ANDIA PATRCIA ALMEIDA DE SOUZA

USO DA ENERGIA EM EDIFCIOS: ESTUDO DE CASO DE ESCOLASMUNICIPAIS E ESTADUAIS DE ITABIRA, MINAS GERAIS.

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ANDIA PATRCIA ALMEIDA DE SOUZA

USO DA ENERGIA EM EDIFCIOS: ESTUDODE CASO DE ESCOLAS MUNICIPAIS E ESTADUAIS DE ITABIRA, MINAS GERAIS.

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado em Tecnologia do Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais, como requisito parcial obteno do ttulo de Mestre em Tecnologia. rea de concentrao: Modelagem Computacional MMC Matemtica e

Orientadora: Profa Dra Patrcia Romeiro da Silva Jota

Belo Horizonte Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais Diretoria de Pesquisa e Ps-Graduao 2005

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Souza, Andia Patrcia Almeida de S729u 2005 Uso da energia em edifcios: estudo de caso de escolas municipais e estaduais de Itabira, Minas Gerais./ Andia Patrcia Almeida de Souza - Belo Horizonte, CEFET-MG, 2005.142f.

Dissertao: (mestrado) CEFET-MG/DPPG. 1.Eficincia Energtica 2. Desempenho Energtico 3. Energia Eltrica - Consumo. I. Ttulo CDD: 621.3191

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Folha de aprovao. Esta folha ser fornecida Graduao pgina. pelo e Programa dever de Psesta substituir

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minha me, Glria de Oliveira Almeida, exemplo de luta e dedicao na formao integral de seus filhos.

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AGRADECIMENTOSA Deus, criador de tudo, sem ele nada seria possvel. Quem me dera, ao menos fazer com que o mundo saiba que SEU NOME est em tudo e mesmo assim, ningum lhe diz ao menos obrigado... minha orientadora, Profa Dra Patrcia Romeiro da Silva Jota, pelo aprendizado, orientaes, compreenso e convivncia agradvel. Aos membros da banca de defesa do Mestrado pelo tempo dedicado leitura deste trabalho e contribuies ao aperfeioamento desta dissertao. Agradeo a todos professores e funcionrios do Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET-MG, em especial aos professores da Diretoria de Pesquisa e Ps Graduao DPPG por contriburem na aquisio de conhecimentos indispensveis realizao deste trabalho. Ao CEFET-MG, instituio de ensino de qualidade que vem contribuindo na formao de tcnicos, engenheiros e mestres, onde cursei Tcnico de Eletrnica, Engenharia Eltrica e Mestrado em Tecnologia. Companhia Energtica de Minas Gerais CEMIG, empresa parceira no Centro de Pesquisa em Energia Inteligente CPEI do Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET-MG, onde o trabalho foi concebido, realizado e orientado, na pessoa da professora Patrcia Romeiro da Silva Jota. Aos colaboradores, organizadores e mantenedores do site do INFOHAB

(www.infohab.org.br). O referido site disponibiliza, gratuitamente, dissertaes, teses, artigos, peridicos, etc. Alm disso, est sempre atualizado. Dessa forma, o referido site contribuiu, expressivamente, para a reviso bibliogrfica desta dissertao. Secretaria Municipal de Educao de Itabira, na pessoa da secretria professora Maria Alice de Oliveira Lage, Inspetoria Escolar na pessoa da inspetora Silvane Maria Duarte e Cemig na pessoa de Luciano Jos de Oliveira, e ainda, aos diretores, professores e funcionrios das escolas pblicas de Itabira pelos dados, informaes, entrevistas utilizados neste trabalho.

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Prefeitura Municipal de Itabira, nas pessoas do ex-prefeito Ronaldo Lage de Magalhes, atual prefeito Joo Izael Querino Coelho e secretria de educao Maria Alice de Oliveira Lage pela licena especial para cursar o mestrado. E, ainda ao vereador Gilberto Antnio Magalhes pelo anteprojeto de lei que concede licena especial ao quadro de funcionrios do magistrio municipal itabirano para cursar cursos de ps-graduao stricto sensu. Agradeo aos colegas de disciplinas de Mestrado e do CPEI pela convivncia nesta jornada. minha me, Glria de Oliveira Almeida, pela lio de vida e exemplo a ser seguido. Se a falta de voc diz de um silncio que cruza a nossa vida, porque sua existncia nos essencial. Hoje mais do que nunca, a sua presena se faz sentir, pois somos a continuidade do seu brilho. Ainda, agradeo minha querida me pelo incentivo, por financiar minha permanncia em Belo Horizonte para que eu pudesse estudar no CEFET-MG (Tcnico em Eletrnica, totalmente, pois eu no trabalhava, tinha entre 14 e 17 anos, e Engenharia Eltrica, parcialmente, pois, infelizmente, o funcionrio pblico mineiro recebe um baixo salrio, j trabalhava no DER-MG Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais) , por acreditar em mim, por conhecer-me, compreender-me e amar-me com um amor indescritvel. Ao meu marido (Jos Carlos), irms (Ariadna e Anadabe), irmos (Arnaldo, Alan e Arlo), sobrinhos (no citarei, pois so doze) e pai (Aldo), pelo incentivo na continuidade deste trabalho e compreenso nos momentos de ausncia e desateno. A todos meus familiares pela convivncia, alegria, companheirismo e carinho em todos os momentos, sejam de alegria ou de tristeza. A todos que contriburam na realizao deste trabalho e que de forma falha tenha esquecido de agradecer. A todos o meu muito obrigado. Este trabalho integra o projeto de pesquisa das instituies Cemig/CEFET-MG/PUC/UFMG atravs do convnio MS/AS 4020000011 registro Cemig/ANEEL P&D 016 2001/2004 denominado Abordagem Integrada da Eficincia Energtica e Energias Renovveis, coordenado na Cemig pela Dra. Antnia Snia A. Cardoso Diniz e Eng. Eduardo Carvalhaes Nobre.

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Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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SUMRIOLista de GRFICOS ..............................................................................................................................11 Lista de TABELAS ................................................................................................................................13 Lista de ABREVIATURAS E SIGLAS.................................................................................................15 RESUMO ...............................................................................................................................................16 ABSTRACT...........................................................................................................................................17 1 INTRODUO .................................................................................................................................18 1.1 USO DE ENERGIA NO SETOR PBLICO...............................................................................19 1.2 USO DE ENERGIA EM ESCOLAS PBLICAS .......................................................................19 1.3 OBJETIVOS E METAS DO TRABALHO.......................................................................................21 1.4 HIPTESES A SEREM VERIFICADAS ................................................................................................21 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................................................21 1.5.1. MATERIAIS ...................................................................................................................................21 1.5.2. MTODOS .....................................................................................................................................22 1.7 PLANO DE TRABALHO .....................................................................................................................22 1.8 DESCRIO DA DISSERTAO .......................................................................................................24 2 FATORES QUE INFLUENCIAM O USO DA ENERGIA EM EDIFICAES.......................26 2.1 A PREVISO DO USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS..........................................................28 2.2 AS CARACTERSTICAS DE USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS ......................................28 2.2.1 O USO DA ENERGIA COM SISTEMAS DE VENTILAO OU CONDICIONAMENTO .............................29 2.2.2 O USO DA ENERGIA COM ILUMINAO ..........................................................................................29 2.2.3 A RELAO ENTRE HORAS DE USO E O USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS ........................................30 2.2.4 A RELAO ENTRE USURIOS E O USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS ...............................................31 2.3 NDICES DE DESEMPENHO ENERGTICO .........................................................................33 2.3.1 AEUI NDICE DE USO DE ENERGIA POR REA ...........................................................................33 2.3.2 PEUI NDICE DE USO DE ENERGIA POR PESSOA ........................................................................34 2.4 PADRES DE CONSUMO ..........................................................................................................34 3 SISTEMAS DE ILUMINAO ......................................................................................................36 3.1 SISTEMAS DE ILUMINAO ...................................................................................................37

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3.2 COMPONENTES DE SISTEMAS DE ILUMINAO ............................................................39 3.2.1 FONTES DE LUZ ELTRICA .............................................................................................................39 3.2.1.1 Cor de lmpadas .........................................................................................................................39 3.2.1.2 Temperatura de cor de lmpadas................................................................................................39 3.2.2 REATORES.......................................................................................................................................40 3.2.3 LUMINRIAS ..................................................................................................................................40 3.3 A ILUMINAO E SUA RELAO COM A REFLETNCIA E A COR..................................................41 3.4 MTODOS DE ILUMINAO ............................................................................................................41 3.5 INTEGRAO DA LUZ NATURAL COM A ARTIFICIAL.....................................................................42 4 ILUMINAO NATURAL .............................................................................................................44 4.1 ILUMINAO NATURAL ..................................................................................................................45 4.2 SISTEMAS DE ILUMINAO NATURAL............................................................................................46 4.3 CARACTERSTICAS DA ILUMINAO NATURAL ............................................................................47 4.4 PROTEES SOLARES .....................................................................................................................48 4.5 A ILUMINAO NATURAL E O PROJETO LUMINOTCNICO ..........................................................49 4.6 ILUMINAO NATURAL E USO RACIONAL DE ENERGIA ...............................................................51 4.7 O USO DA ILUMINAO NATURAL EM ESCOLAS ...........................................................................53 5 EFICINCIA ENERGTICA .........................................................................................................59 5.1 EFICINCIA ENERGTICA EM EDIFICAES NO MUNDO ...........................................................63 5.2 EFICINCIA ENERGTICA EM EDIFICAES NO BRASIL .............................................................65 5.3 PROBLEMAS PARA A EFICIENTIZAO ENERGTICA DE EDIFICAES NO BRASIL ...................70 5.4 EFICINCIA ENERGTICA EM ILUMINAO .................................................................................72 5.5 ESCOLAS VERDES ........................................................................................................................73 6 ESTUDO DE CASO..........................................................................................................................75 6.1 A CIDADE DE ITABIRA.....................................................................................................................77 6.2 DADOS DE ENSINO EM ITABIRA .......................................................................................................77 6.3 CARACTERIZAO DO SETOR.........................................................................................................78 6.4 NDICE DE DESEMPENHO ENERGTICO .........................................................................................79 6.5 CONSUMOS ESPECFICOS DAS REDES MUNICIPAL E ESTADUAL ...................................................81 6.6 ANLISE DETALHADA DA REDE DE ESCOLAS...............................................................................84 6.7 CONSIDERAES SOBRE A REDE ..................................................................................................93

