Otimização da luz natural em uma sala de aula: estudo de caso na

Universidade de Santa Cruz do Sul

Débora Cristiele Kummer (1) Camila Prus (2) Gustavo Garcia de Oliveira (3)

(1) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo, UNISC, Brasil.

E-mail: deboracristiele@hotmail.com

(2) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo, UNISC, Brasil.

E-mail: camilaprus@mx2.unisc.br

(3) M.Sc. Eng., Arquiteto, Professor – UNISC, UFPEL, Brasil

E-mail: goliveira@unisc.br

Resumo: Este trabalho tem como objetivo a caracterização, a análise das condições e a elaboração

de projeto para otimização da iluminação natural da sala de aula 5204 – Ateliê 04, localizada no

primeiro andar do bloco 52 da Universidade de Santa Cruz do Sul. Em um primeiro momento, foi

realizado o levantamento “in loco” das características físicas e materiais do ambiente, a medição dos

níveis de iluminância por meio de luxímetros portáteis, bem como, o traçado das curvas isolux e a

avaliação dos níveis de iluminação natural segundo a NBR 5413 - Iluminância de Interiores1. Após,

foi desenvolvida uma proposta de projeto da nova fachada visando à melhoria do desempenho

lumínico do ambiente na qual foram contemplados todos os aspectos relacionados ao projeto de

iluminação natural lateral. Concomitantemente, foi desenvolvido um modelo físico reduzido na escala

1:20 para simulação qualitativa e quantitativa em condições de sol real e, em laboratório, com o

equipamento específico de estudo da trajetória solar denominado Heliodon. Desse modo, com base

nos resultados obtidos foi constatada a ineficiência da iluminação natural diante das condições reais

do ambiente estudado o qual, não atende aos critérios mínimos conforme NBR 5413. Porém, o uso do

modelo reduzido demonstrou com base nas simulações a possibilidade de otimização da luz natural

no ambiente. Por conseguinte, percebe-se que a iluminação natural permite, se corretamente pensada,

economias significativas no consumo de energia, principalmente no caso de salas de aula as quais são

utilizadas em tempo integral.

Palavras-chave: iluminação natural, sala de aula, conservação de energia.

Abstract: This work aims the characterization, analysis of conditions and project design for

daylighting optimization of the classroom 5204 -. Atelier 04, located on the first floor of block 52 at

the University of Santa Cruz do Sul At first was conducted the survey "in loco" the physical

characteristics and environmental materials, the measurement of illuminance levels through portable

Lux meters, as well as the layout of the isolux curves and the evaluation of natural lighting levels

according to NBR 5413 - illuminance Interior. After a proposal for a new façade design aimed at

improving the performance of the luminal environment in which they covered all aspects related to the

lateral natural lighting project was developed. At the same time, it developed a reduced physical

model in 1:20 scale for qualitative and quantitative simulation in real sunny conditions and in the

laboratory with specific equipment to study the solar trajectory called Heliodon. Thus, based on the

1 Atualmente substituída pela ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013 - Iluminação de ambientes de trabalho

Parte 1: Interior

results we obtained it was found the inefficiency of natural light on the actual conditions of the

environment studied which do not meet the minimum criteria according to NBR 5413. However, the

use of the reduced model based on simulations demonstrated the possibility of optimization the natural

light in the environment. Therefore, we can see that the daylight allows, if designed properly,

significant savings in energy consumption, especially in the case of classrooms which are used full

time.

Keywords: natural lighting, classroom, energy conservation.

1. INTRODUÇÃO

Após as duas grandes guerras mundiais surgiram às primeiras crises no sistema energético, cujo ápice

ocorreu em 1973 com a grande Crise do Petróleo. Desde então, diferentes grupos de pesquisa vêm

alertando sobre a necessidade de investimentos estratégicos para atender à crescente demanda de

energia elétrica e políticas adequadas para os diferentes setores econômicos - tecnológicos que

participam da produção, transmissão, fornecimento e consumo. No entanto, pouco se tem utilizado a

iluminação natural de maneira efetiva para minimizar o desperdício de energia, ou seja, muitos

edifícios operam com seus sistemas de iluminação artificial funcionando integralmente ao longo do

dia.

