior
(Ev_2); iii) na face exterior do vidro interior e no interior do dispositivo de sombreamento (Ev_3); iv) na
face interior do vidro (Ev_4). De modo a obter uma medição mais precisa, os parâmetros Ev_3 e
Ev_4 que se encontram atrás dos dispositivos de sombreamento, são repetidos em três ou quatro
posições de variação vertical (caso se trate respetivamente dos ângulos 0º, 90º ou 45º), abrangendo
o intervalo entre duas lamelas consecutivas, como ilustrado nas Fig. 4.3 a) e b). Se for pretendido o
valor da transmitância do conjunto da fachada de dupla pela, a expressão seria: 𝜏 = Ev_1 / Ev_4. No
entanto, é possível conhecer a transmitância de apenas um dos elementos (por exemplo a expressão
E_ext
Plano de trabalho E_int
Ev_ext Ev_int
a) b)
55
que dá conhecer a transmitância do vidro exterior é a seguinte: 𝜏 = Ev_1 / Ev_2) (Gomes et al.,
2014).
Fig. 3.7 – a) Corte ilustrativo do método de medição das transmitâncias com lâminas a 0º; b) Método de medição das transmitâncias com lâminas a 45º
Irradiância horizontal global desobstruída (I_ext). Parâmetro que quantifica a radiação total
presente no exterior da célula.
Irradiância vertical exterior total na face exterior da célula (Iv_ext). Parâmetro que quantifica a
incidência vertical da radiação total disponível que incide na fachada da célula. Este parâmetro é
aferido pontualmente através de um sensor colocado na face exterior vertical da célula.
Irradiâncias horizontais interiores ao longo do plano de trabalho (I_int). As medições relativas a
este parâmetro são efetuadas à semelhança das iluminâncias interiores, mas apenas nos seis pontos
centrais da grelha pré-definida
Irradiâncias verticais interiores (Iv_int). Este parâmetro quantifica a distribuição da componente
vertical da radiação solar no interior da célula. Os procedimentos da medição são idênticos aos das
iluminâncias verticais interiores.
Irradiâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração (Iv_n). Através deste parâmetro é
possível conhecer as transmitâncias solares de cada elemento da fenestração, isolados ou em
conjunto. À semelhança das iluminâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração, as
irradiâncias também se dividem em quatro posições, desde o Iv_1 ao Iv_4 (do exterior para o interior).
Temperatura do ambiente interior (Tint). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a
cada posição dos estores através de um sensor colocado no interior da célula. Adicionalmente, são
extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição de estores.
Temperatura do ambiente exterior (Text). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a
cada posição dos estores através de um sensor colocado num local à sombra no exterior da célula.
Adicionalmente, são extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição
de estores.
Exterior
Ev_1 Ev_2
Ev_3 Ev_4
Exterior
Ev_1 Ev_2
Ev_3 Ev_4
a) b)
56
Humidade relativa interior (Hr_int). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a cada
posição dos estores através de um sensor colocado no interior da célula. Adicionalmente, são
extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição de estores.
Humidade relativa exterior (Hr_ext). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a
cada posição dos estores através de um sensor colocado num local à sombra no exterior da célula.
Adicionalmente, são extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição
de estores.
FLD vertical ao nível dos olhos (Ev*_n). Parâmetro que quantifica o ambiente luminoso natural
interior tal como o ocupante se apercebe dele. Este é conseguido através da comparação dos valores
das iluminâncias verticais em várias direções, isto é, são medidas iluminâncias ao nível dos olhos do
observador (1,50 m) e com o sensor colocado no mesmo ponto (ao centro da área do pavimento)
mas com direções perpendiculares. Considera-se o Ev*_1 como o valor registado em frente ao vão
em posição perpendicular ao mesmo, o Ev*_2 como o valor na direção paralela ao vão, com o sensor
virado a direita, o Ev*_3 como o valor de iluminância quando o sensor se encontra na direção oposta
ao vão e o Ev*_4 na direção paralela ao vão, virado à esquerda, como ilustrado na Fig. 4.4.
Fig. 3.8 – Ilustração da medição do FLD vertical ao nível dos olhos
Além dos parâmetros relativos à radiação solar e à iluminação, são ainda aferidas as temperaturas e
humidades relativas no interior e exterior da célula, em dois momentos da medição de uma dada
inclinação de lâminas: inicial e final. Adicionalmente, de modo a obter uma relação mais precisa
acerca da influência dos sombreamentos no conforto térmico interior, são medidas as temperaturas e
humidades relativas interiores e exteriores em contínuo, durante o um dia, para cada inclinação.
De notar que as medições acima mencionadas, à exceção do registo contínuo, devem ser efetuadas
em simultâneo nas duas áreas de influência dos sistemas de sombreamento e num tempo o mais
curto possível, sendo por isso necessária a intervenção de várias pessoas e equipamentos no
processo (ver anexo 4), e conseguindo assim a maior proximidade temporal das diferentes posições
pretendida neste tipo de monitorização. Para auxílio e maior brevidade das medições foram definidas
fichas de registo (ver Anexo 5) onde se encontram definidas todas as grandezas a medir.
Ev*_1 Ev*_1
Ev*_3 Ev*_3
Ev*_2 Ev*_4 Ev*_2 Ev*_4
57
Uma vez aferidas todas as grandezas acima mencionadas, é utilizado como parâmetro de
quantificação, o Fator de Luz do Dia (FLD) para condições exteriores de céu encoberto. Numa
situação de céu limpo, são utilizados os valores absolutos para efeitos de análise, com o
conhecimento dos valores exteriores globais simultâneos.
No caso das iluminâncias interiores, existem três componentes que, em conjunto, resultam no valor
da iluminância num dado ponto. Estes três componentes consistem na componente direta da luz do
sol, na componente refletida exterior (radiação refletida nos edifícios e pavimento envolventes) e na
componente refletida interior (refletida nas paredes e pavimento).
3.3.1 TRANSMITÂNCIA NA FACHADA DE DUPLA PELE
No presente trabalho são averiguadas as transmitâncias (𝜏) de ambos os vãos envidraçados da
célula de teste, relativamente à iluminação e à radiação. Este parâmetro permite caraterizar a
diminuição dos valores estudados aquando da passagem pelos elementos constituintes da fachada
de dupla pele. O método de medição da 𝜏 é idêntico para a averiguação das iluminâncias e das
irradiâncias, porém, a avaliação das iluminâncias designa-se de transmitância visível (𝜏v) e das
irradiâncias designa-se transmitância solar (𝜏s). Sendo assim, pode dividir-se o procedimento em
quatro etapas, como ilustrado na Fig. 4.3: i) No exterior; ii) Na face interior do vidro exterior; iii) Atrás
do sombreamento; iv) Na face interior do vidro interior (GOMES et al., 2014).
i) Em primeiro lugar efetua-se a medição do valor vertical na parte exterior do envidraçado, na
direção exterior e numa posição de metade do vão.
ii) Uma segunda medição é efetuada na parte interior do vidro, no centro do vão e com o sensor a
1 cm de distância do vidro de modo a minimizar os reflexos que possam ocorrer.
iii) De modo a obter a transmitância do sombreamento é efetuada a medição aproximadamente a
1 cm do dispositivo. Neste caso são efetuados vários rotinas de medição em função da posição
dos estores. Sem dispositivo de sombreamento apenas é registado um valor, a meia altura do
vão. Na posição de 0º e 90º são registados três valores, no limite superior da lamina a meia
altura do vão, no intervalo das duas laminas e no limite inferior da mesma lamina. Na posição
de 45º são registados quatro valores, desde o limite superior de uma lamina a meio do vão até
ao limite superior da lamina imediatamente abaixo.
iv) Na face interior do vidro interior são efetuadas as medições de forma idêntica ao ponto iii).
