Fernando O. Ruttkay Pereira, PhDProfessor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade Federal de Santa CatarinaConforto Ambiental: Iluminao

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

Iluminao inadequada Fadiga Visual Desconforto Dor de Cabea Ofuscamento Reduo da Eficincia Visual AcidentesPor que estudar a ILUMINAO nos ambientes?Boa Iluminao Aumenta a produtividade Gera um ambiente agradvel Salva vidasResponsabilidade: Projetistas Administradores Autoridades

Funes biolgicas humanas com ritmos circadianos CIE. TC 6-11 (CIE, 2003) Influncias psico-fisiolgicasda luz sobre o organismo humanoPor que estudar a ILUMINAO nos ambientes?

Resposta visual relativa e supresso de Melatonina relativa em funo da iluminncia ao nvel do olho (Lighting Research Center)Por que estudar a ILUMINAO nos ambientes?

Eficcia luminosa Fotpica, Scotpica e de supresso de Melatonina (Lighting Research Center)Por que estudar a ILUMINAO nos ambientes?

Por que estudar a ILUMINAO nos ambientes?Para emocionar....

LUZ A base fsicaTeoria CorpuscularPrincpios: Corpos luminosos emitem energia radiante em partculas; Estas partculas so lanadas intermitentemente em linha reta; As partculas atingem a retina e estimulam uma resposta que produz uma sensao visual.Newton (1642-1727)

LUZ A base fsicaTeoria das OndasPrincpios: A luz era resultante da vibrao molecular de materiais luminosos; Esta vibrao era transmitida atravs de uma substncia invisvel e sem peso que existia no ar e no espao, denominada ter luminfero; As vibraes transmitidas atuam na retina, simulando uma resposta que produz uma sensao visual.Cristiaan Huygens (1629-1695)

LUZ A base fsicaTeoria EletromagnticaPrincpios: Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante; A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnticas; As ondas eletromagnticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz uma sensao visual.James Clerk Maxwell (1831-1879)

LUZ A base fsicaTeoria QunticaPrincpio: energia emitida e absorvida em quantum, ou fton. A energia na radiao no contnua, mas dividida em minsculos pacotes, ou quanta. Max Planck (1858-1947)

LUZ A base fsicaEspectro Eletromagntico

LUZ A base fsica

Balano de energia nos processos de emisso, propagao e absoro da radiao;A quantidade de radiao pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu efeito sobre o receptor:O olho humano; unidades fotomtricasA pelcula fotogrfica; unidades fotogrficasA pele humana; unidades eritmicas

Pierre Bouguer (1698 1758) Elaborou a teoria fotomtrica;J.H. Lambert (1728 1777) Formulou matematicamente;Esquecida at a inveno da lmpada (meados do sculo XIX).LUZ A base fsicarea da ptica que trata da medio da energia radiante, avaliada de acordo com seu efeito visual e relacionada somente com a parte visvel do espectroFOTOMETRIA

Grandezas Fotomtricas

Grandezas FotomtricasFluxo Radiante (watt [W]) a potncia da radiao eletromagntica emitida ou recebida por um corpo O fluxo radiante contem fraes visveis e invisveis.

Grandezas Fotomtricas a parcela do fluxo radiante que gera uma resposta visual Fluxo luminoso - F ( lumen [lm] )

Eficincia luminosa ( [lm/W] ) a capacidade da fonte em converter potncia em luz Grandezas Fotomtricas

1 W0,3 lm1 W25,9 lm1 W220 lm1 W683 lm1 W430 lm1 W73 lm1 W2,8 lm

Eficincia luminosa ( [lm/W] ) Grandezas Fotomtricas

FonteFluxo luminosoEficincia luminosaIncandescente 100 W1.350 lm13,5 lm/WFluor. compacta 23 W1.400 lm61 lm/WFluor. TL5 28 W2.900 lm103 lm/WHID 250 W19.000 lm76 lm/WSdio 150 W16.000 lm107 lm/WLuz natural------100 140 lm/W

