Iluminação natural

Economia de energia com bem estar e conforto

Austrian National Library, Viena, possui 7,4 milhões de itens

(crédito: © Vadim Kulikov | Dreamstime.com)

Em 2002 o National Renewable Energy Laboratory (NREL) publicou o estudo A Literature Review of the Effects of Natural Light on Building Occupants, assinado por L. Edwards e P. Torcellin. A publicação, referência para projetistas e arquitetos, respalda-se em estudos realizados desde os anos 1920 para mostrar os efeitos da luz natural nos indivíduos.  A produtividade em escritórios aumenta de 15 a 20%, o absenteísmo tem redução de até 15% e os sintomas de alergia e dor de cabeça caem em torno de 10%.

“Hospitais e escolas são os maiores beneficiados em utilizar iluminação natural. Estudos demonstram que alunos com acesso a iluminação natural têm notas de 15 a 17% melhores que alunos sem acesso. Em hospitais, os estudos demonstram que pacientes têm seu período de internação reduzido, em média, em 3 dias quando expostos à luz natural. A mortalidade também é reduzida em 4% quando os pacientes ficam em quartos iluminados naturalmente”, afirma Bruno Martinez, engenheiro mecânico e consultor para eficiência energética da Petinelli.

Não por outra razão um dos maiores arquitetos brasileiros da atualidade, João Filgueiras Lima, o Lelé, faz do recurso uso corrente em seus projetos. “Lelé justifica o uso de luz natural não só por questões econômicas, mas pelos benefícios que traz para o usuário, tornando o ambiente mais agradável e humano”, explica o arquiteto e urbanista baiano Flavio B. Vila Verde.

Exemplo maior dessa preocupação são os hospitais da Rede Sarah.

“Coberturas em sheds, com vasta iluminação zenital, são a marca registrada de Lelé, estando presente em todos os hospitais da rede Sarah. O sistema construtivo, peças pré-moldadas em concreto ou em argamassa armada, implica que os componentes também seguem essa linha, na postura projetual de Lelé. A principal diferença entre o edifício dos hospitais de Salvador e do Rio são os sheds. As aberturas desses elementos de ambos estão recuadas e protegidas da luz solar direta através de testeiras”, explica Vila Verde.

Hospital da rede Sarah, em Salvador (Arquivo Flavio Vila Verde)

No caso de Salvador acoplou-se ao shed uma testeira com brises fixos para diminuir o ângulo de incidência do sol dentro do hospital. As faces internas dos brises foram revestidas com bidim, com funções térmicas e acústicas. Mas a junção da testeira com o telhado ocasionou alguns problemas devido à dilatação que essa peça sofria, ocorrendo infiltrações em dias de chuva. Diante disso, no Rio, a testeira foi substituída pelo prolongamento do telhado, que se projeta para frente, protegendo também contra a entrada da chuva, ainda segundo Vila Verde.

Martinez diz que, exceção feita a ambientes com restrição a aberturas externas, como auditórios, salas de segurança, cinemas, instalações de raio X, entre outros, a iluminação natural aplica-se a todos os tipos de ambientes. Além dos benefícios relacionados com o conforto e bem estar dos ocupantes, mais difíceis de medir, há outros, facilmente mensuráveis, como “a redução do consumo de iluminação artificial”.

Ganhos de calor, um efeito colateral

Sempre que possível a iluminação natural deve ser uma diretriz nos projetos de arquitetura, acredita Vila Verde. No entanto, ele adverte que é necessário levar em consideração “o ganho de calor com iluminação natural direta e também o fator de luz diurna (FLD), além de outros quesitos no que diz respeito ao conforto visual”. Uma forma de driblar este efeito colateral é utilizando-se da iluminação natural indireta.

“Dentre as fontes de luz natural temos a luz do Sol”, explica o arquiteto, “que pode chegar a até 100.000 lux, um valor muito alto para usar como iluminação interna, além das radiações ultravioleta e infravermelha incidindo diretamente. Mesmo assim existem recursos arquitetônicos que tomam partido do jogo de sombras (percepção espaço-temporal). Já a luz do céu, como fonte de iluminação, é o resultado da refração e da reflexão da luz solar ao passar pela atmosfera. Os níveis de iluminação variam de 5.000 a 20.000 lux. Como não há incidência direta da luz solar, temos a vantagem de ter uma boa iluminação sem as desvantagens das radiações ultravioleta e infravermelha. Então podemos usar beirais, prateleiras de luz, brises entre outros para proteger da luz direta e usufruir da luz indireta. Podemos ter três variações de luz do céu: céu claro, céu parcialmente encoberto e céu encoberto. A norma ABNT NBR 15215 possui os parâmetros para definição de iluminação dos ambientes”.