Com a particularidade da dupla inclinação das lamelas dos sombreamentos inovadores utilizados na
análise experimental, o método de medição das transmitâncias sofre uma alteração em posições de
dupla inclinação. Sendo o objetivo a medição a meia altura do vão, quando a análise é feita em
posições de dupla inclinação, as medições realizadas na fachada de dupla pele são duplicadas pelas
duas áreas com diferentes inclinações e realizam-se a meio da altura da posição angular da lâminas.
59
Capítulo 4
APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DE RESULTADOS
4.1 AVALIAÇÃO SOB CONDIÇÕES DE CÉU ENCOBERTO
A avaliação das condições de iluminação natural sob condições de céu encoberto é normalmente
efetuada com o objetivo de quantificar através do Fator de Luz de Dia (FLD) a distribuição interior de
iluminâncias.
O trabalho experimental teve lugar durante o mês de Outubro de 2014 e foi efetuada apenas uma
medição para cada posição de estores, aproximadamente ao meio dia solar, onde o valor exterior
(E_ext) das iluminâncias rondava os 15 000 lux.
4.1.1 TRANSMITÂNCIAS SOLAR E VISÍVEL DO VÃO
As transmitâncias do vão foram medidas verticalmente junto aos vários constituintes da fachada de
dupla pele instalada na célula de teste. Na fig. 5.2 estão representados os valores da transmitância
total do vão, ou seja, os valores obtidos através do quociente entre o valor das iluminâncias e
irradiâncias no vidro interior e o valor exterior simultâneo (ver secção 4.2.1). Visto que para cada
posição relativa ao vidro interior são registados cerca de três valores, para o cálculo das
transmitâncias é feita a média dos mesmos de modo a conseguir um valor mais realista no que diz
respeito à transmitância correspondente ao Ev_4 (ver secção 4.2.1). Na figura 5.1 estão
representados os sensores que registam pontualmente as iluminâncias e irradiâncias exteriores na
face do vão que se encontram ligados aos loggers localizados no interior da célula de teste. Os
sensores encontram-se a meia altura do vão, à mesma cota onde são registados os valores interiores
desde o Ev_2 ao Ev_4.
Fig. 4.1 – Sensores de Iluminâncias (luxímetros) e de Irradiâncias (piranómetros) instala dos de modo a aferir as iluminâncias e irradiâncias verticais na face exterior do vão
Em posições de estores que sejam caraterizadas por duas inclinações diferentes das lamelas, é
calculado o valor médio, tendo em conta os registos na inclinação superior e inferior, ponderado pela
área correspondente a cada inclinação. Ou seja, o valor superior tem uma razão de 0,38
relativamente à altura inferior, que corresponde a 0,62 da superior. Considerando os valores das
transmitâncias registados na parte superior e inferior do sombreamento, o valor total de transmitância
é dado pela seguinte relação: 𝜏= (0,38 x Ev*_4cima + 0,62 Ev*_4baixo) / Ev*_1.
60
Fig. 4.2 – Transmitâncias visíveis no vão
4.1.2 FATORES DE LUZ DE DIA EM PLANOS HORIZONTAIS DE REFERÊNCIA
As medições das iluminâncias interiores foram efetuadas segundo a metodologia descrita na secçãp
4.2, com registos simultâneos da iluminância horizontal global desobstruída exterior (E_ext) e das
iluminâncias interiores (E_int) ao longo de uma malha de pontos de um plano horizontal a uma cota
de 0,70 m acima do pavimento (coincidente com a cota do plano de trabalho). Foi utilizada uma
malha de pontos compatível com as dimensões do compartimento.
O efeito dos dispositivos de sombreamento foi avaliado mediante a medição dos FLD com os
dispositivos dispostos segundo as posições descritas na secção 4.3.2.
Nas fig. 5.3 a 5.8 apresentam-se os resultados das medições para céu encoberto sob a forma de
curvas de distribuição de igual FLD e sob a forma de perfis FLD a meio vão. Na análise dos gráficos
das curvas de distribuição, foram adotadas duas escalas de cores pois o menor valor de FLD
registado na medição sem sombreamento (2%) corresponde ao maior valor registado em todas as
medições efetuadas com os sombreamentos nos diferentes ângulos. Adicionalmente, são referidos os
valores médios de FLD (FLDm) e a uniformidade1 (Unif.) para cada inclinação dos sombreamentos.
Fig. 4.3 – Distribuição dos FLD sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza
1 Uniformidade define-se como a relação entre a iluminância mínima e a média (Unif=Eminima/Emedia). Esta é importante na
manutenção do conforto visual, evitando contrastes excessivos.
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a ví
sive
l (%
) Branco
Cinza
a) FLDm=5,91%
Unif. =0,19
b) FLDm=6,09%
Unif.=0,18
(%)
42%
19%
16% 12%
9%
4% 2%
39%
17% 12%
7% 8% 2% 1%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
2%
4%
6%
8%
10%
10% 12%
14%
61
Em todos os gráficos de análise do FLD é possível verificar que o ponto central mais próximo do vão
apresenta valores anormalmente inferiores aos pontos 1 e 13 (ver secção 4.2). Este facto deve-se a
condicionantes do trabalho experimental que se prendem com o facto de haver uma grande influência
da obstrução (conferida pelo caixilho de dimensões relativamente elevadas) à penetração da radiação
difusa no ponto mais próximo do mesmo (Fig .4.1 b)). Numa situação sem obstruções tão
significativas, os valores centrais mais próximos do vão seriam os mais elevados.
Nas Fig. 5.5 a 5.8 estão representadas as diferentes distribuições de valores de FLD iguais nas
posições referidas na secção 4.3.2 (com sombreamento), sob condições de céu encoberto.
Fig, 4.4 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º
Fig, 4.5 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º
a) FLDm=1,47%
Unif.=0,46
(%)
(%)
2%
1,8%
1,6%
1,8%
1,4%
1,2%
1%
0,8%
0,6%
0,8%
1%
1,2%
1%
0,4%
0,6%
0,8%
0,6%
0,8%
1%
1%
0,8%
0,8%
1,2%
1,4%
1,6%
1,8%
2%
1%
0,6%
0,8%
0,8%
0,4%
0,6%
0,8%
0,8%
0,6%
0,4%
b) FLDm=0,97%
Unif.=0,51
c) FLDm=0,54%
Unif.=0,51
d) FLDm=0,84%
Unif.=0,66
d) FLDm=1,33%
Unif.=0,47
c) FLDm=0,78%
Unif.=0,71
b) FLDm=0,37%
Unif.=0,71
a) FLDm=0,59%
Unif.=0,65
62
Fig. 4.6 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 45º+90º; b) 90º
Fig. 4.7 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 45º+90º; b) 90º
Numa avaliação de iluminâncias horizontais sob condições de céu encoberto são espectáveis
distribuições com características simétricas em relação ao eixo central perpendicular ao vão. Este
fenómeno, visível na inclinação de 45º das lamelas brancas não ocorre em todas as inclinações
devido à inexistência de um céu encoberto real, ou seja, de acordo com a definição de céu encoberto-
padrão da CIE (Santos,2003). Sendo assim, existem ligeiras oscilações das iluminâncias exteriores
globais desobstruídas (E_ext), consequentes das diferentes opacidades das nuvens existentes, que
resultam numa distribuição interior com uma tendência para maiores iluminâncias na direção do Sol.