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7 ANLISE E RESULTADOS OBTIDOS ........................................................................................95 7.1 ESCOLHA DAS ESCOLAS A SEREM ESTUDADAS ..............................................................................96 7.2 AVALIAO DOS QUESTIONRIOS .........................................................................................101 7.3 ANLISE DOS RESULTADOS ...........................................................................................................111 7.4 LEVANTAMENTO DE DADOS .........................................................................................................111 7.5 RANKEAMENTO DAS ESCOLAS .....................................................................................................114 7.6 MAIORES CAUSAS DE DESPERDCIOS ...........................................................................................117 7.7 AVALIAO LUMNICA DAS ESCOLAS ..........................................................................................119 7.8 SIMULAO DO SISTEMA DE ILUMINAO ARTIFICIAL DOS AMBIENTES .................................122 8 CONCLUSO .................................................................................................................................125 REFERNCIAS ...................................................................................................................................128 APNDICES........................................................................................................................................143 APNDICE 1 DADOS DA REDE ESTADUAL E MUNICIPAL ..................................................144 APNDICE 2 DADOS ESTATSTICOS DA REDE.......................................................................146 APNDICE 3 CORRELAES DA REDE ....................................................................................149 APNDICE 4 QUESTIONRIO .....................................................................................................151 APNDICE 5 PLANILHAS.............................................................................................................156 APNDICE 6 PLANILHAS DE RATEIO DE ESCOLAS ..............................................................159 APNDICE 7- PLANILHAS DE RATEIO DE 6 ESCOLAS.............................................................180 APNDICE 8 ILUMINNCIAS E CARACTERSTICAS DE SALAS .........................................184

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LISTA DE GRFICOSGRFICO 1.1 Grficos de consumos dirios da rede municipal GRFICO 1.2 Grficos de consumos especficos da rede municipal GRFICO 1.3 municipal GRFICO 1.4 Grficos de barras de consumos especficos da rede estadual GRFICO 2.1 Grficos de consumos dirios da rede estadual GRFICO 2.2 Grficos de consumos especficos da rede estadual GRFICO 2.3 Grficos de correlaes de consumos especficos da rede estadual GRFICO 2.4 Grficos de barras de consumos especficos da rede estadual GRFICO 3.1 Grficos de consumos dirios da rede pblica GRFICO 3.2 Grficos de consumos especficos da rede pblica GRFICO 3.3 Grficos de correlaes de consumos especficos da rede pblica GRFICO 3.4 Grficos de barras de consumos especficos da rede pblica GRFICO 6.1 Anlise de consumo dirio e especfico por aluno GRFICO 6.2 Anlise de consumo dirio e especfico por sala GRFICO 6.3 Anlise de consumo dirio e especfico por turno Grficos de correlaes de consumos especficos da rede

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GRFICO 6.4 Anlise de consumo dirio e especfico por turma

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LISTA DE TABELASTABELA 6.1 Faixa de variao dos dados escolares TABELA 6.2 Exemplos de consumo especfico de energia (CE) TABELA 6.3 Consumo especfico das escolas pblicas de Itabira TABELA 6.4 Correlao entre consumo mdio dirio e demais fatores TABELA 6.5 Mdia de consumo mdio dirio e consumo especfico TABELA 6.6 especfico TABELA 7.1 Dados de escolas da rede estadual TABELA 7.2 Dados de escolas da rede municipal TABELA 7.3 Consumos especficos da rede estadual TABELA 7.4 Consumos especficos da rede municipal TABELA 7.5 Rateio de energia estimada e potncia instalada, a partir da visita em campo TABELA 7.6 Rateio da energia considerando o consumo total real TABELA 7.7 Rateio das densidades de potncia TABELA 7.8 Ranking de consumo especfico TABELA 7.9 Ranking de demanda Desvio Padro de consumo mdio mensal e consumo

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TABELA 7.10 Resultado final dos rankeamentos

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLASABILUX ABNT ANSI Associao Brasileira da Indstria de Iluminao Associao Brasileira de Normas Tcnicas American National Standards Institute

CEFET-MG Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEMIG CESALA CETURMA CETURNO EPRI IEC RE RM RP UFMG Companhia Energtica de Minas Gerais kWh/sala = consumo/nmero de salas kWh/turma = consumo/nmero de turmas kWh/turno = consumo/nmero de turnos Electric Power Research Institute International Electrotechnical Commission Rede Estadual (Escolas Pblicas Estaduais de Itabira) Rede Municipal (Escolas Pblicas Municipais de Itabira) Rede Pblica (Escolas Pblicas Municipais e Estaduais de Itabira) Universidade Federal de Minas Gerais

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RESUMOEste trabalho aborda o uso de energia em edificaes pblicas no setor de Escolas em Itabira, Minas Gerais, sob o enfoque da eficincia energtica. apresentada uma anlise estatstica de dados de consumo energtico, com o objetivo de traar um perfil do consumidor na categoria de Escolas Pblicas e identificar o ndice mais adequado para caracterizar o uso da energia nesse setor. Estima-se que as edificaes pblicas brasileiras consumam 80% de toda energia eltrica gasta no setor pblico. Assim, os prdios pblicos apresentam consumos expressivos e grandes potenciais de economia de energia.

PALAVRAS-CHAVE: Eficincia Energtica em Edificaes Pblicas, Uso Racional e Eficiente de Energia, Desempenho Energtico, Energia, Conservao de Energia Eltrica.

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ABSTRACTThis work presents the energy use in public buildings in the School sector in the city of Itabira, state of Minas Gerais, Brazil, under the focus of energy efficiency. A statistical analysis of energetic consumption is presented with the goal of tracing a profile of the consumer in the category of Public Schools and to identify the most adequate index to characterize the use of energy in this sector. It is estimated that the Brazilian public buildings consumme 80% of all the electric power used in the public sector. This means that public buildings present significant consume of energy and also great saving potentials. KEY WORDS: Public Buildings Energy Efficiency, Rational and Efficiency Energy Use, Energetic Performance, Energy, Electrical Energy Conservation.

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1 INTRODUO

Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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INTRODUO

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1.1 USO DE ENERGIA NO SETOR PBLICO Os rgos pblicos, historicamente, quando aplicam recursos para obras de ampliao e reformas de suas instalaes, no levam em conta projetos de eficincia energtica. Isto se deve ao fato de que as despesas com energia eltrica fazem parte do custeio das instituies. Assim, a economia obtida com projeto de eficincia energtica no se reverte para o prprio rgo, que v seu oramento reduzido no ano seguinte. Dessa forma, a eficincia energtica no traz atrativo algum para os administradores pblicos. Para o sucesso dos programas de eficincia energtica, fundamental o envolvimento e a colaborao dos usurios da edificao. O resultado de projetos de eficincia energtica poder ser otimizado se, paralelamente, houver uma modificao de atitudes e comportamentos dos administradores e usurios no sentido de racionalizar o uso de energia, combatendo o desperdcio (PROCEL/ELETROBRS, ESPELHO DE LUZ, 19--?). O uso da energia em edificaes pblicas fortemente dependente da iluminao. Neste contexto, o aproveitamento mais adequado da iluminao natural auxiliaria em um maior aproveitamento da energia. Em espaos iluminados de forma adequada atravs de iluminao natural e sistemas de controle de iluminao artificial, pode-se obter economia de energia em iluminao entre 30% e 70%, (ALVAREZ, 1998; BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; BENYA; HESCHONG et al., 2001; GHISI; LAMBERTS, 1997(a); MEIER; OLOFSSON; LAMBERTS, 2002). Dentro da classificao de rgo pblico, o setor de escolas representa uma parcela importante das edificaes pblicas.

1.2 USO DE ENERGIA EM ESCOLAS PBLICAS Na literatura internacional, alguns exemplos de escolas onde foram aproveitados os recursos com iluminao natural exemplificam claramente os benefcios. Na Carolina do Norte, Estados Unidos, escolas construdas nos municpios de Raleigh, Wake e Johnston esto utilizando os benefcios da iluminao natural. Atravs de sensores, que ajustam o nvel de iluminao artificial em funo da iluminao natural e de

20 sensores de ocupao, essas escolas esto consumindo de 22 a 64% menos energia que escolas similares da regio. No College La Vanoise, em Modane, sudoeste da Frana, mais de 70% das necessidades de iluminao da escola, entre 9 e 17 horas, so atendidas pela iluminao natural. Na School of Engineering and Manufacture da De Montford University, no Reino Unido, atravs de sensores de ocupao e iluminao natural, estima-se economia de 50 a 75%. No Infante De Juan Manuel Health Centre, na Espanha, estima-se uma economia de 70% atravs da combinao de estratgias de iluminao. Na Valongo do Vouga School, em Agueda, Portugal, estima-se que 92% das exigncias de iluminao poderiam ser atendidas pela luz natural (GHISI, 1997). No Brasil, o setor pblico consumiu 9,2% do total de energia eltrica do pas em 2001, ou seja, 28.452 GWh. Estima-se que o consumo de energia eltrica em prdios pblicos represente 80% do total consumido pelo setor pblico, (BRASIL, 2002). Dada a caracterstica do nosso clima, a luz do dia pode ser utilizada com eficincia, sem necessidade de complementao pela iluminao artificial durante 70% do expediente diurno anual, no mnimo, bastando para isso que os projetos dos edifcios trabalhem adequadamente com esse parmetro, (SCARAZZATO; LABAKI; CARAM, 2002). Este trabalho tem por objetivo estudar o uso energtico em escolas pblicas, buscando dados sobre o uso energtico que possam auxiliar na caracterizao do setor atravs de ndices de desempenho mais adequados e representativos. Assim, apresentado um estudo de caso de escolas pblicas municipais e estaduais de Itabira visando definir um perfil mais prximo possvel de cada rede, identificar os usos da energia nas edificaes analisadas, bem como sugerir formas de melhorar o desempenho energtico destas edificaes.

21 1.3 OBJETIVOS E METAS DO TRABALHO O objetivo principal deste trabalho caracterizar os usos da energia em redes de escolas pblicas buscando ndices de desempenho energtico que permitam o acompanhamento de aes de eficincia energtica. O objeto de estudo a rede pblica de escolas da regio da cidade de Itabira. Esta rede dividida em estadual e municipal. Analisando estas duas redes ser possvel caracterizar ambas sob o ponto de vista energtico.

1.4 HIPTESES A SEREM VERIFICADAS As hipteses que sero verificadas neste trabalho so: O uso do ndice de desempenho energtico que relaciona energia por metro quadrado no suficiente para descrever o uso da energia em escolas pblicas. possvel obter outros ndices de desempenho energtico que contribuam para uma avaliao mais adequada do uso de energia no setor de escolas pblicas.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

1.5.1. Materiais Os materiais utilizados foram: luxmetro marca Minipa MLM-1010, preciso 4%Leitura+0,5%f.s., trena, bssola, papel, lpis, caneta, borracha, planilhas constantes dos APNDICES, histrico de contas de energia eltrica das escolas analisadas, papel A4, cartolina para fazer os croquis das escolas analisadas em detalhes contendo medidas internas de todos os ambientes como largura, altura, p direito, janelas, portas, dentre outros.