Prateleiras de luz, no escritório da Petinelli, em Porto Alegre (Petinelli)

Para o engenheiro da Petinelli, o aproveitamento da luz natural sem o indesejado ganho de calor é “um dos maiores desafios para arquitetos e engenheiros. As fachadas 100% envidraçadas aumentam o desafio para projetar de forma balanceada. Geralmente nestas situações a luz natural é abundante, assim como os ganhos térmicos. Luz natural em demasia pode gerar desconforto visual, ofuscamento. Todos esses conceitos devem estar bem claros na cabeça dos arquitetos e engenheiros no momento do projeto”.

A grande dificuldade da maior parte das equipes de projeto está em avaliar se a solução projetada é realmente efetiva. “O arquiteto sabe que o sombreamento reduz o ganho de calor, mas não consegue quantificar o quanto reduz, se é suficiente e o quanto o sombreamento prejudica a penetração de iluminação natural. Esta dificuldade se dá devido a inúmeros fatores que devem ser considerados em um projeto de fachada como, por exemplo, o clima local, as condições de operação e os padrões construtivos. A simulação é uma ferramenta indispensável para a avaliação correta dessas soluções. É através dela que arquitetos e engenheiros podem testar soluções em fase de projeto e confirmar expectativas. Os benefícios podem ser quantificados, os investimentos justificados e, por fim, se constrói um edifício melhor”, defende Martinez.

Vila Verde entende que tanto em relação à iluminação direta ou indireta, o aproveitamento precisa ser pensado considerando a orientação do edifício no local do projeto, seus ambientes internos e suas disposições com o exterior. “Como a arquitetura trabalha com formas, as estratégias se dão por meio de componentes na sua composição, que apresentam soluções simples na maioria das vezes”. Ele separa estes componentes em dois grupos:

1. Componentes de condução:

-Espaços de luz intermediários: galeria, pórtico, estufa/solário;

-Espaços de luz internos: pátio interno, átrio, duto de luz, duto de sol;

2. Componentes de passagem:

-Laterais: janela, sacada, parede translúcida, cortina de vidro;

-Zenitais: lucernário horizontal, lucernário tipo monitor, lucernário tipo “shed”, domo, teto translúcido;

-Globais: membrana.

“Os componentes de controle entram para trabalhar o nível de iluminação desejado ou necessário. O máximo aproveitamento se dará de acordo com cada projeto, adequando a proposta do arquiteto ao cliente, uso inteligente dos diversos componentes, a condição local (clima, latitude, orientação) e a atividade do ambiente interno. É ainda possível trabalhar com automatização se for necessária uma eficiência maior de aproveitamento”, explica.

Com relação às estratégias, Martinez diz que podem incluir desde a correta orientação, escolha do vidro mais eficiente, integração com sistema de iluminação artificial, entre outras. “Uma regra simples e eficiente é multiplicar a altura da janela por 2,5 e projetar essa distância no piso. A área de piso entre a abertura e a distância projetada é a área com potencial de aproveitamento de iluminação natural. O arquiteto pode usar essa regrinha em projeto para potencializar a área naturalmente iluminada do edifício. É uma estratégia de projeto que pode ser facilmente aplicada, mas existem também algumas tecnologias que estão se tornando mais viáveis, e permitem maximizar os benefícios da iluminação natural”.

Até bem pouco tempo o custo dos sensores, reatores e controladores de dimerização para aproveitamento de iluminação natural, inviabilizava a solução. “Atualmente, um sensor de fotoelétrico custa em torno de R$ 70,00 e um reator dimerizável custa R$ 15,00 a mais que um reator tradicional. A maioria dos projetos que sai hoje do escritório da Petinelli, com aproveitamento de iluminação natural, possui um período de retorno (payback) de menos de um ano com relação ao investimento adicional”, justifica Martinez.