Analisando as distribuições das iluminâncias interiores, é possível concluir que as posições de
estores com dupla inclinação são vantajosas no que diz respeito à iluminação num plano horizontal
correspondente ao plano de trabalho. As posições de 0º+45º, 0º+90º e 45º+90 (Fig. 5.4 e 5.5 a) e c)
(%)
(%)
0,4%
0,6%
0,2%
0,2%
0,2%
e) FLDm=0,29%
Unif.=0,74
b) FLDm=0,20%
Unif.=0,59
b) FLDm=0,22%
Unif.=0,62
a) FLDm=0,51%
Unif.=0,58
63
(evitam o grande decréscimo de FLD á medida que se afasta do vão, verificado na posição horizontal
das lâminas (ver Fig. 5.5 a)) e na inclinação a 45º, tornando o ambiente luminoso mais homogéneo
diminuindo os encandeamentos. Também é possível verificar que os maiores valores de FLD nas
situações com estores de dupla inclinação se encontram ao centro do compartimento, facto com mais
expressão na posição de 0º+90º, como é possível verificar nas Fig. 5.4 d) e 5.5 d).
A influência da cor (e consequentemente da respectiva reflectância - 𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%) é visível
em todas as posições, com a apresentação de valores menores no compartimento de sombreamento
cinza. Porém, as distribuições de cada posição são idênticas, embora com valores diferentes para as
duas cores, com exceção das posições 0º+45º e 45º+90º, onde a reflexão provocada pela área de
lâmina exposta à radiação é mais expressiva nas lâminas brancas.
A obstrução das lamelas a 45º é elevada, nomeadamente nos sombreamentos cinza, onde a
distribuição de FLD interiores é idêntica à da verificada no sombreamento totalmente fechado (Fig.
5.6 b) e 5.7 b)). Este facto é contrariado nos sombreamentos brancos, onde os valores de FLD se
aproximam dos 0,8% nos pontos mais próximos do vão. Pode-se assim concluir que o fator de
reflexão das lamelas brancas (𝜌=68%) tem bastante influência na inclinação de 45º (Fig. 5.4 e 5.5 c)),
aumentando o FLD até 0,4%.
De um modo geral, pode-se concluir que a posição horizontal das lamelas é a que confere menor
obstrução à radiação (Fig. 5.4 e 5.5 a)), chegando a ultrapassar os 2% de FLD em posições próximas
do vão e distanciando-se cerca de 1% do valor máximo de FLD da seguinte posição menos
obstrutiva. Por outro lado, as posições de lamelas parcial ou totalmente horizontais (Fig 5.4 e 5.5 a),
b) e d)) são as que permitem maiores iluminâncias. Ordenando os diferentes ângulos possíveis de
combinar por ordem crescente de níveis médios de FLD, obtemos a seguinte sequência: 90º;
45º+90º; 45º; 0º+90º; 0º+45º; 0º.
Fig. 4.8 – Perfis do FLD medidos com e sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3
FLD
(%
)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3
FLD
(%
))
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
a) Branco b) Cinza
64
4.2 AVALIAÇÃO SOB CONDIÇÕES DE CÉU LIMPO
As avaliações quantitativas sob céu limpo efetuaram-se através da medição das irradiâncias e
iluminâncias numa grelha de pontos num plano horizontal a uma cota de 0,70 m correspondente ao
plano de trabalho (iluminâncias horizontais) e no eixo central perpendicular ao vão envidraçado
(irradiâncias horizontais e verticais e iluminâncias verticais) segundo a metodologia referida na
secção 4.2. Para além destas medições no interior dos dois compartimentos analisados, foram ainda
efetuadas medições complementares de modo a definir as transmitâncias visíveis e solares do vão
para cada inclinação de estores representadas na secção 4.3.2 e para cada posição relativa aos
elementos constituintes da fachada de dupla pele (ver secção 4.2.1).
Devido à inexistência de condições de nebulosidade adequadas em períodos próximos do Solstício
de Inverno, as medições sob condições de céu limpo foram efetuadas apenas em períodos próximos
do Solstício de Verão, a 8 e 9 de Julho e do Equinócio de Outono a 25 e 26 de Setembro.
4.2.1 TRANSMITÂNCIAS SOLAR E VISÍVEL DO VÃO
As transmitâncias do vão relativas à luz e radiação transmitidas através deste foram medidas
verticalmente junto aos vários constituintes da fachada de dupla pele instalada na célula de teste sob
condições de céu limpo. Nas fig. 5.10 e 5.11 estão representados os valores da transmitâncias totais
visível e solares registadas no vão, ou seja, os valores obtidos através do quociente entre o valor das
iluminâncias e irradiâncias no vidro interior (Ev_4) e o valor exterior simultâneo (ver secção 4.2.1)
registados no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono.
4.2.1.1 TANSMITÂNCIA VISÍVEL
Na Fig. 5.9 estão representados os gráficos relativos às transmitâncias visíveis registadas em ambas
as alturas do ano e às três alturas do dia (9:00 TSV, 12:00 TSV, 15:00 TSV). Os valores
representados são referentes à média dos valores registados no ponto (Ev_4) (ver secção 4.2.1). Em
situações de dupla inclinação das lamelas, o valor adotado foi definido de forma semelhante ao
referido secção 5.1.1.
65
Fig. 4.9 – Transmitâncias visíveis no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono
4.2.1.2 TRANSMITÂNCIA SOLAR
Na Fig. 5.10 estão representados os gráficos relativos às transmitâncias visíveis registadas em
ambas as alturas do ano e às três alturas do dia (9:00 TSV, 12:00 TSV, 15:00 TSV). Os valores
representados são referentes à média dos valores registados no ponto (Ev_4) (ver secção 4.2.1). Em
situações de dupla inclinação das lamelas, o valor adotado foi definido de forma semelhante ao
referido na secção 5.1.1.
0
10
20
30
40
50tr
ansm
itân
cia
visí
vel (
%) 9:00 TSV
BrancoCinza
a) 9:00 TSV, Solstício de Verão b) 9:00 TSV, Equinócio de Outono
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a vi
síve
l(%
) 9:00 TSVBrancoCinza
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a vi
síve
l(%
) 12:00 TSVBranco
Cinza
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a vi
síve
l(%
) 15:00 TSVBrancoCinza
b) 12:00 TSV, Equinócio de Outono a) 12:00 SV, Solstício de Verão
a) 15:00 TSV, Solstício de Verão b) 15:00 TSV, Equinócio de Outono
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a vi
síve
l(%
) 12:00 TSVBranco
Cinza
0
10
20
30
40
50
tran
smit
ânci
a vi
síve
l(%
) 15:00 TSVBranco
Cinza
32%
11% 10%
8% 7% 5%
2%
30%
7%
6% 4% 4% 3% 0,5%
46%
17% 17%
9% 8%
5% 3%
40%
12% 13%
6% 5% 2% 0,2%
10% 10% 9% 8%
6% 4% 1% 8%
7% 5% 4%
42%
39%
13%
6%
9%
7%
7%
5%
6%
4%
9%
6% 1%
13% 13% 10%
13% 11% 10%
3% 10% 10% 6%
11% 10% 11%
33%
12% 9% 9%
6%
9%
6%
29%
6% 7%
5% 4% 6% 0,4% 2%
66
Fig, 4.10 – Transmitâncias solares no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono
4.2.2 ILUMINÂNCIAS HORIZONTAIS EM PONTOS DE REFERÊNCIA NO PLANO DE TRABALHO
As iluminâncias horizontais foram medidas em dezoito pontos distribuídos de forma adaptada à área
nos compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de
iluminância horizontal exterior.