22 1.5.2. Mtodos A dissertao apresenta um estudo terico sobre o uso de energia em escolas no Brasil e no mundo. Em seguida um estudo prtico feito dividido em duas fases. A primeira analisa o uso da energia em todas as escolas da cidade de Itabira calculando-se indices de desempenho energtico. Aps anlises dos resultados obtidos, um grupo de escolas foi escolhido para ser submetido a uma anlise detalhada quanto ao uso da energia. Esta 2a fase da dissertao apresenta uma anlise minuciosa buscando identificar fatores que auxiliassem na obteno de ndices de desempenho energtico mais adequados e representativos. Em ambas as fases, adotou-se como mtodo de pesquisa a coleta de dados via documentao disponvel pelas escolas, prefeitura e concessionria local, alm de visitas tcnicas, vistorias, entrevistas, para a obteno de dados no registrados, porm essenciais na anlise.

1.7 PLANO DE TRABALHO Inicialmente foi feita uma reviso bibliogrfica a respeito dos mecanismos para apurao do desempenho energtico de edificaes. Esta reviso indicou diversas possibilidades. Verificou-se alguns desdobramentos quanto a anlise do uso energtico em escolas pblicas. Estas edificaes apresentam como uso final de maior importncia a iluminao. Neste sentido, diversos trabalhos abordam o uso da iluminao natural para auxiliar no aumento do desempenho energtico das edificaes. O uso da iluminao natural tambm abordado visando o conforto visual e sua influncia no desempenho escolar. Como meta desta fase tem-se o levantamento do estado da arte das pesquisas no Brasil e no mundo nesta rea. Em seguida foi realizado um levantamento das redes municipal e estadual de escolas da regio de Itabira. Foram realizados levantamentos de dados e realizadas anlises dos dados separadamente por tipo de setor: Setor de escolas pblicas municipais, Setor de escolas pblicas estaduais e unindo ambos formando o Setor de escolas pblicas. Aps esta caracterizao setorial, uma pesquisa mais

23 detalhada foi elaborada visando o conhecimento de algumas unidades que compem o setor municipal e estadual para buscar subsdios na proposio de ndices de desempenho energtico mais significativos. Como meta desta fase temse a caracterizao do uso de energia de forma setorial. Foram consultados os seguintes rgos: CEMIG, Secretaria Municipal de Educao de Itabira, Inspetoria Escolar Estadual. Posteriormente, algumas escolas foram escolhidas para serem analisadas em detalhes por apresentarem dados muito semelhantes de tamanho e nmero de alunos e apresentarem consumos muito distintos. Foram feitas visitas s escolas para levantar dados in loco, fotografias, questionrios, entrevistas, levantamento de dados sobre equipamentos e seus usos, etc. Analisaram-se os dados objetivando a obteno de informaes importantes para a proposio de um procedimento de avaliao do setor quanto ao uso energtico. Aps analisar todos os resultados obtidos em todas as etapas anteriores, chegou-se a algumas concluses e, quanto ao procedimento para avaliao do setor de escolas pblicas proposto. Alm disto, foram sugeridas algumas recomendaes que podem contribuir para um melhor conforto luminoso, trmico, visual, ambiental, alm de propor sistemas de iluminao mais eficientes do ponto de vista energtico. Tm-se como resultados esperados: Contribuir para melhor definir o perfil de consumo de escolas pblicas. Elaborar recomendaes para um melhor desempenho energtico das edificaes. Ressaltar a importncia do usurio da edificao na conservao de energia. Levantar algumas questes sobre a importncia do projeto arquitetnico neste contexto.

24 1.8 DESCRIO DA DISSERTAO O Captulo 1 - Introduo - trata do uso de energia no setor pblico e em escolas pblicas. Ainda, so apresentados os objetivos desta dissertao bem como a descrio da mesma. No Captulo 2 - Fatores que influenciam o uso da energia em edificaes - so relacionados alguns dos fatores que influenciam o uso da energia em edificaes e que conseqentemente afetam o desempenho energtico. O Captulo 3 - Sistemas de Iluminao - descreve os componentes de iluminao como fontes de luz, reatores e luminrias. Ainda, ressaltada a importncia da integrao da iluminao natural e artificial para uma iluminao de boa qualidade alm da economia de energia. No Captulo 4 - Iluminao Natural - os sistemas de iluminao natural, classificados em lateral e zenital, so definidos e caracterizados. Tambm so apresentadas vantagens e desvantagens de cada sistema. O Captulo 5 - Eficincia Energtica - ressalta a importncia do uso racional e eficiente de energia, citando vantagens econmicas, ambientais, financeiras, sociais, dentre outras. apresentado um panorama da eficincia energtica em edificaes no mundo e no Brasil. Tambm h uma reflexo sobre as caractersticas que uma edificao deve possuir para ser considerada uma edificao eficiente do ponto de vista energtico. Ainda, so apontados alguns problemas e entraves no tocante a uma eficientizao das edificaes no Brasil. O Captulo 6 - Estudo de caso setorial - apresenta um Estudo de Caso de Escolas Pblicas da cidade de Itabira, estado de Minas Gerais, Brasil. So analisadas 28 escolas municipais e 15 estaduais. O Captulo 7 - Estudo de caso detalhado - analisa com um maior detalhamento 6 escolas, sendo 3 estaduais e 3 municipais. Verificou-se uma grande discrepncia entre os dados das redes municipal e estadual e, alm disso, as escolas analisadas com detalhes apesar de possurem nmero de alunos parecidos apresentam

25 consumos muito discrepantes. Assim, decidiu-se investigar de perto estas escolas para verificar as possveis causas destas discrepncias. O Captulo 8 Concluses - apresenta as concluses aps a realizao deste trabalho bem como sugere novas pesquisas para aprofundamento deste estudo.

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2 FATORES QUE INFLUENCIAM O USO DA ENERGIA EM EDIFICAES

Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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FATORES QUE INFLUENCIAM O USO DA ENERGIA EM EDIFICAES

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Neste Captulo so relacionados alguns dos fatores que influenciam o uso da energia em edificaes e que conseqentemente afetam o desempenho energtico. A quantificao da energia por si s no fornece uma indicao do desempenho energtico. O uso da energia deve estar relacionado aos seguintes fatores: tamanho da edificao, objetivo e forma de ocupao. Ainda, a insero/implantao da edificao no meio influencia o uso da energia. o que explica diferentes desempenhos de edifcios-padro. Fatores mais intimamente relacionados s atividades especficas da edificao tais como: uso da energia por leito em hospitais, por estudantes em escolas, por funcionrios em escritrios, por refeio em restaurantes, dentre outros podem ser usados. Assim, o clima e seus efeitos, as atividades, o tamanho, a ocupao afetam o desempenho energtico. A avaliao do desempenho energtico de uma edificao importante desde o seu projeto, construo, funcionamento, durante toda a vida da edificao. Os sistemas mecnicos e eltricos de uma edificao consomem energia para produzir transporte (elevadores), iluminao, ventilao, aquecimento e resfriamento para os usurios da edificao. O clima, o tamanho da edificao e as atividades l desenvolvidas so fatores exgenos, que limitam as escolhas do projeto da edificao. Porm, o programa arquitetnico e, portanto, o projeto, so funo do uso/atividades previstas, assim, discutvel tratar como fator exgeno. Outros fatores que limitam os projetos so os cdigos de obra locais e nacionais, a tecnologia e os custos. Certas escolhas de projeto so fortemente ditadas por fatores exgenos. Por exemplo, se a edificao no recebe radiao solar direta no inverno, ento a opo de aquecimento solar direto no est disponvel para o projeto arquitetnico. Edificaes construdas nas vizinhanas tambm podem reduzir a radiao solar disponvel (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984

28 2.1 A PREVISO DO USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS Desde a crise do petrleo em 1973 vem aumentando a nfase na previso do uso de energia de uma edificao desde o estgio do projeto comparando-se vrias opes de projeto. As tcnicas utilizadas para previso do uso de energia em uma edificao devem considerar trs fatores principais: 1) O meio externo da edificao (o clima); 2) A construo e as caractersticas dos sistemas da edificao (os parmetros fsicos); 3) O gerenciamento da edificao (o comportamento do usurio). Um bom projeto aliado a uma boa manuteno e prticas adequadas de operao pode resultar em um baixo consumo de energia na edificao.

2.2 AS CARACTERSTICAS DE USO DE ENERGIA EM EDIFCIOS As caractersticas de uso de energia em edificaes vm mudando atravs dos anos como resultado do avano tecnolgico, dos cdigos e padres das edificaes, das mudanas de estilos arquitetnicos. Outros fatores influenciam no uso de energia tais como os equipamentos, as atividades a que se destinam, seus usurios, os efeitos das variaes do clima, o ano de construo da edificao e a idade da edificao. E ainda: a localizao da edificao, sua orientao e configurao, seus materiais e construo, seus sistemas de consumo de energia e controles (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; PAPST; PEREIRA; LAMBERTS, 1998; PEREIRA, T.C.; PAPST; PEREIRA, F.O.R.; LAMBERTS, 1999; FERNANDES, 2001). Diferentes pessoas como projetista, usurios, pessoal da limpeza e pessoal da manuteno interferem no uso de energia.

29 Fatores como iluminao natural, o entorno e a ventilao natural influenciam no uso de energia mesmo para edificaes similares. Assim, os mtodos de previso de uso de energia precisam ser validados.

2.2.1 O uso da energia com sistemas de ventilao ou condicionamento Dentre as tcnicas para reduo da energia consumida pelo sistema de resfriamento ambiental pode-se citar a adequao do microclima inserido no ambiente urbano atravs do uso de materiais mais apropriados, do aumento das reas verdes e da ocupao apropriada paisagem natural e adaptar as edificaes s condies especficas do clima da cidade com a finalidade de incorporar medidas para reduo do consumo de energia e de ganhos solares, compensando as alteraes radicais nas caractersticas trmicas, aerodinmicas, de irradiao e de umidade do ambiente urbano. Estas alteraes so devidas parcela extra de calor que a cidade descarrega sobre o edifcio, proveniente da dinmica urbana que aumenta a carga trmica do ambiente externo exigindo ainda mais do sistema de resfriamento dos edifcios. Em ambientes muito urbanizados, comum o efeito da ilha de calor, que acarreta maior consumo de energia eltrica das edificaes localizadas nestas reas por necessitar de um sistema de ar condicionado que compense, internamente, os efeitos provocados pela ilha de calor no ambiente externo. H um aumento de 2,6% a 3,6% da carga eltrica mxima para cada aumento de 1o C na temperatura externa ao edifcio em aglomerados urbanos cuja populao seja maior que 100 mil habitantes. Um aumento de 1% na carga do edifcio quando analisado na escala urbana pode representar um significativo aumento no consumo de energia e na capacidade instalada do sistema eltrico de uma grande cidade ou metrpole (CARLO, 2002).