Outra tecnologia que vem se tornando viável são os vidros de controle solar (Low-E), com capacidade de bloquear o calor do sol e permitir a entrada de luz visível. “Hoje em dia, o custo desses vidros varia de 30 a 50 reais a mais por metro quadrado, comparando com um vidro padrão de mercado. Geralmente existe uma compensação (trade – off) entre custo adicional do vidro e redução dos custos iniciais do sistema de ar condicionado. Para que o trade-off aconteça, deve haver uma boa integração entre o projetista de ar condicionado e o arquiteto. O projetista deve considerar os parâmetros de desempenho do vidro Low-E no cálculo de carga térmica”, ainda segundo Martinez.

Também Vila Verde acredita que vidros e películas de controle são boas alternativas para barrar a luz ultravioleta e a infravermelha de onda larga. Mas ele enfatiza que “mesmo possuindo grandes vantagens em relação ao vidro comum, float, reduzindo a carga térmica e

diminuindo o consumo de energia elétrica com ar condicionado, a solução com sombreamento ainda é superior em desempenho, suprimindo a estética advinda da ‘manhatização’”.

É fato que todas as estratégias de sombreamento bloqueiam um determinado nível de iluminação visível, mas um bom projeto de sombreamento leva em consideração as condições locais. Por exemplo, em Curitiba o ideal é um projeto que reduza a incidência do Sol no verão e permita a incidência no inverno. Na capital paranaense os invernos são frios, onde há o benefício de ganhar calor e os verões são amenos.

Outro cuidado que deve ser tomado, é com relação ao conforto visual, já que a iluminação natural em excesso pode gerar ofuscamento. Em um bom projeto de sombreamento, deve-se buscar o balanço correto de incidência de iluminação natural, evitando o ofuscamento. Dentre as estratégias de sombreamento, as externas são as mais eficientes, pois bloqueiam o Sol antes de entrar no ambiente.

Controle automatizado ou manual?

Uma pergunta que sempre se coloca é até onde vai a vantagem de um controle automatizado de brises e persianas para o controle da iluminação natural. “Usuários têm a tendência de controlar de forma passiva persianas (internas ou externas) e brises móveis. A partir do momento em que algum ocupante sente o desconforto visual, ele fecha a persiana e dificilmente volta a abri-la, prejudicando assim toda a penetração de iluminação natural no ambiente. Recursos arquitetônicos como prateleiras de luz, ou janelas acima da persiana, reduzem este efeito”, explica o engenheiro da Petinelli.

Por outro lado, é necessário levar em conta que todo edifício tem um comportamento dinâmico com relação às suas cargas internas e consumo. Existem variações de ocupação, variações de clima, variações na operação, entre outras. Segundo o consultor, qualquer solução estática não é a que trará o maior benefício. “Trabalhar com automação dos elementos de sombreamento pode trazer grandes reduções de consumo e proporcionar altos níveis de conforto, pois os elementos irão comportar-se da maneira correta a cada momento do dia. Mas esse tipo de solução ainda é cara, e os seus benefícios não justificam os investimentos”, opina Martinez.

De qualquer forma, é preciso pensar a operação e manutenção de um edifício no início do projeto de arquitetura, pois pode custar caro depois, segundo Vila Verde. “A decisão da automação dos sistemas de controle de iluminação faz parte da concepção do empreendimento. A eficiência prevista para um sistema de controle de iluminação natural externa precisa estar consoante com a atividade e com os usuários dos ambientes internos. Desde que se queira utilizar de luz natural e conciliar com iluminação artificial (e ainda climatização) é muito mais eficiente a automatização dos mesmos, funcionando como um organismo”. No entanto ele acredita que esta é uma decisão orçamentária, apesar de subordiná-la à relação com os custos dos demais sistemas.

A automatização será bem vinda se o controle de entrada de luz solar estiver em uníssono com, por exemplo, um sistema de ar condicionado, também automatizado, equilibrando a entrada de luz e ganho de calor. O controle manual desses sistemas é mais barato. “Mas o quanto vale o deslocamento e atenção dos usuários para operar elementos de controle de climatização e entrada de luz (e também ventilação natural, porque não?)?”, pergunta o arquiteto.

   Bruno Martinez, da Petinelli

O arquiteto Flavio Vale Verde

Fonte: Portal E A