Os resultados obtidos estão indicados nas Fig.5.11 à Fig. 5.19 são indicados os valores medidos nas
situações acima descritas, nos compartimentos com estores brancos e cinza. De notar que os
símbolos e não representam o valor exato mas sim uma referência da incidência de radiação
solar direta no ponto em questão para a opção sem sombreamento e com lâminas a 0º.
a) 9:00 TSV, Solstício de Verão b) 9:00 TSV, Equinócio de Outono
0
5
10
15
20
tran
smit
ânci
a so
lar
(%) 12:00 TSV
Branco
Cinza
0
5
10
15
20
tran
smit
ânci
a so
lar
(%) 15:00 TSV
Branco
Cinza
b) 12:00 TSV, Equinócio de Outono a) 12:00 TSV, Solstício de Verão
a) !5:00 TSV, Solstício de Verão b) 15:00 TSV, Equinócio de Outono
0
5
10
15
20tr
ansm
itân
cia
sola
r (%
) 9:00 TSVBrancoCinza
0
5
10
15
20
tran
smit
ânci
a so
lar
(%) 9:00 TSV
BrancoCinza
0
5
10
15
20
tran
smit
ânci
a (%
) 15:00 TSVBranco
Cinza
0
5
10
15
20
tran
smit
ânci
a so
lar
(%) 12:00 TSV
Branco
Cinza
10%
4%
1% 3% 2%
4%
3%
3% 4% 4%
3%
12%
4% 3% 3%
2% 1% 0,3%
3%
2% 2%
11%
0,5% 1% 3%
3% 3%
5%
15%
3%
2% 2%
14%
0,1%
1% 2% 2%
3% 4% 3% 4%
2% 3%
1% 1% 0,3%
4% 3% 2%
2% 1% 3%
9%
2% 2% 1% 0,2%
17%
7%
5% 3%
5% 4%
1% 4% 5%
2% 2%
1% 0,3%
67
Fig, 4.11 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 9:00 TSV sem sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono
a) Branco
b) Cinza Fig. 4.12 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 81140 lux e 96920 lux.
a) Branco
b) Cinza Fig. 4.13 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 41820 lux 67490 lux.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3
Ilu
min
ânci
as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3
Ilu
min
ânci
as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3
Ilu
min
ânci
as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3
Ilu
min
ânci
as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
a) Branco b) Cinza c) Branco d) Cinza
lux 500
1000
1500 2000
2500
3000
500
1000
1500
1000
2000
2500
3000
1000
1500
2000
2500
3000
1500
2000
2500
3000
68
Nas iluminâncias interiores horizontais registadas no período da manhã, é possível verificar a
influência da cor dos estores (𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%), em ambas as datas, principalmente em
posições com as lamelas a 0º e a 0º+45º, cujos valores no compartimento com sombreamento branco
se aproximam bastante dos registados sem sombreamento. Este fato deve-se à maior área de lamela
exposta potenciar os efeitos de reflexão.
No Solstício de Verão, é possível verificar uma sobreposição de valores nas posições de 45º e de
0º+fechado, facto que se repete em Setembro, porém com menos expressão. Isto deve-se ao facto
da reflexão que ocorre na posição de estores onde metade do sombreamento se encontra a 0º se
aproxima da totalidade do sombreamento a 45º.
De uma forma geral, os valores registados no Equinócio de Outono são bastante superiores em todas
as posições, o que se deve à posição mais baixa do Sol, sendo inclusive possível a incidência direta
do Sol através do sombreamento na posição com as lamelas na horizontal.
Fig. 4.14 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 12:00 TSV sem sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono
a) Branco b) Cinza c) Branco d) Cinza
lux
500
1000
1500
500
1000
1500
2000
2500
3000
500
1000
2000
500
1000
1500
2000
2500
3000
1500
69
a) Branco
b) Cinza Fig. 4.15 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 112610 lux e 116820 lux.
a) Branco
b) Cinza Fig. 4.16 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 86120 lux e 88200 lux.
No que diz respeito aos valores registados ao meio-dia solar, verifica-se uma grande similaridade nas
distribuições interiores, à exceção do compartimento com sombreamento branco no Equinócio de
Outono, onde os valores são completamente discrepantes dos restantes. Aqui pode-se concluir que a
cor dos estores tem maior influência na iluminância horizontal interior no Equinócio de Outono pois a
incidência mais horizontal da radiação solar aumenta a componente da reflexão verificada nas
lamelas. O facto do Sol se encontrar mais alto ao meio-dia solar, aumenta o bloqueio da radiação
através das lamelas, o que provoca a diminuição dos valores da na distribuição interior.
Nos três gráficos restantes encontram-se pontos comuns, nomeadamente a linearidade dos valores
ao longo do eixo, que rondam o intervalo entre 0 e 500 lux e a sobreposição dos perfis relativos às
posições de com inclinação de 45º, 0º+45º e 0º+fechado. Isto deve-se à posição mais alta do Sol que
torna o valor das iluminâncias interiores mais uniforme ao longo do eixo perpendicular ao vão. Uma
exceção à similaridade de valores, é a posição com lamelas horizontais, que se distância dos valores
restantes devido à maior área de lamela exposta a reflexões, principalmente nos pontos mais
próximos do vão.
Outro facto único é a distância significativa registada entre os valores sem sombreamento e com
qualquer sombreamento no compartimento com estores cinza, nas medições efetuadas em
Setembro. Pode-se então concluir que os estores cinza apresentam uma grande obstrução à
iluminação natural, às 12:00 TSV do Equinócio de Outono.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3
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min
ânci
a h
or.
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x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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3000
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min
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a h
or.
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
500
1000
1500
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min
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or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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1000
1500
2000
2500
3000
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Ilu
min
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as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
70
Fig. 4.17 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 15:00 TSV sem sombreamento: a)Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono.
a) Branco
b) Cinza
Fig. 4.18 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 101700 lux e 110570 lux.
a) Branco
a) Cinza
Fig. 4.19 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 84700 lux e 82040 lux.
0
500
1000
1500
2000
2500
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3500
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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min
ânci
as h
or.
(lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
a) Branco b) Cinza c) Branco d) Cinza
lux
500
1000
500
1000
500
1000
1500
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2500
3000
500
1000
1500
2000
2500
3000
71
À semelhança do que ocorre a outras horas do dia, a linearidade de valores entre os 0 e 500 lux
verificada na maioria dos gráficos é apenas contrariada no compartimento com sombreamento branco
aquando das medições do Equinócio de Outono e nos valores relativos à posição horizontal de
estores, o que se deve ao fator de reflexão que tem maior expressão quanto maior a área de lamela
exposta, e à posição baixa do Sol, que potencia as reflexões e encontra menos obstrução através das
lamelas.
A maior diferença é verificada em Setembro no compartimento com sombreamento cinza
(𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%), onde, embora haja a incidência direta do Sol nas medições sem
sombreamento, os valores máximos da posição horizontal rondam os 1250 lux, valor apenas
aproximado pelos registados na posição de 45º no compartimento no compartimento com
sombreamento branco, o que significa que a posição do Sol às 15:00 TSV potencia a incidência da
radiação nas lamelas, possibilitando assim uma maior reflexão.
4.2.3 IRRADIÂNCIAS HORIZONTAIS NO EIXO CENTRAL PERPENDICULAR AO VÃO
A irradiâncias horizontais interiores (Fig. 5.20 a Fig. 5.25) foram medidas em seis pontos no eixo
central perpendicular ao vão, a uma cota de 0,70 m, nos compartimentos com os sombreamentos
brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de irradiância horizontal exterior. Nas Fig. 5.20 a
5.25 apresentam-se os valores das irradiâncias horizontais registadas no Solstício de Verão e no
Equinócio de Outono às 9:00 TSV, 12:00 TSV e 15:00 TSV.
a) Branco
b) Cinza
Fig. 4.20 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 671,1 W/m2 e 803,5 W/m2.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as h
or.
(W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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Irra
diâ
nci
as h
or.
(W
/m2)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º
72
a) Branco
b) Cinza
Fig. 4.21 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 440 W/m2 e 562,2 W/m2.
Analisando os valores das irradiâncias horizontas das Figuras 5.20 e 5.21 registados às 9:00 TSV
respetivamente no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono, verifica-se uma grande obstrução da
radiação nos sombreamentos, em relação à medição sem sombreamento, nomeadamente no
compartimento com sombreamento cinza, onde a discrepância de valores de irradiâncias horizontais
com e sem sombreamento chega a atingir os 3W/m2 para os ângulos de lamelas a 0º. Isto deve-se ao
fato da refletância das lamelas cinza ser inferior às das lamelas brancas, o que é ainda mais notório
na posição horizontal das lamelas. Este fato é divergente nos sombreamentos brancos em ambas as
alturas do ano, onde a inclinação de 0º se aproxima bastante dos valores sem sombreamento, o que
se deve às reflexões verificadas na posição horizontal, onde a área de lamela exposta é maior e à
posição baixa do Sol, que favorece a maior penetração na posição horizontal.
De notar que a distribuição das irradiâncias ao longo do eixo se desenvolve de forma idêntica para o
mesmo compartimento no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono, embora com valores
bastante mais elevados em Setembro.
Em Julho observa-se uma grande obstrução à radiação na posição de 45º+fechado, devido à grande
obstrução verificada em posições mais altas do Sol como as que ocorrem no Solstício de Verão. A
distribuição dos valores de irradiâncias horizontais nesta posição encontra-se bastante próxima da
posição totalmente fechada.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3
Irad
iân
cias
ho
r. (
W/m
2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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Irra
diâ
nci
as h
or.
(W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
73
a) Branco
b) Cinza
Fig. 4.22 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 982,4 W/m2 e 1011,2 W/m2.
a) Branco
c) Cinza
Fig, 4.23 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 776,8 W/m2 e 798,3 W/m2.
Tendo em conta os valores exteriores mais elevados em Julho e a distribuição dos valores de
Setembro, pode-se concluir que o ângulo do Sol influencia bastante as irradiâncias interiores ao meio-
dia solar (Fig. 5.22 e 5.23), havendo mesmo penetração da luz direta do sol no compartimento com a
inclinação das lâminas a 0º devido à sua posição perpendicular aos vãos. É ainda visível a
convergência dos valores no compartimento com sombreamento branco no Solstício de Verão a partir
da distância de 0,75 m do vão, entre as posições de 0º, 0º+45º e 45º (Fig. 5.22 a)) com valores de
0º+45º inferiores aos de 45º. Pode-se então concluir que a influência da inovação destes
sombreamentos relativa à dupla inclinação das lamelas não tem muita expressão nas situações
referidas.
Devido à posição baixa do Sol às 12:00 TSV no Equinócio de Outono (Fig. 5.22 a)), é ainda verificado
um fenómeno excecional de valores superiores na posição de 0º+fechado em relação à de 45º, pois a
reflexão da radiação nas lamelas a 0º é potenciada pelo ângulo do Sol.
0
1
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Irra
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Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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or.
(W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
74
a) Branco
b) Cinza
Fig. 4.24 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 976,4 W e 905,7 W/m2.
a)
b)
Fig. 4.25 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 747,1 W/m2 e 767,9 W/m2.
As irradiâncias horizontais registadas as 15:00 TSV (Figuras 5.24 e 5.25), são bastantes divergentes
no que diz respeito às duas alturas do ano, nomeadamente no compartimento com sombreamento
branco, onde todas as posições de estores no Solstício de Verão (Figura 5.24) têm valores apenas
semelhantes às posições parcial ou totalmente fechadas no Equinócio de Outono (Figura 5.25). Este
facto deve-se à posição mais frontal do Sol em relação aos vãos e do ângulo mais baixo do Sol
verificado no Equinócio de Outono.
Nas quatro medições, existe uma grande semelhança de valores entre a posição de 0º+45º e 45º,
sendo esta mais evidente no Solstício de Verão, em ambas as cores de estores (Fig. 5.24 a e b)).
No compartimento com sombreamento cinza, às 15:00 TSV, verifica-se em ambas as datas uma
distribuição bastante linear ao longo dos pontos do eixo, excetuando a inclinação de 0º em Setembro
(Figura 5.25), cujos três primeiros valores são bastante mais elevados que os restantes devido à
reflexão da radiação nas lamelas.
O fato dos valores serem superiores na posição das lamelas a 0º no Equinócio de Outono em relação
à mediação sem sombreamento, deve-se a erros de medição provocados pela diferença horária entre
os dois registos (34 minutos) e a consequente diferença de valores de irradiâncias horizontais
exteriores.
0
1
2
3
4
5
6
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Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
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/W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
75
4.2.4 ILUMINÂNCIAS, IRRADIÂNCIAS E FATOR DE LUZ DE DIA VERTICAIS
Foram também medidas as irradiâncias e iluminâncias verticais em todos os períodos e posições das
lamelas, além do FLD vertical ao nível do olhos que pretende quantificar o ambiente luminoso interior.
Nas Figuras 5.26 e 5.27 mostra-se, a título de exemplo, os resultados das iluminâncias e irradiâncias
verticais para o Equinócio de Outono às 12:00 TSV. Os restantes resultados podem ser encontrados
nos Anexos 1, 2 e 3. Como se pode observar pela comparação das Figuras 5.26 e 5.27 com as Fig.
5.15 e 5.22, a influência da inclinação das lamelas nas irradiâncias e iluminâncias em plano vertical
seguem a mesma tendência das em plano horizontal. No entanto, os registos de irradiâncias e
iluminâncias verticais são mais afetados pelas componentes de reflexão nas superfícies pelo que o
seu estudo carece de uma análise mais aprofundada e complexa.
a)
b) Fig. 4.26 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. 4.27 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
0
1000
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3000
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min
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. (lu
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distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
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2000
3000
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Ilu
min
ânci
as v
ert
. (lu
x)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
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0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2)
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
76
4.2.5 TEMPERATURA E HUMIDADE RELATIVA
A avaliação da temperatura e humidade relativa interior teve lugar no mês de Agosto, sob condições
exteriores de céu limpo. O registo com a duração de um dia para cada inclinação de estores
representada na secção 4.3.2, foi efetuado de forma contínua, num período entre as 9 e as 17 horas,
como referido na metodologia presente na secção 4.2.