2.2.2 O uso da energia com iluminao A energia eltrica consumida pelos sistemas artificiais de iluminao , geralmente, a maior componente do uso de energia total em uma edificao, em edifcios climatizados. O calor gerado pelas lmpadas pode contribuir para o ganho de calor

30 aumentando a carga dos sistemas de resfriamento de ar. Ambientes com nveis extremamente altos de iluminao podem requerer sistemas de resfriamento de ar aumentando assim o uso de energia na mesma. Apenas a iluminao artificial no gera causa do uso de condicionamento de ar, pois a iluminao diferente de insolao. O controle centralizado de iluminao apresenta problemas, principalmente fora do horrio de funcionamento normal da edificao. Por exemplo, no horrio de limpeza toda a iluminao ligada, sem necessidade, aumentando o uso de energia na edificao (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). Um simples rearranjo na disposio de lmpadas e interruptores pode levar a uma economia de energia. Um bom projeto de iluminao deve considerar as necessidades dos usurios, as variaes nos nveis de iluminao requerida, a integrao da luz natural com a artificial e o controle adequado do sistema de iluminao. Sistemas de controle de iluminao mais sofisticados podem utilizar fotoclulas para desligar ou dimerizar lmpadas quando existir iluminao natural, alm de sensores de presena (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). Os sistemas de iluminao artificiais so responsveis por boa parte da energia consumida pelos edifcios podendo atingir cerca de 50% do consumo total do edifcio (LEDER; PEREIRA, 1999). A utilizao da luz natural como fonte de luz interna reduz o consumo das fontes artificiais. Alm da economia de energia a iluminao natural nos espaos internos inclui aspectos positivos que incluem: viso e contato com o exterior, benefcios psicolgicos e fisiolgicos aos usurios, qualidade da luz, elemento esttico e arquitetnico (LEDER; PEREIRA, 1999).

2.2.3 A relao entre horas de uso e o uso de energia em edifcios O nmero de horas de uso um fator associado ao uso de energia em edificaes. Entretanto, a intensidade de uso de energia em uma edificao no geralmente proporcional s suas horas de uso devido aos efeitos da carga trmica acumulada.

31 Ainda, h fatores importantes como a sazonalidade e a variao do uso/ocupao do edificante. O primeiro fator mais importante na anlise do uso de energia em uma edificao o seu tamanho (medido em rea ou nmero de usurios). Em seguida, vem o nmero de horas de uso. Assim, o nmero de horas de uso por semana ou por ms de sistemas de iluminao, aquecimento, resfriamento influencia expressivamente na intensidade de uso de energia de uma edificao. O nmero de horas de uso inclui alm do horrio de funcionamento normal, o horrio de servios extras e de limpeza. Em muitas edificaes a limpeza feita noite necessitando de iluminao artificial. Assim, uma edificao que apresenta 50 horas por semana de uso de energia, pode adicionar de 10 a 20 horas semanais para limpeza e servios extras, totalizando 60 a 70 horas por semana. Assim, ensinar a funcionrios e pessoal de limpeza a ligarem apenas as lmpadas necessrias ou reprogramar o horrio de limpeza para o dia quando h iluminao natural pode reduzir de maneira significativa o uso de energia na edificao (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). A reduo das horas de uso dos principais servios que consomem energia (iluminao, ventiladores, bombas, sistemas de aquecimento e resfriamento) desde o estgio do projeto influencia positivamente no uso de energia na edificao. Por exemplo, um bom layout dos interruptores das lmpadas, controles automticos de iluminao que respondam ao nvel de luz natural ou presena de pessoas podem reduzir o uso de energia com iluminao (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984).

2.2.4 A relao entre usurios e o uso de energia em edifcios A relao entre o homem e a energia antiga, e tanto o homem moderno como o primitivo, sempre foram dependentes dela. O primitivo era dependente da energia proveniente de fontes renovveis e daquelas oriundas da natureza como ventos, gua, chuvas entre outras, e as utilizava praticamente para sua sobrevivncia. O homem moderno utiliza-se tambm de fontes no-renovveis, em grande parte das situaes, para satisfazer suas necessidades de conforto. Com a evoluo do tempo e a industrializao, o consumo crescente a cada dia com interferncias no

32 ecossistema, danos muitas vezes irreversveis ao meio ambiente, alm do desequilbrio ecolgico. Estas transformaes so impostas por um modelo que privilegia a substituio de sistemas naturais por artificiais (FERNANDES, 2001). O projetista tem muito a ensinar aos usurios da edificao sobre como a edificao deveria funcionar e tem muito a aprender deles sobre como a edificao usada (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). Nos anos 1960 e 1970, as edificaes foram construdas no mundo sem a participao dos usurios no controle dos servios de consumo de energia. No outro extremo, h edificaes onde os usurios possuem um considervel grau de controle sobre seus servios de consumo de energia e, portanto sobre suas condies de conforto (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). Estudos na BRE Building Research Establishment (Fundao de Pesquisa da Edificao), no Reino Unido, mostram que as pessoas ocupadas em suas atividades em escritrios, geralmente, ligam a iluminao artificial se a iluminao natural se torna inadequada, mas, nem sempre desligam a iluminao artificial quando a luz natural adequada (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). As pessoas ligam os servios (iluminao, ar-condicionado, resfriamento,

aquecimento, etc) quando se sentem desconfortveis, e controles automticos so capazes de desligar dispositivos quando certo critrio de conforto (ou outra referncia) alcanado. Por exemplo, o sistema de iluminao pode ser manual quando a iluminao natural inadequada. Fotoclulas, interruptores temporizados e controles centrais podem desligar as lmpadas quando a iluminao natural tornar adequada ou ao final do dia de trabalho (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984).A vestimenta dos usurios da edificao influencia no controle de termostatos de arcondicionado. Por exemplo, se uma pessoa usando terno e gravata, no vero, controla o termostato do ar-condicionado ela, provavelmente, o ajustar para uma temperatura baixa. Assim, as outras pessoas podero sentir frio e uma quantidade de energia desnecessria ser gasta com resfriamento (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984).

33 Geralmente, os usurios das edificaes buscam o prprio conforto sem uma maior preocupao com a economia de energia. pouco provvel que, atitudes isoladas de conservao de energia, possam reduzir expressivamente o uso de energia. necessrio educar os usurios e dar-lhes um retorno adequado das conseqncias de suas decises e atitudes no controle do uso da energia (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984).

2.3 NDICES DE DESEMPENHO ENERGTICO Para comparar o uso de energia em edificaes com variaes no tipo, localizao e tamanho necessrio estar apto a reduzir o uso de energia para uma base comum, ou seja, normaliz-las. O ndice de desempenho energtico uma ferramenta que torna possvel compararmos dois diferentes nveis de uso de energia de um determinado tipo de servio. Este ndice, geralmente, obtido dividindo-se o uso de energia por um ou mais fatores. Por exemplo, o desempenho energtico de um carro pode ser obtido pela quantidade de quilmetros que ele percorre usando um litro de combustvel, em km/l (quilmetros por litro de combustvel) (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; MEIER; OLOFSSON; LAMBERTS, 2002). Existem vrios ndices de desempenho energtico. Os ndices mais utilizados so o AEUI (Area Energy Use Index - ndice de Uso de Energia por rea) e o PEUI (Person Energy Use Index - ndice de Uso de Energia por Pessoa) (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984). No Brasil, estes ndices recebem a denominao de consumo especfico, tanto para o consumo especfico em funo da rea como tambm para o consumo especfico em funo do nmero de pessoas.

2.3.1 AEUI ndice de Uso de Energia por rea No ndice AEUI usa-se a rea tendo em vista que ela o fator de tamanhopadronizado mais comumente empregado. O ndice de uso de energia por rea, AEUI, um ndice que permite a comparao do desempenho energtico de edifcios. O AEUI calculado a partir do valor da energia utilizada por uma

34 edificao ao longo de um ano dividido pela rea em m2 da edificao (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; MEIER; OLOFSSON; LAMBERTS, 2002; WESTPHAL; GHISI; LAMBERTS, 1998). Os usos mdios de energia para edificaes de tamanhos diferentes podem ser comparados usando seus respectivos ndices de energia com tamanho-padronizado (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; MEIER; OLOFSSON; LAMBERTS, 2002).

2.3.2 PEUI ndice de Uso de Energia por Pessoa Outro ndice bastante utilizado o ndice de uso de energia por pessoa, PEUI. Este ndice indicado quando a edificao sob anlise possui um nmero grande de pessoas que so atendidas e que afeta fortemente o uso da energia. Hotis e hospitais so casos tpicos. Quando h uma relao muito forte entre o nmero de usurios e a rea, isto , a densidade de ocupao no varia muito, ambos os ndices (AEUI e PEUI) so indicados para avaliar o desempenho de edificaes com mltiplas atividades. Horas de uso, clima e o tipo de atividade so outros fatores usados nos ndices de desempenho energtico de uma edificao. Ento, um clima que for 5% mais quente ou mais frio, espera-se que haja um acrscimo tambm de 5% no ndice de uso de energia com ar condicionado ou aquecimento, respectivamente. Cada atividade dever ser separada em uma categoria, com um ndice separado. No existe um nico ndice universal de desempenho energtico. ndices so escolhidos no pelas propriedades ou comportamento da edificao ou dos seus usurios, mas pela particularidade de cada anlise (BAIRD; DONN; BRANDER; AUN, 1984; MEIER; OLOFSSON; LAMBERTS, 2002).

2.4 PADRES DE CONSUMO Os rgos de diversos pases responsveis pela padronizao tentaram estabelecer diretrizes para o consumo de energia em edificaes especificando faixas de valores

35 para diferentes atividades (EUA: Building Energy Performance Standards (BEPS); Inglaterra: CIBS - Building Energy Code; Nova Zelndia: Code of Practice for Energy Conservation in Nonresidential Buildings). O conceito bsico classificar as atividades que ocorrem na edificao como sendo de um tipo especfico, tais como: Hospital, Escola, Hotel, Escritrio, etc, ou a atividade predominante na edificao. A classificao bastante simples. Ela se torna um pouco mais difcil somente quando h vrias atividades na edificao. H que se levar em considerao, tambm, as pessoas, suas necessidades, provveis comportamentos. Estas demandas e atitudes so consideraes essenciais na conservao de energia e gerenciamento energtico. O consumo de eletricidade no Brasil vem crescendo a taxas mdias que variam entre 4 e 5% ao ano, com expressividade no setor residencial, devido facilidade de aquisio de bens de consumo e demanda reprimida nesta rea nos ltimos dez anos. Dentre os energticos do setor residencial, a eletricidade apresenta maior crescimento, seguido pelo GLP Gs liquefeito de Petrleo (ROMRO, 1997). Os padres de uso so extremamente importantes na determinao do consumo de edifcios, pois descrevem toda a rotina de funcionamento do mesmo (SIGNOR, 1999).