As edificações com fins escolares e suas respectivas salas de aula devem proporcionar a quantidade

mínima e qualidade na distribuição da luz para que os alunos e professores possam realizar suas

tarefas, seja escrevendo a uma distância curta ou visualizando a uma distância longa. Estudos

realizados sobre rendimento escolar, nos quais foram analisados os resultados de 21 mil alunos, em

mais de 2 mil salas de aula, mostram que estudantes que fazem provas em escolas com salas de aula

bem iluminadas e com maior iluminação natural têm um rendimento da ordem de 20% maior em

provas de matemática e de 26% maior em provas de leitura ( Loisos G., 1999)2. Já estudos realizados

na Califórnia, demonstram ainda, que cerca de 40% do consumo energético nas escolas podem ser

atribuídos à iluminação elétrica (Daylighting and windws, 2005). 3

Nesse sentido, destaca-se a importância da elaboração de projetos que visem o aproveitamento da luz

natural em detrimento da luz artificial, ou se for o caso o uso de ambas integradas. Porém, sempre

dando-se enfasê a iluminação natural e apenas complementando a iluminância dos espaços com a

iluminação artificial.

2. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE OTIMIZAÇÃO DA LUZ NATURAL LATERAL

2.1. Objetivos

Tem-se como objetivo a caracterização, a análise das condições existentes no espaço e a elaboração de

um projeto para otimização da iluminação natural lateral da sala de aula 5204 – Ateliê 04, localizada

no primeiro andar do bloco 52 da Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC.

2.2. Justificativa

O presente trabalho teórico-prático se dá no âmbito da disciplina de Conforto Ambiental I –

Iluminação no Curso de Arquitetura e Urbanismo da UNISC, o qual visa a aprovação na disciplina

disposta no curriculo no curso, e a ampliação e aplicação dos ensinamentos expostos em sala de aula,

2 Loisos G., 1999 apud Gonzalo, 2006, p.86. 3 Daylighting and windws, 2005 apud Gonzalo, 2006, p.86.

pois, entende-se ser imprescíndivel o conhecimento deste conteúdo na elaboração dos mais variados

projetos arquitetônicos.

2.3. Método empregado e resultados obtidos

O presente trabalho foi composto por etapas subsequentes, interdependentes e a todo o momento

amparadas em revisão bibliográficA, onde primeiramente foi realizado o levantamento “in loco” das

características físicas e materiais do ambiente. A iluminação natural do espaço se dá através de

aberturas laterais voltadas a orientação norte, com janelas largas e horizontais, que apresentam ainda,

brises horizontais metálicos. No entanto, apenas as janelas não proporcionam uma quantidade e

qualidade de luz natural no ambiente, dessa forma, foi levado em consideração também a orientação

da fachada, dimensões (em particular o pé direito), controle de insolação, tipo de vidro e caixilho,

cores, acabamentos, layout interno e obstruções externas, naturais e/ou construídas. Sendo assim, por

meio do levantamento “in loco” obteve-se os seguintes dados:

Figura 1- Planta Baixa Sala de Aula 5204 – UNISC

Fonte: Os autores

Figura 2 - Vista A e Vista B respectivamente da Sala de Aula 5204 – UNISC

Fonte: Os autores

Vista B

Vista

A

Figura 5 – Corte Esquemático Figura 6 – Fachada Norte

Fonte: Os autores Fonte: Os autores

A partir dos dados acima é possível seguir a análise do ambiente fazendo-se as medições dos níveis de

iluminância com luxímetro portátil, o qual ocorreu no horário das 12:00 horas,posteriormente traçou-

se as curvas isolux e avaliou-se os níveis de iluminação natural segundo a NBR 5413 - Iluminância de

Interiores. A qual indica iluminância de salas de aula para desenho de: mínimo - 200 lux, médio - 300

lux e máximo - 500 lux. Com base na tabela abaixo e na planta baixa com as curvas isolux obtida

constatou-se a ineficiência da iluminação natural diante das condições reais do ambiente estudado.

Tabela 1 – Níveis de Iluminância conforme a NBR 5413 - Iluminância de Interiores

Fonte: NBR 5413 (1992).

Figura 7 – Planta Baixa com Curvas Isolux dos pontos mínimos conforme NBR 5413 –

(12:05 horas as 12:30horas) – Equinócio

Fonte: Os autores

Com relação a análise do brise horizontal fixo existente na fachada norte observou-se que esse foi mal

dimensionado, bem como, não recebe manutenção adequada sendo constituído de material impróprio,

como a chapa de PVC de 3 mm sem tratamento UV. A figura 8 nos mostra os horários de incidência

Intervalo de iluminância Zona Classificação Valor (lux) Legenda <(70% EM – 50 lux) Insuficiente ruim <300 (70% EM – 50 lux) a 70% EM Transição inferior regular 300 a 350 70% EM a 130% EM Suficiente aceitável 350 a 650 130% EM a 1.000 lux Transição superior bom 650 a 1000 >1.000 lux Excessiva ruim >1000

solar na fachada nos diferentes períodos do ano. A figura 9 apresenta o brise existente, e na figura 10

visualiza-se o ofuscamento de modo linear decorrente do dimensionamento incorreto do brise.

Figura 8 – Carta Solar da Fachada Norte Figura 9 – Brise existente na fachaca Norte

de Santa Cruz do Sul Fonte: Os autores

Fonte: Os autores

Figura 10 – Ofuscamento de modo linear sobre plano de trabalho

Fonte: Os autores

2.4. Nova proposta de projeto

A partir do levantamento “in loco” e dos dados de iluminância obtidos, foi possível desenvolver uma

proposta de projeto de uma nova fachada visando à melhoria do desempenho lumínico do ambiente na

qual foram contemplados todos os aspectos relacionados ao projeto de iluminação natural lateral, ou

seja, o dimensionamento e eficiência das janelas, prateleiras de luz, placas refletoras, peitoril, vidros,

refletância, cores, acabamentos, layout do mobiliário interno e controle de insolação.

Concomitantemente, foi desenvolvido um modelo físico reduzido na escala 1:20 para simulação

qualitativa e quantitativa em condições de sol real e, em laboratório, com equipamento específico de

estudo da trajetória solar denominado Heliodon. A primeira proposta de modificação se dá através do

Cálculo Razão Janela-Parede (RJP), como pode-se observar nas figuras 11 e 12.

Com base nos resultados do cálculo de determinação da razão janela-parede, aumentando-se o

máximo possível a janela, devido as questões estruturais, não alcança-se o RJP estimado que é de 0,70,

consegue-se chegar apenas ao valor de 0,40. Nos vidros da bandeira sugere-se vidro translúcido, pois,

possui refletância de 0,88%, sendo necessário para o melhor funcionamento das prateleiras e das

placas, já na parte inferior da janela sugere-se o vidro refletivo ou popularmente chamado de vidro

espelhado, isso para evitar a incidência direta dos raios solares no plano de trabalho que no caso é de

1,05 m, e reduzir também o calor transmitido para a parte interna do ambiente.

Insolação da Fachada Norte:

- Solstício de Verão – 9:30 às 14:30

- Equinócio – 6:00 às 18:00

- Solstício de Inverno – 6:50 às 17:10

Figura 11 – Vista Interna da Janela Proposta

Fonte: Os autores

Figura 12 – Nova proposta de fachada norte

Fonte: Os autores

Com o objetivo de aproveitar ao máximo a iluminação natural, optou-se pelo uso da prateleira de luz

InLighten, já que, com o uso dessa, ilumina-se de 2 a 2x1/2 o ambiente tendo como parâmetro a altura

da janela, fez-se ainda o uso de placas refletoras no teto, já que, a iluminação lateral caracteriza-se por

uma certa desuniformidade na distribuição da iluminação, então as placas redirecionam a luz natural

mais ao fundo da sala e ajudam na redução do ofuscamento. Os croquis abaixo visam exemplificar

esse funcionamento.

Figura 13– Croquis do Funcionamento das Placas Refletoras e das Prateleiras de luz

Fonte: Os autores

Levando-se em consideração a máscara de sombra gerada pela carta solar e o transferidor

(figura 14) tem-se para a fachada norte o uso de brises horizontais, onde optou-se então por

um brise horizontal fixo de concreto infinito afastado da parede para a ventilação, e a verga

foi dimensionada de modo que impedisse a incidência direta dos raios solares pelo vão gerado

pelo afastamento do brise. Nas paredes internas, no forro e no peitoril usou-se a cor branca

acrílica fosca, pois essa possui maior refletância (segundo o INMETRO 15,8) e menor

ofuscamento.