Tendo em conta que a célula de teste onde foram efetuados os ensaios, embora se encontre dividida
em dois compartimentos independentes do ponto de vista da iluminação natural, não configura duas
áreas distintas relativamente ao ambiente térmico, os valores registados em ambas as áreas de
influência dos estores foram bastante semelhantes. Por este motivo, foi adotado um único valor
representativo da influência da inclinação de ambos os estores na elaboração dos gráficos. Nas Fig.
5.28 à Fig. 5.35 estão representados os gráficos dos registos das temperaturas, radiação solar no
exterior e humidades relativas onde é possível identificar a influência da inclinação e posição dos
estores nos valores interiores.
Fig. 4.28 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) sem sombreamento:
Fig. 4.29 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º
0
200
400
600
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
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o s
ola
r (W
/m2)
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ºC)
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30
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Hu
m. r
ela
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(%
)
HoraHr_int Hr_ext
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Rad
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/m2)
Tem
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ºC)
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Hu
m. r
ela
tiva
(%
)
Hora
Hr_int Hr_ext
a) b)
a) b)
77
Fig. 4.30 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º+45º
Fig. 4.31 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º
Fig. 4.32 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b ) com sombreamento fechado (90º)
0
200
400
600
800
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Rad
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/m2 )
Tem
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HoraRadiação Tint Text
30
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Hu
m. r
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(%
)
HoraHr_int Hr_ext
0
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Rad
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o s
ola
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/m2 )
Tem
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ratu
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ºC)
HoraRadiação Tint Text
30
40
50
60
70
09:00 13:48 18:36
Hu
m. r
ela
tiva
(%
)
HoraHr_int Hr_ext
0
200
400
600
800
1000
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23
25
27
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09:00 11:24 13:48 16:12 18:36
Rad
iaçã
o s
ola
r (W
/m2)
Tem
pe
ratu
ra (
ºC)
HoraRadiação Tint Text
30
40
50
60
70
09:00 13:48 18:36
Hu
m. r
ela
tiva
(%
)
HoraHr_int Hr_ext
a) b)
a)
b)
a) b)
b)
78
Fig. 4.33 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º+90º
Fig. 4.34 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano
horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º+90º
Na análise dos valores das temperaturas e humidades relativas nos diferentes dias, e, tendo em
conta as diferentes inclinações de estores, é notória a diferença entre as posições de referência (sem
sombreamento e com sombreamento fechado). Em todas as situações foram assinalados valores
superiores de temperatura no interior da célula de teste, fato não espectável nem desejável na
estação de arrefecimento (Agosto). Este facto deve-se às características construtivas e da envolvente
construída da célula de teste, nomeadamente a sua implantação sem edifícios próximos, o
isolamento térmico da envolvente, nomeadamente a constituição das paredes e cobertura, a elevada
área de envidraçados e a deficiente de ventilação natural. A elevada área de envidraçados contribuiu
de forma considerável para os ganhos solares e logo para o sobreaquecimento do espaço interior da
célula. Para além disso, também é importante referir que os valores médios de temperaturas
exteriores registados se encontram abaixo dos normalmente verificado no mês de Agosto, como
explanado na secção 2.1.2. Ainda assim, é, possível a perceção da barreira térmica formada pelos
diferentes níveis de obstrução consequentes da posição e inclinação dos sombreamentos. Na
situação de estores a 45º+90 e 90º, onde as temperaturas exteriores são as mais elevadas, chegando
a ultrapassar os 28ºC, a curva da evolução crescente da temperatura interior é bastante inferior da
0
200
400
600
800
1000
19
21
23
25
27
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/m2 )
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m. r
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(%
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HoraHr_int Hr_ext
a)
b)
a) b)
b)
79
registada no exterior da célula (Fig.5.32). À medida que o valor da temperatura aumenta, a humidade
relativa decresce, com uma evolução semelhante no interior e exterior da célula. A posição horizontal
das lâminas confere um ambiente térmico interior semelhante à situação sem sombreamento, com a
diferença de cerca de 1ºC em todo o dia (Fig. 5.26 e 5.27).
Fig. 4.35 – Diferença entre a temperatura interior e a temperatura ar-sol
Verifica-se também que os valores registados de temperatura interior se relacionam com a radiação
solar global incidente, em particular na situação sem sombreamento. Devido à fraca inércia térmica
da construção não existe um desfasamento temporal nem um amortecimento relevante entre os picos
de temperatura e radiação solar exterior e o pico de temperatura interior.
Uma vez que as medições de temperaturas e humidade relativa com as diferentes posições das
lamelas foram efectuadas em dias diferentes e, logo, com condições climáticas (de temperatura e
radiação exterior) também distintas foi também calculado para cada posição de lamelas a diferença
entre a temperatura ambiente interior (Tint) e a temperatura ar-sol (Tar-sol) como se mostra na Fig. 5.35.
A temperatura ar-sol (Tar-sol) é uma temperatura fictícia que produz o mesmo fluxo de calor através
de um elemento de construção que o efeito combinado de radiação solar e de temperatura do ar
exterior e que pode ser calculada pela seguinte equação:
Tar-sol=Text+Rad x Ser
onde Tar-sol é a temperatura ar-sol (ºC), Text é a temperatura ambiente exterior (ºC), é a absortância
solar da superfície (que foi considerada igual a 0.18), Rad é a radiação solar incidente (W/m2) e Rse é
a resistência térmica superficial exterior (que, de acordo com REH (2013), toma o valor de 0.04
m2ºC/W).
Analisando o gráfico representado na Fig. 5.35, é possível verificar a grande obstrução da posição
fechada dos estores, e das inclinações 45º+90º em relação às restantes posições. As posições de 0º
e abertas representam a menor obstrução à temperatura exterior, diferindo nas horas mais próximas
-10
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-2
0
2
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Tin
t-Ta
r-so
l
HOra
Aberto
0º
0º+45º
45º
0º+90º
45º+90º
Fechado
80
do nascer e pôr-do-sol, onde os 0º dos estores exercem maior obstrução. Este facto deve-se à
posição alta do Sol em horas próximas do meio-dia solar, onde o contorno do vão de 0,20 m é
suficiente para sombrear de forma eficaz o interior da célula. Por outro lado, as inclinações mais
suscetíveis à mudança de posição do Sol ao longo do dia são as de lamelas a 45º na parte inferior do
sombreamento (0º+45º e de 45º),sendo que ambas representam uma menor barreira às condições
exteriores nas horas próximas do meio-dia solar.
De um modo geral, as distribuições de temperaturas e humidades relativas ao longo do dia seguem a
tendência espectável de maior obstrução ao calor, quanto mais fechados se encontrarem os estores
e as inclinações de 0º+45º e 45º são as mais afetadas pelas horas do dia onde o Sol está mais baixo.