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3 SISTEMAS DE ILUMINAO

Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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SISTEMAS DE ILUMINAO

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Este captulo trata de sistemas de iluminao. So descritos componentes de iluminao como fontes de luz, reatores e luminrias. Tambm ressaltada a importncia da integrao da iluminao natural e artificial para uma iluminao de boa qualidade alm da economia de energia.

3.1 SISTEMAS DE ILUMINAO O objetivo de sistemas de iluminao proporcionar um ambiente visual adequado que fornea a luz mnima necessria realizao de tarefas visuais executadas por ocupantes de postos de trabalho, ou seja, a luz deve ser fornecida e direcionada superfcie de trabalho para que os ocupantes do posto de trabalho consigam desenvolver suas atividades. Esta iluminao deve atender s exigncias do usurio apenas nos momentos em que se realiza a tarefa visual, normalmente determinada pelo perodo de ocupao do ambiente construdo. Para que se atinja este objetivo necessrio o uso correto da luz, atravs da otimizao dos nveis de iluminao, do ndice de reproduo de cor e da temperatura de cor da fonte de luz, das taxas de luminncias e contrastes (GHISI; LAMBERTS, 1997(b); GHISI, 1997). Os critrios gerais de desempenho de iluminao devem seguir a norma, evitar a incidncia direta do sol e alcanar uniformidade da iluminao. O nvel timo de iluminncia no necessariamente o mais alto, mas aquele que nos possibilita a melhor viso sem nos causar cansao visual (VIANA JNIOR; BRACARENSE; JOTA; ASSIS, 2002). A luz determina o carter do espao e a sua relao com os elementos que o compem. Entretanto, um ambiente com altos nveis de iluminncia no est necessariamente bem iluminado. O ofuscamento uma importante causa de desconforto mesmo em ambientes com nveis recomendados pela norma (VIANA JNIOR; BRACARENSE; JOTA; ASSIS, 2002).

38 Nveis adequados de iluminao devem ser proporcionados aos usurios das edificaes visando o perfeito desenvolvimento da tarefa visual, alm de conforto, satisfao (GHISI, 1997). A quantidade de luz desejada e necessria para qualquer instalao depende da tarefa a ser executada. O grau de habilidade requerida, a minuciosidade do detalhe a ser observado, a cor, e a refletividade da tarefa, assim como os arredores imediatos, afetam as necessidades de iluminncia, que produziro as condies de visibilidade mxima. Os iluminamentos recomendados so baseados nas caractersticas das tarefas visuais e nos requerimentos de execuo, sendo maiores para o trabalho envolvendo muitos detalhes, trabalhos precisos e trabalhos de baixos contrastes (GHISI; LAMBERTS, 1997(b); GHISI, 1997). As tarefas visuais, apesar de serem em nmero ilimitado, podem ser classificadas de acordo com certas caractersticas comuns conforme a NBR 5413 (NB 57) Iluminncia de Interiores, que estabelece os valores de iluminncias mdias em servio para iluminao artificial em interiores onde se realizam atividades especficas. Esta norma permite flexibilidade na determinao dos nveis de iluminao, sendo que trs variveis so consideradas: 1) A idade do observador: pessoas mais idosas necessitam de mais luz para desenvolver a mesma atividade que pessoas jovens. 2) Velocidade e acuidade do desempenho visual: necessidades crticas exigem mais luz que as casuais, ou seja, quanto maior o grau de preciso requerido para executar a tarefa, maiores sero os nveis de iluminao exigidos. 3) Refletncia da tarefa em relao ao fundo: grande diferena de refletncias entre a tarefa e o seu entorno prximo podem reduzir o contraste e a performance visual e/ou causar desconforto visual (GHISI; LAMBERTS, 1997(b); GHISI, 1997).

39 3.2 COMPONENTES DE SISTEMAS DE ILUMINAO Sistemas de iluminao eltrica geralmente consistem de algumas ou todas das seguintes partes: fontes; reatores; refletores; componentes de proteo/difuso; e luminrias. Estes componentes so descritos a seguir.

3.2.1 Fontes de luz eltrica Fontes de luz eltrica so lmpadas com seus respectivos soquetes. Lmpadas so disponveis em um vasto arranjo de tipos, tamanhos, potncias, distribuies, cores, revestimentos de fsforo, caractersticas de partida e operao, estilos e caractersticas trmicas. As lmpadas mais indicadas a serem utilizadas em ambientes de trabalho so as lmpadas fluorescentes. Estas fontes de luz apresentam altos ndices de desempenho energtico. 3.2.1.1 Cor de lmpadas As duas medidas usadas para especificar cor de fonte de luz so cromaticidade ou temperatura de cor correlata e ndice de reproduo de cor. Estas quantidades descrevem, respectivamente, a aparncia de cor da fonte de luz e aparncia de cor dos objetos que esto sendo iluminados. inteiro. 3.2.1.2 Temperatura de cor de lmpadas Normalmente, a temperatura de cor de uma lmpada escolhida primeiramente para igualar atmosfera desejada de um ambiente; ento a lmpada com o maior ndice de reproduo de cor na faixa de temperatura de cor correlata selecionada. A temperatura de cor de uma lmpada expressa em Kelvin. A temperatura de cor de lmpada entre 2.500K e 3.500K indica cor quente e aconchegante. Em geral, lmpadas com temperaturas de cor acima de 3.500 K criaro um ambiente funcional. Em algumas reas comerciais como sala de recepo, escritrios, shoppings e lojas Ambos so definidos de acordo com padres internacionais e so aplicados por fabricantes de fontes de luz do mundo

40 so recomendadas lmpadas com temperatura abaixo de 3.500 K para criar uma sensao maior de conforto. A escolha do tipo de lmpada adequada primordial para proporcionar um ambiente ideal realizao de tarefas e influenciar positivamente no nimo dos usurios das edificaes

3.2.2 Reatores Os reatores so vitais para a correta operao das lmpadas fluorescentes e as de descarga em alta presso. Eles acendem as lmpadas, regulam a corrente eltrica, fornecem a potncia correta para o bom funcionamento das lmpadas. Os reatores eletrnicos consomem menos energia, proporcionam um fluxo luminoso maior e constante das lmpadas; possuem dispositivos de segurana como termofusveis, rudo inaudvel e longa vida til. Os reatores eletrnicos dimerizveis possuem a capacidade de variar o fluxo luminoso de lmpadas fluorescentes proporcionando uma maior flexibilidade aos sistemas de iluminao e uma melhor adequao do nvel de iluminao necessrio (CEMIG; CEFET-MG, 1999). Para EPRI, 1993, (citado por Ghisi, 1997), os reatores eletrnicos aumentam a eficincia do sistema lmpada/reator em 15 a 20%. Para avaliar o potencial de economia atravs da substituio de reatores eletromagnticos por eletrnicos, Santamouris, 1995, (apud Ghisi, 1997) avaliou 13 edifcios. A economia verificada foi de 4% do consumo atual com iluminao com um perodo de retorno variando de 4 a 40 anos, com mdia aproximada de 10 anos. Como os reatores eletrnicos reduzem as perdas, mas nem sempre so viveis economicamente. Macedo Jr, 1996 (conforme Ghisi, 1997) recomenda que sejam avaliadas alternativas com e sem reator eletrnico e comparadas suas viabilidades econmicas.

3.2.3 Luminrias Luminrias efetivas usam a mais eficiente fonte de luz disponvel que exibe as caractersticas importantes necessrias para obter um bom desempenho.

41 Muitas luminrias avanadas usam materiais de alta refletncia desenvolvidos recentemente para melhorar a distribuio e eficincia de luz, e para ampliar o espao entre luminrias. Estes materiais especulares permitem o redirecionamento preciso de raios de luz incidente, permitindo controle preciso de luz. Estes diferem de refletores padro pintados que produzem distribuio de luz incidente difusa, dispersa, muito espalhada. Uma desvantagem de materiais especulares que quando usados

inadequadamente podem fornecer intensas imagens refletidas da fonte de luz em certos ngulos, causando um flash de luz que pode criar ofuscamento, estar distraindo ou mesmo estar desorientando (PRADO, 1996).

3.3 A ILUMINAO E SUA RELAO COM A REFLETNCIA E A COR Uma superfcie pode absorver ou refletir mais ou menos a radiao incidente, dependendo de sua cor e textura. Uma superfcie branca, por exemplo, reflete aproximadamente 85% da luz incidente; uma cor clara, 50%; uma cor mdia 30% a 50%; e uma cor escura, menos de 10%, Hopkinsons, 1975 (citado por Oiticica; Barbirato; Silva; Machado, 2000 e Caram; Basso; Labaki; Castro, 2001). Essa quantidade pode variar se a superfcie for lisa e polida ou spera e fosca. Assim, relevante o estudo das refletncias das cores em diversos tipos de superfcies para que se conhea e se determine o padro de iluminao dos ambientes.

3.4 MTODOS DE ILUMINAO A escolha do mtodo de iluminao a ser utilizado determinada pela anlise do ambiente a ser iluminado e da tarefa a ser executada. Em relao concentrao de luz necessria para a realizao de determinada tarefa, os mtodos de iluminao podem ser classificados em:

42 1) Iluminao geral: propicia uniformidade de iluminncia na superfcie de trabalho. As luminrias so distribudas regularmente no teto e a iluminncia mdia deve ser igual exigida para a tarefa. 2) Iluminncia localizada: obtida atravs de uma concentrao maior de luminrias em determinadas posies de trabalho onde se exige uma iluminncia suficientemente elevada. um sistema de uso mais restrito para ambientes de trabalho em fbricas. 3) Iluminncia suplementar: aquela colocada nas posies de trabalho de forma a complementar a iluminao geral. utilizada nos casos em que necessria uma maior iluminncia em um campo de trabalho especfico devido preciso requerida para se realizar a tarefa. EPRI, 1993 (segundo Ghisi, 1997) recomenda que a iluminao do ambiente pode ser de apenas 33% da iluminncia dos postos de trabalho.

3.5 INTEGRAO DA LUZ NATURAL COM A ARTIFICIAL Historicamente, tem sido uma tendncia no somente pensar na iluminao eltrica separadamente da luz natural bem como focalizar uma e negligenciar a outra. Embora haja pouca informao disponvel no Brasil sobre o desempenho da integrao de sistemas de iluminao natural e eltrica, tais sistemas existem. Estes sistemas integrados de iluminao so capazes de fornecer excelente qualidade de iluminao bem como significativa economia de energia. Um projeto integrado de iluminao natural e artificial que considere a disponibilidade de luz natural, prpria do clima local, possibilita uma reduo de consumo de energia na edificao em mais de 30%, aproximadamente (CEMIG; CEFET-MG, 1999). O projeto de iluminao alm da integrao luz natural luz artificial deve fornecer interruptores independentes para cada zona iluminada pela luz natural. O circuito deve seguir o contorno da iluminao natural no espao. Isto possibilita menores

43 custos quando os controles so adicionados. A chave para o sucesso projetar um sistema confivel, simples e efetivo (BENYA; HESCHONG et al., 2001).

