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Universidade Ibirapuera
Arquitetura e Urbanismo
CONFORTO AMBIENTAL: INSOLAÇÃO E ILUMINAÇÃO
Docente: Claudete Gebara J. Callegaro
2º semestre de 2014
Esfera Celeste e referenciais
-
Representação da esfera celeste - projeções
-
Carta Solar - composição
CARTA SOLAR
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 17/08/2014.
No estudo de insolação com fins arquitetônicos, interessa analisar
os momentos críticos do dia e do ano, em determinado ponto do planeta,
no tocante à salubridade e ao conforto dos ambientes, de modo a
aproveitarmos os recursos naturais de maneira racional e a nos
protegermos de radiações que nos fazem mal ou nos trazem desconforto.
http://www.suapesquisa.com/indios/oca.htm - 19/02/2013
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Igloo_outside.jpg – 19/02/2013
http://www.rosenbaum.com.br/wp-content/uploads/2011/08/Zarzur_Sant
o-Antonio_Fachada_Diurna_HRB.jpg
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Os movimentos relativos da Terra em relação ao Sol que interessam ao estudo de insolação para a Arquitetura são: •Rotação da Terra sobre seu próprio eixo – 24 horas (dia e noite) •Translação da Terra em torno do Sol (elipse) – 365 dias e ¼ (estações do ano)
23,5°
Intervenção sobre imagem captada no video http://www.youtube.com/watch?v=6i0qtbsoy64
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Celebração do equinócio na Pedra da Cabeleira, em Foz do Coa, Portugal, sítio arqueológico declarado Patrimônio Cultural da Humanidade. Imagem obtida em http://www.vida-e-tempos.com/2012_09_01_archive.html.
A visão antropocêntrica que os
antigos tinham do céu continua
servindo para os estudos de
insolação.
Constelação de Órion, como exemplo de interpretação do céu visto da Terra. Imagem obtida em
http://stora97.agmra.pt/7ano/a1universo_7ano.htm#COORDENADAS_CELESTES,
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Na Arquitetura, não se estuda a
trajetória da Terra ao redor do Sol, mas a TRAJETÓRIA APARENTE
do Sol em relação à Terra.
O ponto de partida é, portanto, um OBSERVADOR específico
(pessoa, edifício, cidade), quaisquer que sejam suas dimensões
e localização na Terra.
Esfera Celeste e posicionamento relativo da Terra. Imagem obtida em http://stora97.agmra.pt/7ano/ a1universo_7ano.htm#COORDENADAS_CELESTES O Observador é sempre
colocado no centro do universo.
Isso é possível por sermos muito pequenos
em relação ao Sol.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-
celeste.htm
Para nós, o que interessa é a situação espaço-temporal
do Sol na ABÓBADA CELESTE, ou seja, na parte da
Esfera Celeste visível para um observador específico.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
A localização espacial do Sol é feita com a
definição de coordenadas que tenham
algum vínculo terrestre para referência.
Para a Carta Solar, utiliza-se o
Sistema Equatorial de Coordenadas,
cujos principais componentes são:
eixo Norte-Sul
meridianos
paralelos
GLOBO TERRESTRE ESFERA CELESTE
SISTEMA EQUATORIAL DE COORDENADAS TERRESTRES E CELESTES
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Imagem obtida em http://www.ssiceplanet.net/
O eixo Norte-Sul da Terra
se prolonga ao infinito, constituindo
o eixo Norte-Sul Celeste.
O plano do Equador terrestre se
estende ao infinito, constituindo o
plano do Equador Celeste.
Intervenção sobre imagem obtida em http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Pelos meridianos celestes,
é possível localizar o Sol a cada hora do dia.
Convencionou-se (1884) o Meridiano de Greenwich como linha central do fuso 0 e, consequentemente, do fuso 12 (180° em relação ao fuso 0).
Na cidade do mesmo nome fica o Observatório Real Britânico.
http://www.apolo11.com/tictoc/fuso_horario_mundial.php
A contagem das horas - UTC (Universal Time Coordinated) é feita a partir da Linha Internacional de Data, que atravessa o Oceano Pacífico de Norte a Sul.
O meio-dia de Greenwich ocorre 12 horas depois da 0 hora no Pacífico. As 6 horas da manhã em São Paulo correspondem a 21 horas no Pacífico.
Relembrando:
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Intervenção sobre imagem obtida em http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-
basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Principais círculos celestes:
•Equador Celeste – corresponde à trajetória solar nos equinócios.
•Paralelos a 23°27’ ao norte e ao sul do Equador Celeste – correspondem à trajetória solar nos solstícios.
Pelos paralelos celestes é possível localizar o
Sol em cada dia do ano.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Imagem obtida em FROTA e SCHIFFER, 1997, p.56.
Interessam-nos para o estudo de insolação e clima para o projeto arquitetônico, a
proximidade do Sol e o ângulo de incidência das radiações solares sobre o plano
em que o Observador se encontra, em cada hora e época do ano.
Como o Observador pode estar em pontos
diferentes da Terra, não é possível se construir
uma única Carta Solar, mas também não é
necessário se fazer uma específica para cada
ponto do globo terrestre.
Basta uma Carta Solar para cada latitude
terrestre (lugar geométrico com todos os
pontos situados a uma mesma distância
angular em relação ao Equador Terrestre).
O plano em que o Observador se localiza é
denominado
PLANO DO HORIZONTE DO OBSERVADOR,
ou Plano do Observador, ou ainda,
Plano Horizontal (PH).
Imagem obtida em http://www.fau.ufrj.br/ apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
PH
O eixo ortogonal (90°) ao Plano Horizontal passando pelo centro (posição do
Observador no centro do Universo) indica o Zênite (acima do observador) e o Nadir
(do lado oposto, não visível para o observador).
O eixo Norte-Sul celeste e o eixo Zênite-Nadir coincidem somente na latitude 0°
(Equador).
PH
O grande desafio é representar as
dimensões espaciais (latitude do Observador e posição do Sol)
e as dimensões temporais (horas e dias)
numa carta bidimensional (Carta Solar).
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
No caso da Arquitetura,
há, ainda, que se transpor as relações
temporais e espaciais dadas na Carta Solar
para épuras e perspectivas.
http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
http://www.mat.uel.br/geometrica/php/gd_t/gd_5t.php
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
CONSTRUÇÃO DA CARTA SOLAR
Instrumentos de medição do movimento solar apresentados no livro Rudimenta Mathematica, de Sebastian Müster, (1489-1552), editado na Basiléia
(Suíça) em 1551. Imagens obtidas em FROTA, 2004:12
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
CAIXA, 2010:70
Heliodón ou Solarscópio – simulação com maquetes físicas.
Programas computacionais - simulação eletrônica.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
(em cada dia do ano)
(em relação ao Norte) (em relação ao Horizonte)
ESTRUTURA DA CARTA SOLAR: integração de 4 grandezas
Os paralelos celestes não são representados na Carta Solar, porque é necessário que cada latitude tenha sua própria carta.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
latitude 24°S
latitude 40°S
latitude 20°N
latitude 0°
Posição das trajetórias do Sol nos solstícios e equinócios , conforme a latitude do lugar, desde o Equador (0°) até os Polos (90°). (CARVALHO, 1970:12-14)
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Embora a trajetória solar em cada dia do ano dependa da latitude
do lugar em que se encontra o Observador,
existe uma condição que não se altera:
nos equinócios,
o dia é igual à noite em qualquer latitude.
Sabe-se, pois, que o Sol nasce exatamente a Leste às 6 horas e
se põe exatamente a Oeste às 18 horas
em qualquer lugar, nesses dias.
A representação dos meridianos celestes é feita partindo-se do princípio de que as 24 horas do dia podem ter sua correspondência espacial no
globo, considerando-se os polos e o paralelo central (Equador) de 360°.
Cada “gomo da laranja” representa um intervalo de 1 hora e corresponde a um fuso horário de 15°.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Para facilitar a leitura, a transposição das horas para as cartas solares é feita por projeção estereográfica, um artifício de cartografia.
Pelo método estereográfico, as distâncias são “distribuídas” de maneira visualmente
mais equilibrada do que se fossem projetadas diretamente sobre o eixo.
Projeção estereográfica dos fusos horários para latitude 0° (Equador)
A representação do círculo das horas na
Carta Solar varia com a latitude do Observador.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
Projeção estereográfica dos fusos horários para latitude 60° ao Sul do Equador
Mesma projeção indicada em Carta Solar obtida pelo programa SOL-AR da
Universidade Federal de Santa Catarina.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
A posição do Sol em relação ao Plano Horizontal do Observador é dada por:
distância angular em relação ao Norte – Azimute solar
distância angular em relação ao Horizonte – Altura solar
http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf
AZIMUTE SOLAR A medida angular obtida é transportada para a PLANTA de arquitetura.
NORTE
http://trekkingbrasil.com/orientacao-com-bussola-e-mapa-parte-4-final/
linhas de azimute
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
SOL Com base em Schiffer (1997), em nossas aulas será adotado
sentido único, horário,
de 0° a 360°, mas há autores que consideram sentido
horário e anti-horário até 180°.
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
ALTURA SOLAR
A medida angular da altura solar é transferida para a Carta Solar por meio de projeção estereográfica (como no caso das horas), para facilitar a leitura.
Em nossas aulas será medida a partir do Horizonte do Observador, porém há autores que adotam como referência o Zênite.
A altura obtida na Carta é transferida para o CORTE, porém antes passa por alguns artifícios.
CORTE
PLANTA
CORBELLA e YANNAS, 2003:213
AZIMUTE SOLAR projeção ortogonal
ALTURA SOLAR projeção
estereográfica
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
VARIÁVEL HORIZONTAL Linha do Horizonte
360 ° <> 0 °
270 °
180°
90 °
PH
Na latitude 24°S, às 12 horas de 22dez (solstício de verão), o Sol estará a pino, ou seja, no zênite do lugar. Isto significa que os raios solares estarão incidindo sobre o Plano do Observador com um ângulo de 90°, ou seja, com a máxima capacidade de insolação. A sombra será um ponto sob o Observador (figura).
Azimutes
Observador em pé, no centro do plano do horizonte,
olhando para o Norte
VARIÁVEL VERTICAL Eixo das Alturas
0 °
90 °
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Tropical-area-mactan-philippines.jpg
CAII - Profª Claudete Gebara J. Callegaro. Última alteração em 24/08/2014.
60 °
HORA
DIA
UNIB – Arquitetura e Urbanismo - Turmas 7 e 8. | Conforto Ambiental: Insolação e Iluminação | Docente: Claudete Gebara J. Callegaro. | Última intervenção em 05 ago 2013
FONTES CONSULTADAS
CARVALHO, Benjamin de A. Técnica da orientação dos edifícios: Insolação, Iluminação, Ventilação. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1970.
Centro de Divulgação da Astronomia. Universidade de São Paulo. CDA - CDCC - USP /SC - 16/06/2000 http://www.cdcc.usp.br/cda/aprendendo-basico/esfera-celeste/esfera-celeste.htm
CORBELLA, Oscar; YANNAS, Simos. Em busca de uma Arquitetura Sustentável para os trópicos - conforto ambiental. Rio de Janeiro: Revan, 2003.
FROTA, Anésia Barros. Geometria da Insolação. São Paulo: Geros, 2004.
MONTEIRO, Celso Antonio. Método de observação simulada do movimento aparente diurno do sol para estudos de insolação e iluminação solar, por meio de maquetes, em projetos arquitetônicos. Dissertação de Mestrado . Universidade Mackenzie. São Paulo, 1998.
http://analisegeo.wordpress.com/dados-cartograficos/
http://pt.scribd.com/doc/19051146/praticaestereogramas
http://trekkingbrasil.com/orientacao-com-bussola-e-mapa-parte-4-final
http://www.apolo11.com/tictoc/fuso_horario_mundial.php
http://www.cienciaviva.pt/equinocio/lat_long/cap4.asp
http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf
http://www.ufrgs.br/labcon/aulas_2009-1/Aula7_GeometriaSolar.pdf
http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto/AMB20061CD3003.pdf