Intensidade luminosa ( candela [cd] ou [lm/sr] ) a propagao da luz em uma dada direo dentro de um ngulo slido unitrio Grandezas Fotomtricasngulo Slido ( [sr] ) 1 esterradiano o ngulo espacial que tem seu vrtice no centro da esfera, cuja a rea superficial igual ao quadrado de seu raio

Iluminncia ( lumen/m2 ou lux [lx] ) a medida da quantidade de luz incidente numa superfcie por unidade de rea Grandezas FotomtricasValores tpicos

A 1m de uma vela1 luxNuma mesa de escritrio500 luxNo exterior sob cu encoberto10.000 luxNo sol no vero100.000 lux

Representao de Iluminncias: mapas Isolux

Luminncia ( [cd/m2] ) uma medida fsica de brilho de uma superfcie, sendo atravs dela que os seres humanos enxergam Luminncia uma excitao visualBrilho a resposta visual desse estmuloGrandezas FotomtricasSuperfcie Difusa

Valores de luminncias de algumas fontes Limite inferior 0,000001 cd/m2Limite superior 1.000.000 cd/m2Ofuscamento 25.000 cd/m2Grandezas Fotomtricas

Representao de LuminnciasFoto com lente olho-de-peixeLuminancmetro

Grandezas Fotomtricas

Grandezas FotomtricasTdas as grandezas so produtos de rea ou ngulo slido Excitncia luminosa (M)M = r x EM = t x Ep/ superfcies perfeitamente difusorasM = p x L

A taxa vetor iluminao/iluminao escalar um parmetro utilizadopara estimar adirecionalidadeda luz e suasqualidadesde modelaode objetos. ESCALAR E VETOR ILUMINAOGrandezas Fotomtricas

ESCALAR E VETOR ILUMINAODEMX = E1 E2varia entre0 ambiente totalmente uniforme, sem sombras4 ambiente de iluminao monodirecional direo do vetorGrandezas Fotomtricas

Lei do inverso do quadrado da distnciaLei do cossenoLei da AditividadeLeis fundamentais da iluminao

Iluminao produzida por fonte superficialLeis fundamentais da iluminaongulo slido

MODELO ANALTICO PARA O FENMENO DA ILUMINAO NATURAL1ngulo slido

Refletncia Absortncia Transmitncia Propriedades ticas dos materiais + + = 1

Propriedades ticas dos materiais

Mecanismos de controle da luz- Reflexo- Transmisso(a) especular(b) difusa(c) semi- Refrao(a) especular(b) difusa(c) semi

LUZ Propriedades ticas dos envidraados

LUZ Propriedades ticas dos envidraadosvista lateralplanta

LUZ Propriedades ticas dos envidraados

Benefcios do uso da cor CORO uso adequado da cor ajuda na captura da anteno das pessoas, pode enfatizar e organizar as informaes visuais, produzindo: interesse visual; valorizao esttica e decorativa; aumento de produtividade; reduo do ndice de acidentes.

Imitar a realidade (aparncia verdadeira) CORgrama roxa??grama verde!!

CORImitar a realidade (aparncia verdadeira)

Organizar e enfatizar as informaes COR

Organizar e enfatizar as informaes COR

Contrastes Cromticos e de Brilho CORContraste CromticoAltoBaixoContraste de BrilhoAltoBaixo

CLASSIFICAO DAS CORESPercepo das coresCor pigmentoCor luz(luz branca)

CLASSIFICAO DAS CORESMistura Aditiva (cor luz)Mistura Subtrativa (cor pigmento)

CLASSIFICAO DAS CORESMtodo de MunsellRGBRed, Green & BlueCMYKCian, Magenta, Yellow & BlackAtributos:- Croma- Saturao- Valor (brilho)

CLASSIFICAO DAS CORESRefletncia das Cores

CLASSIFICAO DAS CORESModelo Espao L*a*b (CIELAB)

CLASSIFICAO DAS CORESComparao entre as medies de croma malimo

Valores dos TristmulosOs daltnicos temcones defeituosos Qual a cor da capa?Percepo das CoresCurva de sensibilidade do olho humano