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4 ILUMINAO NATURAL

Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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ILUMINAO NATURAL

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Este Captulo trata da Iluminao natural. Os sistemas de iluminao natural, classificados em lateral e zenital, so definidos e caracterizados. Tambm so apresentadas vantagens e desvantagens de cada sistema.

4.1 ILUMINAO NATURAL De acordo com Robbins, 1986 (citado por Cabs, 1997), a luz natural, ou qualquer outra fonte de luz, uma manifestao visual de energia percebida pelo olho humano na faixa de radiao eletromagntica com comprimentos de onda entre 380 e 760 nm, aproximadamente. A luz natural pode ser proveniente de duas fontes: o sol e o cu, (SOUZA; KREMER; MACEDO; CLARO, 2001). Variaes horrias, sazonais e atmosfricas representam variaes significativas na disponibilidade da luz natural (PEREIRA; ATANASIO; WERLICH, 2001). Depois das duas grandes guerras mundiais surgiram as primeiras incidncias de crise na questo energtica, cujo pice ocorreu em 1973 com a crise do petrleo. Neste contexto, a iluminao natural pode contribuir significativamente na iluminao do ambiente. Ainda, um elevado potencial de economia pode ser alcanado se a iluminao natural for utilizada como uma fonte de luz para iluminar os ambientes internos. Em espaos iluminados adequadamente atravs de iluminao natural e sistemas de controle de iluminao artificial pode-se obter economia de energia entre 30 e 70% (GHISI; LAMBERTS, 1997). Diversas so as razes que levam um projetista a utilizar a luz natural em seu projeto, dentre elas: a qualidade da luz, a comunicao visual com o meio externo, a conservao dos recursos naturais, a reduo do consumo de energia e benefcios psicolgicos e fisiolgicos (CABS; PEREIRA, 1997; CABS, 1997). A utilizao da iluminao natural deve ser avaliada na concepo inicial do projeto e deve levar em conta a variao diria e sazonal da luz para fornecer iluminao adequada por maior tempo e menor carga trmica possveis. Uma abertura de grandes dimenses pode causar uma entrada excessiva de luz, dependendo da

46 orientao, resultando em uma carga trmica indesejvel, dependendo da regio e da poca do ano. Pequenas aberturas, ao contrrio, necessitam de iluminao auxiliar (na maioria das vezes, iluminao artificial, mesmo durante um dia de cu claro, quando h mais luz no cu. O conhecimento da quantidade de luz que ser admitida atravs da edificao pode auxiliar na tomada de decises e mudanas de projeto. O conhecimento da distribuio espacial e temporal da iluminao natural dentro de um ambiente auxilia no projeto luminotcnico (PAPST; PEREIRA; LAMBERTS, 1998). importante conhecer a entrada de luz natural atravs das aberturas externas, nas diversas horas do dia e do ano, e com isso, desenvolver uma metodologia de anlise da quantidade e da distribuio da luz natural nos ambientes internos. Assim, podese prever onde e quando se faz necessrio o uso da iluminao artificial complementar natural, facilitando o projeto luminotcnico (PAPST; PEREIRA; LAMBERTS, 1998).

4.2 SISTEMAS DE ILUMINAO NATURAL Os sistemas de iluminao diurna podem ser classificados, sinteticamente, em lateral e zenital e espaos centrais compartilhados (trios, por exemplo).. A escolha do sistema adequado de iluminao lateral ou zenital - deve levar em conta as caractersticas do edifcio, a forma e a disposio dos ambientes que compem o edifcio, o tipo de tarefa visual a ser executada, alm de consideraes de ordem econmica e tecnolgica, assim como aspectos relativos ao clima local (CEMIG; CEFET-MG, 1999; CABS, 1997). As aberturas laterais so as mais comuns e localizam-se nas paredes verticais das edificaes. A iluminao lateral mais adequada s regies prximas s janelas, porm como a iluminncia produzida reduz-se medida que se afasta da,abertura, este sistema provoca uma distribuio de iluminncias inadequada na maioria dos casos (LEDER; PEREIRA, 1999; CABS, 1997).

47 Em ambientes com iluminao lateral, o nvel de iluminncia decresce rapidamente com o afastamento da janela. O aumento da iluminncia em funo do aumento da rea iluminante ocorre at determinado limite. Um recinto com janelas de grandes dimenses, porm com superfcies interiores escuras requerer grande nvel de luz incidente, que acarretar grande carga trmica. Por outro lado, um ambiente com janelas de dimenses adequadas e superfcies interiores claras, de alta refletncia, resultar em uma combinao mais adequada de luz direta (em geral indesejada em ambientes internos em pases tropicais) e luz refletida, possibilitando uma maior economia de energia. As aberturas zenitais localizam-se nos planos horizontais ou de abertura das edificaes, so utilizadas quando se pretende obter uma iluminao mais uniforme ou em casos no qual o uso das aberturas laterais inadequado. A iluminao zenital fornece, em geral, uma maior uniformidade na distribuio da luz sobre o campo de trabalho, quando comparada a sistemas laterais com menor rea de abertura. No entanto, no fornece uma viso do entorno, necessidade bsica na grande maioria dos ambientes. Somado a essa questo, outro problema dos sistemas zenitais a limitao do seu uso a edificaes de um pavimento ou ambientes de cobertura. (LEDER; PEREIRA, 1999; CABS, 1997). Em casos de utilizao de iluminncia zenital, particularmente em ambientes de grandes dimenses, podem-se considerar valores mdios de iluminncia devido obteno de uma maior uniformidade sobre o plano de trabalho. A grande carga trmica existente sobre a cobertura de um edifcio, prpria das regies tropicais e subtropicais deve ser contemplada no projeto de iluminao zenital de forma a limitar a superfcie a valores que no comprometam o conforto trmico do ambiente (CEMIG; CEFET-MG, 1999).

4.3 CARACTERSTICAS DA ILUMINAO NATURAL Dentre diversas vantagens da utilizao de luz natural em edificaes, destaca-se a qualidade da luz natural. Outra vantagem a boa reproduo de cores. A qualidade

48 espectral da luz influencia na aparncia das cores. O olho humano ajusta-se s fontes de luz e altera sua percepo de cor em funo da posio espectral da radiao luminosa. Apesar dos avanos tecnolgicos de lmpadas eltricas, ainda hoje, a luz natural a que apresenta melhor reproduo de cores (CABS, 1997). A variabilidade uma das principais caractersticas da luz natural. Isto ocorre de forma tanto quantitativa como qualitativa, com a mudana da cor durante o dia. A variao pode ocorrer pelas mudanas regulares da trajetria solar, por mudanas produzidas por fenmenos meteorolgicos, como a nebulosidade e pelo movimento das nuvens e outros aspectos mais fugazes. A variabilidade da luz natural proporciona maior prazer que a monotonia dos ambientes iluminados artificialmente. A quantidade de luz do dia, no entanto, ao contrrio do que ocorre com a quantidade de luz artificial, no est sob o controle do projetista (CABS, 1997). Outro aspecto importante da luz natural a sua eficcia luminosa. A eficcia, tanto da luz do sol, como da abbada celeste significativa quando comparada com as fontes artificiais. De um modo geral, as fontes naturais introduzem menos calor por lmen dentro das edificaes, que as lmpadas eltricas mais comuns (CABS, 1997).

4.4 PROTEES SOLARES Em um trabalho apresentado por EPRI (1993), vrios modelos de protees solares foram testados em salas de aula com p direito de 3 metros e dimenses de 10 x 10 metros. O modelo bsico, sem proteo solar, mostra nveis de iluminao muito altos prximos janela com uma reduo rpida com o afastamento da janela. Brises horizontais e verticais podem aumentar a penetrao de luz natural no ambiente e torn-la mais uniforme quando o piso externo reflexivo. As prateleiras de luz (light shelves) diminuem a iluminncia prxima janela e aumentam a penetrao de luz no ambiente atravs da reflexo no teto. Segundo EPRI (1993), enquanto as janelas sem proteo permitem que a luz penetre a uma distncia

49 aproximada de 1,5 vezes a altura de topo da janela, as prateleiras de luz podem aumentar esta profundidade para 2,5 vezes a altura do topo da janela (GHISI, 1997). O mercado brasileiro j disponibiliza produtos eficazes em filtrar os raios ultravioletas. Estes incluem os vidros laminados, os policarbonatos e as pelculas de controle solar, para os quais a transmisso na regio dos UV de no mnimo, 1%, ou seja, aqueles materiais tm uma opacidade de 99% quela faixa do espectro da radiao solar, o que os torna especialmente indicados para museus, bibliotecas, lojas e vitrines em geral. Em termos percentuais, o policarbonato apresenta 0% de transmisso na faixa dos UV, o laminado incolor (2%) e o vidro incolor (38%) (SCARAZZATO; LABAKI; CARAM, 2002).

4.5 A ILUMINAO NATURAL E O PROJETO LUMINOTCNICO Nos pases de clima tropical, altos nveis de iluminao natural no interior de ambientes construdos podem produzir um desconforto visual por ofuscamento excessivo, e ainda um aumento da carga trmica aumentando o consumo de energia para o resfriamento atravs de ar condicionado e ventiladores (JOTA; BRACARENSE, 2001). Segundo CABS (1997) podem-se definir trs regies de iluminncias no ambiente, em relao luz artificial: 1) Insuficientes (iluminncias abaixo de 70% do valor da norma). 2) Satisfatrias (iluminncias entre 70% e 130% do valor da norma). 3) Excedentes (Iluminncias acima de 130% da norma). A utilizao da luz natural no ambiente construdo muitas vezes negligenciado pelos projetistas no momento de concepo do projeto. Geralmente, estuda-se a

50 orientao do terreno para implantar o edifcio de forma a posicionar determinados cmodos numa posio mais ou menos privilegiada em relao posio do sol, porm, na maioria das vezes negligencia-se a utilidade da luz natural, seja ela proveniente da luz direta do sol ou da luz solar refletida na abbada celeste, no estudo de iluminao do ambiente projetado. Assim, em grande parte dos projetos a iluminao artificial, mesmo durante o dia, aumentando os custos com o consumo de energia e desperdiando uma fonte gratuita que poderia proporcionar luz abundante, de boa qualidade, alm de melhor conforto ambiental (LIMA, 2002). Atualmente, a simulao computacional possibilita a obteno de aspectos quantitativos como nveis de iluminncia e luminncia e tambm, a visualizao de efeitos qualitativos da iluminao atravs de figuras de falsa cor (figuras que ilustram a distribuio da luz diretamente sobre as superfcies de uma cena 3D e so usadas para visualizar a luminncia ou o iluminamento do modelo usando uma escala linear ou logartmica) e imagens fotorealsticas (LIMA, 2002). As variveis que interferem no projeto de iluminao natural so: 1) Condicionantes locais: clima, orientao, poca do ano, hora do dia. 2) Implantao da edificao: influncia do entorno natural ou edificado. 3) Forma, tamanho e localizao das janelas. 4) Materiais do piso, paredes e teto. 5) Dimenses dos compartimentos. 6) Elementos externos prximos (LIMA, 2002). Muitas dessas variveis so propriedades de stio onde ser implantado o projeto e no podem ser modificadas. Assim, o projetista pode atuar nas variveis que interferem diretamente no nvel de iluminncia tais como a forma, tamanho e localizao das janelas (LIMA, 2002).

51 No Brasil, como ainda no existem normas ou outros instrumentos reguladores que priorizem uma melhor utilizao da iluminao natural dos edifcios, torna-se imprescindvel a implementao de pesquisas e a divulgao do tema com o objetivo de formao de massa crtica junto aos profissionais de projeto e representantes de corporaes mercantis e comerciais, construtores e produtores de insumos para o segmento da construo civil (SCARAZZATO; LABAKI; CARAM, 2002). A avaliao da iluminao natural em um projeto pode ser feita de trs maneiras distintas: 1) Mtodos grficos simplificados. 2) Simulao com modelos em escala reduzida. 3) Simulao em computador (PAPST; PEREIRA; LAMBERTS, 1998).

4.6 ILUMINAO NATURAL E USO RACIONAL DE ENERGIA A iluminao natural pode contribuir significativamente na iluminao do ambiente (GHISI; LAMBERTS, 1997). Smiley, 1996, (citado por Ghisi, 1997), afirma que na Carolina do Norte, Estados Unidos, escolas construdas nos municpios de Raleigh, Wake e Johnston esto utilizando os benefcios da iluminao natural. Atravs de sensores que ajustam o nvel de iluminao artificial em funo da iluminao natural e de sensores de ocupao estas escolas esto consumindo de 22 a 64% menos que escolas similares da regio. Na Durant Midtle School, em Raleigh, atravs da reduo de ganhos de calor proporcionada pela iluminao natural comparada com a artificial, o sistema de refrigerao tambm pde ter seu custo de implantao reduzido, o que permitiu um tempo de retorno do investimento de nove meses (GHISI, 1997).

52 The European Commission, 1994, apud Ghisi, 1997, alerta para o correto dimensionamento das esquadrias para aproveitamento da iluminao natural, pois o custo de uma esquadria maior que o custo de alvenaria para a mesma rea. Segundo Fong e Kiss, 1996, (citado por Ghisi, 1997), sistemas simples como janelas altas e cores claras nas superfcies internas podem aumentar os nveis de iluminao natural no ambiente interno em um fator de trs. Opdal e Brekke, 1995, (citado por Ghisi, 1997), verificaram uma economia mdia de 30% em iluminao, nos escritrios da Noruega, onde se utilizam sistemas de controle de iluminao artificial em funo da iluminao natural. A utilizao de sensores de presena mostra um potencial de economia de energia em iluminao de 60% (GHISI; LAMBERTS, 1997). A utilizao da luz natural em ambientes internos, alm de representar aumento na produtividade e qualidade de vida dos usurios das edificaes ainda possui expressiva contribuio em projetos de eficincia energtica (PAULA; SILVA; CARDOSO, 2002).A iluminao natural, desde que utilizada adequadamente, pode contribuir de forma expressiva com a reduo do consumo de energia eltrica em hipermercados, supermercados, agncias bancrias e qualquer edificao. Em espaos iluminados de forma adequada atravs de iluminao natural e sistemas de controle de iluminao artificial pode-se obter economia de energia em iluminao entre 30% e 70% (GHISI; LAMBERTS, 1997). No Brasil, j existe tecnologia de materiais e produtos, bem como procedimentos de projeto suficientemente desenvolvidos para garantir este benefcio. O pas est situado entre as latitudes 5oN e 32oS, portanto entre as regies do planeta mais bem servidas de luz natural (SCARAZZATO; LABAKI; CARAM, 2002). Dadas as caractersticas dos nossos climas, a luz do dia pode ser utilizada com eficincia, sem necessidade de complementao pela iluminao artificial durante 70% do expediente diurno anual, no mnimo, bastando para isso que os projetos dos edifcios trabalhem adequadamente com aquele parmetro (SCARAZZATO; LABAKI; CARAM, 2002).

53 Robbins, 1986 e Energy Research Group, 1994 (apud Cabs, 1997), afirmam que cerca de 50% da energia consumida em edificaes no residenciais gasta com a iluminao em excesso e bastante comum no Brasil, citando diversos trabalhos de pesquisadores brasileiros como M. Romero (1989), L. Lomardo (1989) e S. Rocha (1990). Diversas so as pesquisas relacionando a iluminao natural conservao de energia, no Brasil e no mundo (CABS, 1997).

4.7 O USO DA ILUMINAO NATURAL EM ESCOLAS

Um estudo do grupo HMG Heschong Mahone Group do Instituto New Buildings Institute (Instituto de Edificaes Novas), descobriu uma correlao estatstica entre a quantidade de luz do dia em salas de aula de escola elementar e o desempenho de estudantes em testes padronizados de Matemtica e Leitura. Esta pesquisa foi executada pelo programa Pesquisa de Energia de Interesse Pblico da Comisso de Energia da Califrnia (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002). Os pesquisadores analisaram os dados de desempenho de estudantes de 1997 e 1998 das escolas Capistrano Unified School District (Califrnia) e Seattle Public School District (Washington). Neste estudo eles observaram: 1) Os estudantes de escola elementar em salas de aula com nveis mais elevados de luz do dia apresentam uma melhoria de 21% em avaliaes de aprendizagem em comparao com os estudantes em salas de aula com nveis mnimos de luz do dia. 2) As caractersticas fsicas das salas de aula no esto associadas com as variaes no absentesmo dos alunos, portanto, no influenciam no absentesmo dos alunos. Os resultados indicam que a luz do dia influencia positivamente na melhoria do desempenho de alunos. Assim, a luz natural pode ter relevantes implicaes em projetos de escolas e outras edificaes. As preferncias dos professores

54 entrevistados eram por: janelas, luz natural, visibilidade em suas salas de aula, maior espao, boa localizao, tranqilidade, depsito e gua nas salas de aula. As expectativas dos professores eram ter um controle ambiental completo. Assim, eles poderiam controlar: os nveis de luz, a penetrao do sol, as condies de acstica, a temperatura e a ventilao em suas salas. Foram observadas as notas dos alunos por cada srie em separado para verificar se existia uma correlao com a idade dos alunos. No houve acrscimo nem decrscimo nos efeitos da luz do dia por srie. Assim, pode-se concluir que os efeitos da luz natural no desempenho dos alunos no parecem ser progressivos com o aumento da faixa etria dos alunos, nem crianas mais jovens parecem ser mais sensveis luz natural do que crianas mais velhas em seus desempenhos escolares (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002). Outro estudo apresenta os resultados obtidos em trs grandes escolas que possuam uma variedade de condies de iluminao natural em suas salas de aula. As salas de aula foram classificadas de acordo com a quantidade e a qualidade da luz do dia disponvel. As escolas de ensino fundamental foram escolhidas porque tipicamente, as crianas passam todo o ano em uma nica sala de aula. Isto tornaria possvel isolar diretamente os efeitos da sala de aula em estudo. Os trs estados estavam localizados em San Juan Capistrano, Califrnia; Seattle, Washington e Fort Collins, Colorado. Estes estados apresentam diferentes climas, diferentes tipos de edificaes escolares, diferentes currculos e diferentes protocolos de testes. Os estados forneceram vrias informaes sobre as caractersticas demogrficas dos estudantes, os programas escolares especiais, o tamanho das escolas, etc. Foram adicionadas informaes sobre as condies fsicas das salas de aula, da arquitetura das salas, fotografias, registros e visitas em vrias escolas, em cada estado, para classificar as condies da iluminao natural em mais de 2000 salas de aula.

55 Cada sala de aula foi classificada numa escala de 0 a 5, de acordo com o tamanho e matiz de suas janelas, a presena e o tipo de iluminao do cu, um cdigo de iluminao da luz do dia holstico, no seu conjunto completo tanto qualitativo quanto quantitativo de luz do cu proveniente de janelas e toplighting (clarabias) combinados. Os cdigos usados neste estudo baseavam-se nas condies de luz do dia ao meiodia em lux no critrio qualitativo descrito a seguir: 1) Cdigo 5 da luz do dia: sala de aula com iluminao natural adequada e uniforme sem necessidade de utilizar iluminao artificial durante a maior parte do ano na escola, +/- 538,00 lux na maioria das carteiras. 2) Cdigo de luz do dia 4: a sala de aula apresenta boa iluminao natural e, ocasionalmente, no precisa de iluminao artificial adicional. A luz do dia pode apresentar grandes variaes de nveis de iluminao. Possui +/- 322,80 lux nas carteiras. 3) Cdigo de luz do dia 3: a sala de aula possui nveis adequados de iluminao natural apenas em reas restritas da sala de aula, como prximo s janelas. s vezes, pode-se desligar o sistema de iluminao eltrica. Apresenta +/- 161,40 lux em algumas carteiras. 4) Cdigo de luz do dia 2: a sala de aula apresenta baixo e/ou irregular nvel de luz do dia. Necessita de iluminao artificial adicional em determinados perodos do dia. Possui +/ 107,60 lux em reas limitadas. 5) Cdigo de luz do dia 1: a sala de aula possui uma iluminao natural mnima. Janelas muito pequenas e/ou de cor escura ou clarabia inadequada. Necessita de luz artificial o tempo inteiro. Apresenta +/- 53,80 lux em reas limitadas. 6) Cdigo de luz do dia 0: a sala de aula no possui iluminao natural (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002).