Figura 14 – Carta Solar e Transferidor/ Máscara de Sombra gerada por ambos

Fonte: Os autores

Como resultado desse processo tem-se então, um modelo físico reduzido na escala 1:20 que foi

desenvolvido e devidamente testado tanto qualitativamente como quantativamente em condições de

sol real e, em laboratório, com equipamento específico de estudo da trajetória solar denominado

Heliodon. Abaixo pode-se vêr os resultados de iluminância obtidos com base nas modificações acima

mensionadas.

*Valores da malha x 10 lux

Tabela 3 – Níveis de Iluminância conforme a NBR 5413 - Iluminância de Interiores

Fonte: NBR 5413 (1992).

Figura 15 – Planta Baixa do Modelo Proposto com Curvas de Nível

Fonte: Os autores

Intervalo de iluminância Zona Classificação Valor (lux) Legenda <(70% EM – 50 lux) Insuficiente ruim <300 (70% EM – 50 lux) a 70% EM Transição inferior regular 300 a 350 70% EM a 130% EM Suficiente aceitável 350 a 650 130% EM a 1.000 lux Transição superior bom 650 a 1000 >1.000 lux Excessiva ruim >1000

Na análise em condições reais de sol, a iluminação se demonstra como excessiva, no entanto deve-se

considerar a inexistência dos vidros e dos caixilhos, que em condições reais de projeto tornariam a

iluminação do espaço adequada.

Figura 16 – Simulação do Modelo Proposto

Fonte: Os autores

Figura 17 – Simulação do Modelo em Sol real

Fonte: Os autores

Figura 19 – Fotos do modelo reduzido no Heliodon para o Solstício de Verão

Fonte: Os autores

Figura 20 - Fotos do Modelo Reduzido no Heliodon para o Solstício de Inverno

Fonte: Os autores

Figura 21 - Fotos do Modelo Reduzido no Heliodon para o Equinócio

Fonte: Os autores

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Por conseguinte, com base nos resultados obtidos foi constatada a ineficiência da iluminação natural

diante das condições reais do ambiente estudado o qual, não atende aos critérios mínimos conforme

NBR 5413. Porém, o uso do modelo reduzido demonstrou com base nas simulações a possibilidade de

otimização da luz natural no referido espaço.

Um dos maiores desafios na utilização da luz natural em projetos arquitetônicos esta em evitar o

ofuscamento e a distribuição irregular da iluminação, no entanto, com os métodos acima citados tem-

se um meio de minimizar, ou até mesmo suprimir esses obstáculos, uma vez que, a proposta leva em

consideração tanto os aspectos quantitativos da iluminação natural como os qualitativos.

De acordo com Lamberts et al. (1997:20) no Brasil 19% de toda energia produzida é consumida pelos

edifícios comerciais e públicos e são destinados principalmente para alimentar a iluminação e ar

condicionado. Mais precisamente, de toda a energia consumida 44% são com iluminação, 20% com ar

condicionado e 36% com os outros equipamentos.

Desse modo, em especial, nas edificações onde a iluminação se faz necessária em tempo integral como

é o caso das salas de aula, percebe-se o quão significativa pode vir a ser a economia de energia elétrica

quando bem projetado o edifício, ou seja, visando o aproveitamento da iluminação natural fazendo-se

com que o projeto vá além das funções rotineiras e a luz ocupe grande espaço na elaboração do

mesmo.

REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5413: iluminância de interiores. Rio

de Janeiro, 1992.

GRAZIANO JÚNIOR, Sigfrido. Iluminação natural – Porque é tão importante? Revista Lume

Arquitetura, Sao Paulo, 2005, p. 30-34. Disponível em:

<http://www.sig.arq.br/admin/uploads/1350605252.pdf>. Acesso em 22 mar. 2015.

GONZALO, Guilherme E. Iluminação Natural: estudo realizado para salas de aula em Tucumán.

Revista Lume Arquitetura, Ano IV – nº 19, Abr/Mai 2006. p. 86 – 91. Disponível em:

www.lumearquitetura.com.br. Acesso em: 19 abr. 2015.

LAMBERTS, Roberto. DUTRA, Luciano. PEREIRA, Fernando Oscar Ruttkay. Eficiência energética

na arquitetura. São Paulo: PW Gráficos e Editores Associados LTDA, 1997.

VIANNA, Nelson Solano, GONÇALVES, Joana Carla Soares. Iluminação e Arquitetura. São Paulo:

Virtus, 2001. 129 p.