Reproduo de CorLuz naturalLmpada incandescenteLmpada fluorescenteLmpada vapor de mercriondice de Reproduo de Cor - IRCIRC = 100%IRC = 60 - 90%IRC = 30 - 60%IRC = 30 - 60%

Reproduo de CorTemperatura de Cor [K]Aparncia de Cor

Reproduo de CorIluminncia X Aparncia de Cor

Temperatura de CorIluminncia X Aparncia de Cor

CORProduo de Efeitos

HARMONIADRAMATICIDADEUsar cores prximas no modelo de corUsar cores de alto contraste de luminosidadeUsar a mesma cor e variar o brilhoUsar cores de alto contraste cromtico (cores complementares ou opostas na "roda das cores"Usar a mesma cor e variar a saturaoUsar cores encontradas na naturezaUsar cores de maior comprimento de onda (vermelho, amarelo, laranja)No usar bordas de limite ou separaoUsar bordas de limite ou separao

Luz, viso e comportamentoExtrato fsicoExtrato fisiolgicoExtrato psicosocialComportamento fotomtrico do conjunto lmpada + luminria (iluminncias e luminncias)Nveis de Iluminncia no interiorGeometria do ambiente interno e propriedades ticas dos materiais

Visoaberturadiafragmafilmelenteplpebracrnearispupilarea foveal(cones)rea parafoveal(bastonetes)rea parafoveal(bastonetes) foco distncia lente filme; abertura da lente controlada fotmetro. formato do cristalino; abertura da pupila controlada pela retina.

Campo visualviso fovealsobrancelhasnariz e bochechas

VisoCMERAV e registra a cenaOLHOV e o crebro percebe e interpreta a cena: Memria Experincia Capacidade intelectualTendncia complementao

Viso

Viso

VisoContraste simultneo

Viso

Viso

Viso

As coisas que o nosso crebro faz...!!!!Se os seus olhos seguirem o movimento do ponto rotativo cor de rosa, s ver uma cor: rosa. Se o seu olhar se detiver na cruz negra do centro, o ponto rotativo muda para verde.Agora, concentre-se na cruz do centro. Depois de um breve perodo de tempo, todos os pontos cor de rosa desaparecero e s ver um nico ponto verde girando. impressionante como o nosso crebro trabalha. Na realidade no h nenhum ponto verde, e os pontos cor de rosa no desaparecem. Isto deveria ser prova suficiente de que nem sempre vemos o que acreditamos ver...

Viso

Adaptao ao brilho a caracterstica dominante da viso humanaprocesso pelo qual os olhos se ajustam s condies de iluminao variveisResposta neural rpida;Resposta mdia atravs da pupila;Resposta lenta pela produo/remoo de substncias fotoqumicas na retinaFaixa de adaptao;Velocidade de adaptao.

Desempenho da Tarefa VisualOs 4 suficientes

ILUMINNCIA

LEVANTAMENTO DAS ILUMINNCIASMalha de pontos

ANLISE DAS ILUMINNCIASZoneamento de Iluminncias

Diferena entre aluminncia (brilho) de umobjeto e a luminncia doentorno imediato desteobjeto.CONTRASTE

TAMANHO

OFUSCAMENTOQuando o processo de adaptao no transcorre normalmente devido a uma variao muito grande da iluminao, pode haver uma perturbao, desconforto ou perda de visibilidade.

contraste saturaoOFUSCAMENTOTipo INABILITADOR, ou seja,impede a viso!! Pode ocorrer por...