81
CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
A abordagem do tema presente no atual trabalho é de enorme importância na garantia de um futuro
sustentável no que diz respeito à arquitetura. Para além da utilização de novos materiais e
tecnologias sustentáveis na criação de uma arquitetura bioclimática1, é cada vez mais pertinente a
necessidade de um maior conhecimento técnico por parte dos arquitetos, de modo a ser possível
uma tomada de decisão mais crítica e objetiva acerca dos materiais e técnicas construtivas a serem
adotadas. A área de conhecimento da física das construções é, portanto, fundamental na
compreensão das características físicas dos materiais e na sua influência no conforto ambiental
interior dos ocupantes. Assim, é possível projetar edifícios com maior conforto interior através da
manipulação das condições exteriores, ao longo do dia e nas diferentes alturas do ano.
Relativamente aos sombreamentos utilizados em arquitetura, nomeadamente estores venezianos, há
que ter em atenção a utilidade dos mesmos segundo a orientação, geometria e dimensão dos vãos
onde são instalados. Em posições altas do Sol, nomeadamente ao meio-dia solar do Solstício de
Verão no Hemisfério Norte, a inclinação horizontal dos sombreamentos é mais eficaz na orientação
Sul, pois funciona como uma pala horizontal e causa uma barreira à penetração da radiação direta.
Também o contorno do vão de cerca de 0,20 m por se tratar de uma fachada de dupla pele com o
dispositivo de sombreamento na caixa-de-ar confere um maior sombreamento em horas em que o Sol
tem maiores ângulos relativamente à zona de implantação. Tendo em conta a mesma posição de
sombreamentos, esta é praticamente ineficaz quando orientada a Poente ou a Nascente. Isto deve-se
à baixa posição do Sol e ao menor ângulo verificado na direção da radiação Solar. Posto isto, as
inclinações mais eficazes a Poente e a Nascente são as que incluem as lamelas a 45º pois, através
da reflexão da luz nas mesmas e posteriormente no teto, existe um aumento das iluminâncias no
interior dos compartimentos, ao mesmo tempo que se evita a penetração excessiva e o aumento do
efeito de encadeamento nos ocupantes. Sendo assim, a orientação dos vãos mais eficaz no que diz
respeito ao controlo solar é a Sul, pois na estação de arrefecimento é de mais fácil sombreamento,
devido à posição alta do Sol quando este se encontra a Sul e na estação de aquecimento é favorável
a ganhos solares positivos, permitindo assim o aumento natural da temperatura interior.
Com o trabalho experimental efetuado numa célula de teste exterior no LNEC foi possível a análise
objetiva de um tipo de dispositivos sombreamentos inovadores e o seu impacte no conforto ambiental
interior. Foi possível concluir que a dupla inclinação confere maior eficiência aos estores venezianos
no que diz respeito à proteção solar, ao controlo e modelação da luz natural, conseguindo uma maior
uniformidade de iluminâncias relativa à área do compartimento e um consequente controlo do
encandeamento provocado por contrastes excessivos de luz. Embora os dispositivos tradicionais
concedam uma proteção solar bastante razoável através da rotação das lamelas até 90º, a dupla
1 Define-se arquitetura bioclimática como a técnica de desenho dos espaços habitáveis tendo em conta as condições
climáticas e utilizando os recursos disponíveis na natureza.
82
inclinação dos estores permite o fornecimento de níveis intermédios de iluminação natural, com
valores que anteriormente eram de impossível alcance, nomeadamente entre a posição totalmente
fechada e de lâminas a 45º, alcançados através das inclinações de 45º+90º e 0º+90º. Também a
inclinação de 0º+45º atinge valores de iluminação no interior que se situam entre os registados com
as lâminas horizontais e a 45º.
A grande vantagem destes sombreamentos inovadores é o controlo do encandeamento, em particular
no plano de trabalho. Com a possibilidade de uma maior obstrução na zona inferior do
sombreamento, seja com as lamelas fechadas ou a 45º, é possível reduzir o valor das iluminâncias
que atingem o plano de trabalho junto ao vão em inclinações como a horizontal, mantendo, ainda
assim, um nível mínimo de iluminâncias necessário às diferentes tarefas em posições mais afastadas
do vão. Uma maior eficácia da iluminação natural é possível através de reflexões nas lamelas (a 45º)
e na entrada direta de radiação combinada com reflexões nas lamelas (a 0º), que tornam o ambiente
luminoso mais uniforme.
O efeito de reflexão é passível de ser confirmado através dos registos sob condições de céu
encoberto, onde as iluminâncias exteriores são bastante inferiores e não existe uma direção
predominante da radiação. Com a redução das reflexões, a inclinação de lamelas a 45º confere uma
obstrução à iluminação natural só comparável à existente em inclinações de 45º+90º e com os
sombreamentos totalmente fechados. Em situações de céu limpo, a posição de lamelas a 45º
representa níveis de iluminação mais elevados e próximos da posição de 0º+45º. Este efeito de
reflexão nas lamelas, dependente da reflectância de cada material (𝜌branco=68%, 𝜌cinza=40%) também
é bastante percetível na avaliação efetuada no compartimento com sombreamentos cinza, onde,
embora se verifique uma distribuição interior semelhante à registada no compartimento com
sombreamentos brancos, os valores de iluminâncias são inferiores, maioritariamente em posições
que incluam as lâminas horizontais ou a 45º.
Tendo em conta as conclusões retiradas da avaliação experimental, é importante referir que, para
uma análise exata e completa, é necessário uma extrapolação relativa a todas as alturas do ano, só
possível com valores sob condições de céu limpo registados em Dezembro. Como desenvolvimento
futuro, considera-se haver necessidade de uma repetição das medições já efetuadas em dias de céu
limpo, no Solstício de Inverno (Santos, 2003). Para além destas medições, existe também a
necessidade da repetição dos ensaios efetuados sob condições de céu encoberto de inverno, de
modo a minimizar os erros experimentais e a garantir uma maior exatidão nos resultados.
Tomando em consideração os valores já conseguidos das iluminâncias verticais em quatro direções
perpendiculares e iluminâncias e irradiâncias verticais no eixo perpendicular ao vão, é importante a
execução de um análise futura mais aprofundada de modo a conseguir fazer uma crítica comparativa
das diferentes inclinações de estores e das cores dos mesmos. Esta análise é bastante complexa e
minuciosa uma vez que os valores registados são dependentes de vários fatores externos a ter em
conta, como a radiação que incide diretamente nos pontos, à altura de 1,5 m, é função as diferentes
reflexões nas paredes, teto, pavimento e edifícios fronteiros e, até mesmo do albedo do pavimento
83
(quantidade refletida da luz que incide na superfície) exterior que influência o valor registado pelos
sensores verticais.
Finalmente, o estudo acerca do conforto interior deve ser complementado com opiniões dos
ocupantes de edifícios reais que disponham deste tipo de sombreamentos, relativamente às
condições estudadas de forma experimental. O questionário das condições de iluminação,
sombreamento, temperatura e conforto deve ser efetuado a um número elevado de ocupantes do
espaço estudado, podendo assim confirmar ou contrariar as conclusões conseguidas através da
análise experimental das características físicas do ambiente interior e dos dispositivos de
sombreamento.
85
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93
A iluminâncias verticais foram medidas em seis pontos no eixo central perpendicular ao vão, nos
compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de
iluminância vertical exterior.
a)
b) Fig. A-1.1– Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 9:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. A-1.2 - Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. A-1.3 – Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
0
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a)
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Fig. A-1.3- Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. A-1.5 – Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
Fig. A-1.6 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
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As iluminâncias verticais em quatro direções perpendiculares foram aferidas em dias de céu limpo no
Solstício de Verão e Equinócio de Outono, através da medição com um sensor vertical a uma cota de
1,5 m, como referido na secção 4.2. Simultaneamente foram registados os valores da iluminâncias
verticais exteriores na face do vão. Nas figuras A-2.1 à A-2.6 estão representados os valores das
iluminâncias verticais ao nível dos olhos em lux.
Fig. A-2.1 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 9:00 TSV no Solstício de Verão
Fig. A-2.2 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 12:00 TSV no Solstício de Verão
354
1540
623 870
348
1395
708 518
39
131
65 73
53
223
101 83
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344
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99
382
160 199
149
583
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207
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261 213
255
378
486 378
197
746
293 387
247
1088
456 327
170
655
234 303
281
1185
370 501
280
1089
514 360
31
134
46 65
46
192
94 76
72
243
92 123
96
381
166 131
86
390
120 100
115
445
211 176
187
815
310 244
152
682
250 294
180
793
290 223
149
705
241 262
178
764
308 234
120
477
174 204
98
Fig.A-2.3 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 15:00 TSV no Solstício de Verão
Fig.A-2.4 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 9:00 TSV no Equinócio de Outono
Fig. A-2.5 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 12:00 TSV no Equinócio de Outono
203
820
328 384
198
826
391 220
33
106
45 59
32
128
64 38
75
316
80 149
73
253
125 88
80
380
108 149
76
327
167 121
119
472
181 211
137
551
249 194
131
556
210 244
157
660
319 172
144
671
259 255
161
689
288 243
354
1540
623 870
779
3132
1627 1737
46
148
82 66
93
423
201 141
128
589
213 239
212
1078
441 308
230
978
426 610
308
1440
708 629
275
1170
470 506
390
1950
1050 530
380
1415
599 720
560
2350
1180 760
144
671
259 255
730
2900
1520 1200
640
2500
1370 1020
590
2160
1320 820
42
138
66 61
46
192
94 76
121
537
193 200
210
940
420 250
165
708
291 340
249
1020
470 350
255
1190
580 320
388
1705
776 430
272
1190
497 1507
377
1720
776 502
290
1140
572 505
455
1884
925 649
99
Fig. A-2.6 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 15:00 TSV no Equinócio de Outono
Os FLD verticais em quatro direções perpendiculares foram aferidas num dia de céu encoberto,
através da medição com um sensor vertical a uma cota de 1,5 m, como referido na secção 4.2.
Simultaneamente foram registados os valores da iluminâncias verticais exteriores na face do vão. Nas
figuras A-2.1 à A-2.6 estão representados os valores dos FLD verticais ao nível dos olhos em
percentagem.
Fig. A-2.7 – FLD verticais em quatro direções sob condições de céu encoberto
395
1870
890 805
382
1840
1040 610
55
183
93 91
64
273
140 102
102
361
149 142
150
687
308 225
126
586
258 256
185
861
408 311
187
721
288 344
285
1421
660 420
227
1063
458 361
322
1490
699 515
273
1054
487 470
368
1530
705 577
1,7%
8,3%
3,7% 5,0%
0,7%
2,9%
1,8% 1,1%
0,2%
0,8%
0,3% 0,3%
0,2%
0,5%
0,4% 0,4%
0,3%
1,4%
0,5% 0,5%
0,3%
2,2%
0,8% 0,8%
0,7%
4,8%
1,3% 1,9%
0,8%
4,8%
1,9% 1,6%
0,7%
3,0%
0,8% 1,3%
0,8%
0,5%
2,3% 1,2%
1,0%
6,4%
2,0% 2,1%
1,4%
4,9%
3,7% 1,7%
1,2%
6,7%
2,3% 2,8%
0,4%
1,8%
0,7% 0,8%
103
A irradiâncias horizontais foram medidas em seis pontos no eixo central perpendicular ao vão, nos
compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de
irradiâncias vertical exterior.
a)
b)
Fig. A-3.1– Irradiâncias verticais no Solstício de Verão, às 9:00 TSV: a) Sombreamento branco; b) Sombreamento cinza
a)
b) Fig. A-3.2 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono, às 9:00 TSV: a) Sombreamento branco; b) Sombreamento cinza
a)
b)
Fig. A-3.3 – Irradiâncias verticais no Solstício de Verão às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2)
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2
)
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
104
a)
b) Fig. A-3.4 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. A-3.5 – Irradiâncias verticais no Solstício de Verão às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
a)
b) Fig. A-3.6 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto
90º
45º+90º
0º+90º
45º
0º+45º
0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º
0
5
10
15
20
0 1 2 3
Irra
diâ
nci
as v
ert
. (W
/m2 )
distância ao vão (m)
Aberto
90º45º+90º
0º+90º45º0º+45º
0º
107
Como referido anteriormente, as medições das condições de iluminação, devem ser efetuadas num
período de tempo reduzido. Assim, é necessário a participação de três pessoas nas medições, de
forma a conseguir resultados simultâneos nas duas áreas influenciadas pelos estores brancos e
cinza. Posto isto, foram utilizados os seguintes aparelhos na monitorização:
BF5 Sunshine Sensor instalado no exterior da célula,
numa zona alta e sem obstruções da radiação solar. Este
sensor é ligado a um computador que se encontra no
interior da célula, sendo assim possível registar os valores
de forma instantânea ao ocorrente no exterior, ao mesmo
tempo que são registados num ficheiro de txt. O sensor
BF5 regista os valores exteriores das iluminâncias e
irradiâncias horizontais, na sua componente total e difusa.
Datalogger Li-1400 programado para a medição de
irradiâncias em W/m2. Três sensores piranómetros LI-
COR são ligados aos canais principais do logger, sendo
um colocado na face exterior vertical da célula, com o
objetivo de medir a irradiância vertical exterior e dois
colocados no interior da célula, com o objetivo de serem
controlados por duas pessoas em simultâneo nas duas
divisões da célula, medindo as irradiâncias interiores
verticais e horizontais.
Datalogger Li-1400 programado para a medição de
iluminâncias em lux ou klux. Dois sensores luxímetros LI-
COR são ligados aos canais do logger, sendo um
colocado na face exterior vertical da célula, à semelhança
do que acontece com o sensor piranómetro, com o
objetivo de medir a iluminância exterior vertical e outro
colocado no interior da mesma, com o objetivo de ser
controlado por uma pessoa, averiguando as iluminâncias
verticais e horizontais interiores.
Datalogger Li-250 com sensor individual programado para a medição de iluminâncias em lux ou
klux. Um sensor luxímetro LI-COR é ligado ao logger, de modo a obter os valores do interior da
célula relativos às iluminâncias verticais e horizontais. Este Datalogger é utilizado ao mesmo
108
tempo do sensor luxímetro instalado no datalogger Li-1400 colocado no interior da célula, de
modo a obter valores simultâneos nas duas divisões da célula.
Dois termohigrómetros Rotronic colocados no interior e no
exterior da célula (à sombra) de modo a fazer uma comparação
dos valores registados simultaneamente nos dois ambientes.
Estes sensores permitem a leitura dos valores registados
instantaneamente da temperatura ambiente e humidade
relativa, e possibilitam a transferência dos registos diretamente
para um ficheiro digital.
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