56 Finalmente, o estudo analisou o desempenho de testes de 8.000 a 9.000 estudantes por distrito. Foram analisados os resultados de testes de matemtica e leitura em todos os trs distritos. Eles foram analisados separadamente; alternadamente usando o cdigo holstico de luz do dia citado acima; e em separado, janelas e cdigos de luz do cu, em 12 modelos estatsticos. A escola Capistrano Unified School District foi selecionada para estudo devido a fatores como: 1) Os administradores do Distrito padronizaram os testes no outono e na primavera, possibilitando comparar a variao dos resultados dos testes de matemtica e leitura dos estudantes; 2) Os estudantes permaneceram na mesma sala de aula o ano inteiro; 3) As salas de aula so padronizadas, facilitando o controle das condies de influncia individual da localizao da escola e vizinhanas. Na anlise foram includas informaes adicionais como as condies de ventilao, aquecimento, ar condicionado, (HVAC) das salas de aula (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002). Em Capistrano, usando uma equao de regresso, foram controladas 50 outras variveis, sendo observado: 1) Os alunos das salas de aula, com os maiores nveis de luz do dia foram 20% mais rpidos nos testes de matemtica e 26% nos testes de leitura, no ano de 1997 e de 1998 em comparao com alunos das salas de aula com nveis mnimos de luz do dia. 2) Os estudantes das salas com maiores reas de janela similarmente foram 15% mais velozes em testes de matemtica, e 23% mais rpidos em leitura do que os alunos das salas com mnimas reas de janela.

57 3) Os estudantes que possuam clarabia bem projetada em suas salas de aula, que permitia ao professor controlar a quantidade de luz do dia dentro da sala e difundia a luz do dia por toda sala inteiramente, tambm foram 19% a 20% mais geis nos testes do que os estudantes que no possuam uma clarabia em suas salas. Entretanto, as clarabias mal-projetadas, que permitiam a irradiao da luz solar direta dentro das salas e no possibilitavam ao professor o controle da luz do dia dentro das salas de aula influenciavam negativamente no desempenho dos alunos. Ainda, em trs dos quatro modelos de Capistrano, as salas de aula que possuam janelas operveis, contribuam positivamente no desempenho dos alunos, com aumento de 7% a 8% na rapidez de aprendizagem. Todos estes efeitos relativos apresentavam 99% de certeza nas estatsticas (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002). Nas escolas dos distritos de Seattle e Fort Collins, apenas o teste no fim do ano letivo foi padronizado. Assim, foram comparados os resultados finais destes testes padronizados de matemtica e de leitura destes distritos, Seattle e Fort Collins, com os resultados mdios encontrados nas escolas do distrito de Capistrano. Tambm, nos dois distritos, os efeitos da iluminao natural no desempenho dos alunos foram positivos e significativos: 99%. Ainda, os estudantes cujas salas de aula apresentavam os maiores nveis de iluminao natural obtiveram notas de 7% a 18% superiores s dos alunos cujas salas possuam os mnimos nveis de iluminao natural (HMG HESCHONG MAHONE GROUP, 2002). Os trs distritos possuem diferentes currculos e estilos de ensino, diferentes projetos de edificaes escolares e climas muito diferentes. E, ainda, os resultados dos estudos mostram de forma consistente que os efeitos de iluminao natural no desempenho dos estudantes so positivos e bastante significativos.

58 Esta consistncia nos resultados em diversos ambientes escolares aponta para a validade do efeito da iluminao natural no desempenho de estudantes. Outros fatores que no foram includos neste estudo podem tambm influenciar nos resultados, tais como: a qualidade do professor e do aluno, a vida familiar, a sade, a nutrio, os talentos individuais, a motivao, etc. Assim, possvel que alguma outra varivel, possa influenciar no resultado da varivel de interesse. As informaes dos levantamentos dos professores de Capistrano no so suficientes para concluses universais sobre preferncias de professor e comportamentos. Entretanto, fortemente sugestivo que o ambiente fsico um fator chave na aprendizagem. O controle do ambiente importante para os professores, especialmente quando eles descobrem que no tm este controle em suas salas. Assim, professores desejariam controlar os nveis de luz, penetrao do sol, condies acsticas, temperatura e ventilao em suas salas de aula. Tambm gostariam de ter salas mais amplas, espao para depsito e gua. O controle das condies do ambiente pelos professores pode apresentar impactos significativos no uso de energia em termos de economia de energia e de conforto e produtividade.

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5 EFICINCIA ENERGTICA

Feliz o homem que acha sabedoria, e o homem que adquire conhecimento; Bblia Sagrada. A.T. Provrbios. 2. ed. Barueri, SP: Sociedade Bblica do Brasil, 1993. Cap. 3, vers. 13, p. 440.

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EFICINCIA ENERGTICA

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Este captulo ressalta a importncia do uso racional e eficiente de energia, citando vantagens econmicas, ambientais, financeiras, sociais, dentre outras. apresentado um panorama da eficincia energtica em edificaes no mundo e no Brasil. Tambm h uma reflexo sobre as caractersticas que uma edificao deve possuir para ser considerada uma edificao eficiente do ponto de vista energtico. Ainda, so apontados alguns problemas e entraves no tocante a uma eficientizao das edificaes no Brasil. O uso adequado e racional de energia eltrica fundamental tanto por razes econmicas e sociais como ambientais, pois no Brasil a oferta de energia eltrica est diretamente vinculada a expressivos investimentos e ao alagamento de extensas reas para a formao de represas. A energia, como qualquer outro insumo da produo, tambm produz expressivos custos. Assim, fundamental melhorar a eficincia na utilizao deste recurso em equipamentos e processos. A cada kWh no utilizado, que gerado por usinas termeltricas, h uma reduo de emisso de cerca de 1 kg de dixido de carbono (CO2), um dos principais gases que provoca o efeito estufa. Hidroeltricas inundam uma mdia de 600 m2 para cada 1.000 W gerados; neste espao so derrubadas cerca de 150 rvores. Isto exemplifica a relao entre o uso e a produo de energia eltrica e a sociedade humana nas questes ambientais (CEMIG; CEFET-MG, 1999). Existem vrias formas de gerao de energia eltrica, entretanto, todas elas causam algum tipo de impacto ambiental. Todo e qualquer tipo de tecnologia para gerar energia agride o ecossistema em algum nvel. As formas de gerao de energia foram divididas em duas classes: energia verde e no-verde. Ainda existe muita polmica a respeito do que pode ser classificado como verde. O Brasil possui cerca de 93% da sua energia gerada por fonte renovvel (hidroeltricas) podendo ser classificada como energia verde (no emite poluio na atmosfera, no causa aquecimento e uma fonte renovvel) (CEMIG; CEFET-MG, 1999).

61 O impacto ambiental da energia proveniente de usinas hidroeltricas no

desprezvel. Adicionalmente, o desperdcio de energia no Brasil muito elevado. Assim, a maior jazida de energia no pas est no uso racional da energia instalada e no na construo de novas usinas. Em termos tanto financeiros como ecolgicos, a energia conservada mais barata do que a energia produzida. Anualmente, cerca de 20% de toda a energia eltrica gerada no Brasil desperdiada. Isto equivale energia gasta anualmente no Estado de Minas Gerais. Para reduzir este desperdcio, a Eletrobrs, atravs do Procel tem investido em projetos diversos que incluem diagnsticos energticos de setores industriais e projetos junto a escolas de ensino fundamental (CEMIG; CEFET-MG, 1999). Para que a energia eltrica esteja disponvel ao consumidor, um grande caminho percorrido. O sistema inclui usinas geradoras, subestaes elevadoras, linhas de transmisso, subestaes abaixadoras e linhas de distribuio. O custo total deste sistema muito elevado e o mau uso da energia revertido para todos os consumidores que pagam este investimento. O metro quadrado de construo custa cerca de US$250, enquanto que para suprir esta mesma construo com energia eltrica o setor energtico e, portanto a sociedade, investe cerca de US$400/m2 (CEMIG; CEFET-MG, 1999). Dentre os efeitos causados por usinas hidroeltricas podem ser destacados: 1) Transformao de rios em lagos. 2) Alagamento de grandes reas. 3) Comprometimento da flora e fauna da regio. 4) Submerso de stios arqueolgicos ou de interesse histrico e paisagstico. 5) Afeta o ciclo de reproduo de peixes. 6) Remanejamento de populaes.

62 Os elevados custos econmicos, sociais e ecolgicos da gerao de energia justificam a prtica e a disseminao do uso racional desta energia. A energia um insumo indispensvel em nossas vidas. Usar a energia de forma racional usufruir todos os benefcios que ela nos proporciona, sem desperdcios. Assim, daremos nossa parcela de contribuio para a reduo dos custos econmicos, sociais e ecolgicos (CEMIG; CEFET-MG, 1999). A conservao e o uso racional de energia no implicam na reduo do conforto e/ou privao dos benefcios que ela nos proporciona. transformar a sociedade do desperdcio em uma sociedade que utilize seus recursos globais de maneira mais racional, em especial os insumos energticos. Adicionalmente, as aes de conservao e uso racional de energia podem conduzir reduo da necessidade de novas centrais de gerao de energia eltrica, contribuindo para a preservao do meio ambiente. E ainda, os recursos financeiros pblicos obtidos com a economia de novos investimentos de gerao de energia, nas edificaes pblicas, em especial, podem ser aplicados em reas essenciais como sade e educao pblica, por exemplo. Basicamente, a conservao de energia pode compreender dois estgios: a eliminao dos desperdcios e a introduo de tcnicas que aumentem a eficincia no uso da energia. Geralmente, a eliminao dos desperdcios requer um investimento mnimo ou nulo, e os resultados so obtidos atravs da conscientizao dos consumidores e usurios. Para o aumento da eficincia energtica so necessrios investimentos para a substituio dos conjuntos lmpadas-reatores-luminrias por outros mais eficientes, substituio ou introduo de dispositivos de gerenciamento, operao e controle eficientes e adequados, sendo que estes investimentos tm retorno garantido.

63 5.1 EFICINCIA ENERGTICA EM EDIFICAES NO MUNDO Os Estados Unidos desenvolveu e implantou normas de eficincia energtica de edificaes. Na Califrnia, por exemplo, existe a Title 24 (o estado possui 24 diferentes climas), uma norma que foi desenvolvida e teve sua implantao obrigatria naquele estado (SIGNOR, 1999). Em 1992, surge nos EUA o Energy Policy Act, que determinava que todo o pas deveria desenvolver normas de eficincia energtica em edificaes, a serem implantadas at 1994. Tais normas deveriam tomar como base (alcanando ou superando) quelas desenvolvidas pela ASHRAE. Estas normas foram produzidas pela ASHRAE at 1980 e posteriormente em conjunto com a Illuminating Engineering Society of North America - IES. A norma ASHRAE teve sua primeira verso publicada em 1975, sendo atualizada em 1980, e aps isso, teve sua primeira reviso em 1989, que foi intitulada ASHRAE/IES 90.1 1989 Energy Efficient Design of New Buildings Except Low-Rise Residential Buildings. Ela combina especificaes prescritivas e de desempenho, utilizando a mesma metodologia da maioria dos pases que possuem normas, e foi utilizada como base para as Normas de Hong Kong, Jamaica, Arbia Sau