NDICES DE OFUSCAMENTOLuminncia de Vu Eo - iluminncia da fonte de ofuscamento no plano da pupila; q - ngulo entre a direo da viso e a fonte;

OFUSCAMENTOTipo PERTURBADOR ou DESCONFORTVEL, ou seja, no impede a viso mas coloca o sistema visual em esforo contnuo de ajuste (stress)Pode ser caracterizado em funo de 4 parmetros...1) Luminncia da fonte;

2) Luminncia do fundo;

3) Tamanho aparente fonte/fundo;

4) Direo de viso do observador;

NDICES DE OFUSCAMENTOA maioria dos ndices de baseia-se na Constante G Ls - luminncia da fonte; Lb - luminncia do fundo; s - tamanho aparente da fonte; f() - funo de posio (P) que representa a influncia da direo de viso do observador;e, f, g - coeficientes

CONTROLE DE OFUSCAMENTOMtodo Europeu (Sllner) para controle de ofuscamento direto provocado pelo sistema de iluminao artificial

NDICES DE OFUSCAMENTOOs ndices mais usados foram obtidos para fontes artificiais (pequenas dimenses):

BRS ou BGI (1950);

Cornell equation GI/DGI (1972);

CIE Glare Index (1979);

VCP: Visual Comfort Probability (IES,1972);

NDICES DE OFUSCAMENTO- UGR: Unified Glare Rating (ISO/CIE1992)

NDICES DE OFUSCAMENTOGI = 11,5 (< 21)GI = 27,5 (> 21)

NDICES DE OFUSCAMENTOParece haver consenso nos estudos j realizados de que no deve haver desconforto por ofuscamento caso:- VCP seja maior que 70;- luminncias mximas no excedam os valores:

ngulo do nadir (graus)Luminncia (cd/m2)455565758577105500386025701695

NDICES DE OFUSCAMENTO70

A proposta mais recente (Energy & Buildings, 38 (2006), 743-757):

DGP Daylighting Glare ProbabilityPROBABILIDADE DE OCORRNCIA DE OFUSCAMENTO

DGP PROBABILIDADE DE OCORRNCIA DE OFUSCAMENTOPersianas horizontaisbrancasPersianas horizontaisespelhadasPersianas verticais

ADAPTAO DA VISO

ADAPTAO DA VISO

ADAPTAO DA VISO

Luz, viso e comportamentoExtrato fsicoExtrato fisiolgicoExtrato psicosocialComportamento fotomtrico do conjunto lmpada + luminria (iluminncias e luminncias)Nveis de Iluminncia no interiorGeometria do ambiente interno e propriedades ticas dos materiais

DesempenhoCustoEscolha do equipamentoLmpadasLuminriasInstalaes auxiliares?

Classificao das lmpadasLED

A iluminao incandescente resulta do aquecimento de um filamento at um valor capaz de produzir irradiao na poro visvel do espectro. O aquecimento se d pela passagem da corrente eltrica pelo filamento que est dentro de um bulbo onde existe vcuo ou um meio gasoso apropriado (argnio e nitrognio e em alguns casos criptnio). Este filamento deve possuir um elevado ponto de fuso, baixa presso de vapor, alta resistncia e ductibilidade (Tungstnio).Lmpadas IncandescentesIncandescentes comunsIncandescentes refletoras

Incandescentes HalgenasVantagensDesvantagens

Estas lmpadas no possuem filamento, a luz produzida pela excitao de um gs (pela passagem da corrente eltrica) contido entre dois eletrodos. Esta excitao do gs contido no tubo de descarga produz radiao ultravioleta que, ao atingir a superfcie interna do tubo, revestida por substncias fluorescentes (geralmente cristais de fsforo), transformada em luz (radiao visvel).Lmpadas de descarga gasosaDispositivos AuxiliaresEfeito estroboscpicoControlado pelos reatores eletrnicos

Lmpadas fluorescentesVantagensDesvantagens

Lmpadas a Vapor MercrioVantagensDesvantagens

Lmpadas a Vapor de SdioVantagensDesvantagens

Lmpadas a Vapor MetlicoCaractersticas

Eficincia luminosa atinge 110 lm/W Durabilidade de 10.000h Espectro semelhante ao da luz do SolLmpadas a Microondas

Lmpadas tipo LEDLight Emiting DiodeSo semicondutores em estado slido que convertem energia eltrica diretamente em luz. O primeiro LED que se tem notcia foi produzido em 1907 e observado como um fenmeno de eletroluminescncia, quando um cristal de SIC (carborundum) emitiu uma luz amarelada ao ser aplicada uma pequena corrente eltrica.Na dcada de 60 70 diversas empresas foram pioneiras em usar LEDs vermelhos, baseados na tecnologia GaArP (Glio, Arsnio e Fsforo).S em 1993, a empresa NICHIA, inventou o LED azul, que abriu caminho para o LED branco, o grande marco na indstria da iluminao.

Lmpadas tipo LEDLight Emiting DiodeLED indicador tradicionalLED de potncia

Lmpadas tipo LEDLight Emiting Diode

Lmpadas tipo LEDLight Emiting Diodetica SecundriaRefletoresLentes+ eficientesmenores dimenses

Lmpadas tipo LEDLight Emiting Diode

Vida til ~ 50.000 h Eficincia luminosa s maior que incandescentes Ausncia de radiao UV (250 380 nm) e IV (> 780 nm) Acionamento instantneo Cores saturadas, no h necessidade de filtros de cor Baixa tenso de operao Alto ndice de reproduo de cor (ICR = 85% a 90%, para LED Branco com TC = 3000K, com fluxo mais baixo) componentes robustosLmpadas tipo LEDLight Emiting DiodeVantagensDesvantagens

Grfico comparativo de Eficcia LuminosaLED

Tabela comparativaL E D

Temperatura de CorLEDRGBFsforo700030007090

Temperatura de CorIluminncia X Aparncia de Cor

Luminria toda aquela aparelhagem que serve para modificar (controlar, distribuir e filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lmpadas: desvi-lo para certas direes (defletores) ou reduzir a quantidade de luz em certas direes para diminuir o ofuscamento (difusores).LuminriasRequisitos bsicos:Rendimento

Classificao das LuminriasClassificao de luminrias parailuminao geral de acordo com odirecionamento do fluxo luminosoproposta pela CIE

Encarte Fotomtrico

Um bom sistema de iluminaoIluminao natural complementada com luz artificial;Uso adequado de cores e criao dos contrastes;Proporcionar um ambiente confortvel com pouca fadiga, monotonia e sem acidentes.Iluminao geralDistribuio regular das luminrias garantindo um nvel de iluminamento uniforme sobre o plano de trabalho.Planejamento da IluminaoPlano de trabalho

Iluminao localizadaConcentra maior nvel de iluminao sobre a tarefa.A iluminao geral em torno de 50% da iluminao sobre a tarefa.Iluminao combinada (geral + tarefa)A iluminao geral complementada com focos de luz localizada.A luz complementar de 3 a 10 vezes superior a iluminao geral.Este tipo de iluminao recomendada: E > 1000 lux; A tarefa exige luz dirigida; Existncia de obstculos dificultando a propagao da iluminao geralPlanejamento da Iluminao

Iluminao Zenital (Iluminao de grandes reas) Iluminao Lateral Iluminao Natural

Mtodos de clculo luminotcnicoMtodosMtodo ponto-a-ponto

Mtodo da Iluminncia Mdia ou dos LmensRoteiroCatlogoMtodos de clculo luminotcnicoK ouOU( N )( e < 1,5 Hm )

Mtodo da Iluminncia Mdia ou dos LmensMtodos de clculo luminotcnicoTabela de Coeficiente de Utilizao - TBS 050/M2 - 2 x T8 32WEx: IA ou K = 1,71 e refletncias de teto = 70%, parede = 50% e piso = 20%

Mtodos de clculo luminotcnicoDeterminao de Perda Luminosa (PL)Com o tempo, paredes e tetos ficaro sujos. Os equipamentos de iluminao acumularo poeira. As lmpadas fornecero menor quantidade de luz. Alguns desses fatores podero ser eliminados por meio de manuteno. Admitindo-se uma boa manuteno peridica, podemos adotar os fatores de depreciao ou perda luminosa de acordo com a tabela a seguir: