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Fernando O. Ruttkay Pereira, PhD Professor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade Federal de Santa Catarina Conforto Ambiental: Iluminação.

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1 Fernando O. Ruttkay Pereira, PhD Professor do Departamento de Arquitetura e Urbanismo Universidade Federal de Santa Catarina Conforto Ambiental: Iluminação

2 O ser humano e o seu entorno imediato Conforto Visual pode ser interpretado como uma recepção clara das mensagens visuais de um ambiente luminoso

3 Iluminação inadequada Fadiga Visual Desconforto Dor de Cabeça Ofuscamento Redução da Eficiência Visual Acidentes Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes? Boa Iluminação Aumenta a produtividade Gera um ambiente agradável Salva vidas Responsabilidade: - Projetistas - Administradores - Autoridades

4 Funções biológicas humanas com ritmos circadianos CIE. TC 6-11 (CIE, 2003) Influências psico-fisiológicas da luz sobre o organismo humano Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?

5 Resposta visual relativa e supressão de Melatonina relativa em função da iluminância ao nível do olho (Lighting Research Center) Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?

6 Eficácia luminosa Fotópica, Scotópica e de supressão de Melatonina (Lighting Research Center) Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?

7 Para emocionar....

8 LUZ – A base física Teoria Corpuscular Princípios: Corpos luminosos emitem energia radiante em partículas; Estas partículas são lançadas intermitentemente em linha reta; As partículas atingem a retina e estimulam uma resposta que produz uma sensação visual. Newton ( )

9 LUZ – A base física Teoria das Ondas Princípios: A luz era resultante da vibração molecular de materiais luminosos; Esta vibração era transmitida através de uma substância invisível e sem peso que existia no ar e no espaço, denominada éter luminífero; As vibrações transmitidas atuam na retina, simulando uma resposta que produz uma sensação visual. Cristiaan Huygens ( )

10 LUZ – A base física Teoria Eletromagnética Princípios: Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante; A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnéticas; As ondas eletromagnéticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz uma sensação visual. James Clerk Maxwell ( )

11 LUZ – A base física Teoria Quântica Princípio: energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton. A energia na radiação não é contínua, mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. Max Planck ( )

12 LUZ – A base física Espectro Eletromagnético

13 LUZ – A base física

14 Balanço de energia nos processos de emissão, propagação e absorção da radiação; A quantidade de radiação pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu efeito sobre o receptor: O olho humano; unidades fotométricas A película fotográfica; unidades fotográficas A pele humana; unidades eritêmicas Pierre Bouguer (1698 –1758) Elaborou a teoria fotométrica; J.H. Lambert (1728 –1777) Formulou matematicamente; Esquecida até a invenção da lâmpada (meados do século XIX). LUZ – A base física área da óptica que trata da medição da energia radiante, avaliada de acordo com seu efeito visual e relacionada somente com a parte visível do espectro FOTOMETRIA

15 Grandezas Fotométricas

16 Fluxo Radiante (watt [W]) é a potência da radiação eletromagnética emitida ou recebida por um corpo O fluxo radiante contem frações visíveis e invisíveis.

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

18 Eficiência luminosa ( [lm/W] ) é a capacidade da fonte em converter potência em luz Grandezas Fotométricas 1 W0,3 lm 1 W25,9 lm 1 W220 lm 1 W683 lm 1 W430 lm 1 W73 lm 1 W2,8 lm

19 Eficiência luminosa ( [lm/W] ) Grandezas Fotométricas FonteFluxo luminoso Eficiência luminosa Incandescente 100 W1.350 lm13,5 lm/W Fluor. compacta 23 W1.400 lm61 lm/W Fluor. TL5 28 W2.900 lm103 lm/W HID 250 W lm76 lm/W Sódio 150 W lm107 lm/W Luz natural – 140 lm/W

20 Intensidade luminosa ( candela [cd] ou [lm/sr] ) é a propagação da luz em uma dada direção dentro de um ângulo sólido unitário Grandezas Fotométricas Ângulo Sólido ( [sr] ) 1 esterradiano é o ângulo espacial que tem seu vértice no centro da esfera, cuja a área superficial é igual ao quadrado de seu raio

21 Iluminância ( lumen/m 2 ou lux [lx] ) é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área Grandezas Fotométricas A 1m de uma vela1 lux Numa mesa de escritório500 lux No exterior sob céu encoberto lux No sol no verão lux Valores típicos

22 Representação de Iluminâncias: mapas Isolux

23 Luminância ( [cd/m 2 ] ) é uma medida física de brilho de uma superfície, sendo através dela que os seres humanos enxergam Luminância é uma excitação visualBrilho é a resposta visual desse estímulo Grandezas Fotométricas Superfície Difusa

24 Valores de luminâncias de algumas fontes Limite inferior 0, cd/m 2 Limite superior cd/m 2 Ofuscamento cd/m 2 Grandezas Fotométricas

25 Representação de Luminâncias Foto com lente olho-de-peixe Luminancímetro

26 Grandezas Fotométricas

27 Tôdas as grandezas são produtos de área ou ângulo sólido Excitância luminosa (M) M = x E p/ superfícies perfeitamente difusoras M = x L

28 A taxa vetor iluminação/iluminação escalar é um parâmetro utilizado para estimar a direcionalidade da luz e suas qualidades de modelação de objetos. ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO Grandezas Fotométricas

29 ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO E1E1 E2E2 E MÁX = E 1 – E 2 varia entre 0 ambiente totalmente uniforme, sem sombras 4 ambiente de iluminação monodirecional direção do vetor Grandezas Fotométricas

30 Lei do inverso do quadrado da distância Lei do cosseno Lei da Aditividade Leis fundamentais da iluminação

31 Iluminação produzida por fonte superficial Leis fundamentais da iluminação ângulo sólido ) cos.. ( 2 D AL E fonte P

32 MODELO ANALÍTICO PARA O FENÔMENO DA ILUMINAÇÃO NATURAL 1 ângulo sólido

33 Refletância Absortância Transmitância Propriedades óticas dos materiais ρ + α + τ = 1

34 Propriedades óticas dos materiais

35 Mecanismos de controle da luz - Reflexão - Transmissão (a) especular(b) difusa(c) semi - Refração (a) especular(b) difusa(c) semi

36 LUZ Propriedades óticas dos envidraçados

37 LUZ Propriedades óticas dos envidraçados vista lateral planta

38 LUZ Propriedades óticas dos envidraçados

39 Benefícios do uso da cor COR O uso adequado da cor ajuda na captura da antenção das pessoas, pode enfatizar e organizar as informações visuais, produzindo: - interesse visual; - valorização estética e decorativa; - aumento de produtividade; - redução do índice de acidentes.

40 Imitar a realidade (aparência verdadeira) COR grama roxa?? grama é verde!!

41 COR Imitar a realidade (aparência verdadeira)

42 Organizar e enfatizar as informações COR

43 Organizar e enfatizar as informações COR

44 Contrastes Cromáticos e de Brilho COR Contraste Cromático Alto Baixo Contraste de Brilho Alto Baixo

45 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Percepção das cores Cor pigmento Cor luz (luz branca)

46 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Mistura Aditiva (cor luz) Mistura Subtrativa (cor pigmento)

47 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Método de Munsell RGB Red, Green & Blue CMYK Cian, Magenta, Yellow & Black Atributos: - Croma - Saturação - Valor (brilho)

48 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Refletância das Cores

49 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Modelo Espaço L*a*b (CIELAB)

50 CLASSIFICAÇÃO DAS CORES Comparação entre as medições de croma maçã limão

51 Valores dos Tristímulos s daltônicos tem Os daltônicos tem cones defeituosos cones defeituosos Qual é a cor da capa? Percepção das Cores Curva de sensibilidade do olho humano

52 Reprodução de Cor Luz naturalLâmpada incandescente Lâmpada fluorescenteLâmpada vapor de mercúrio Índice de Reprodução de Cor - IRC IRC = 100%IRC = % IRC = %

53 Reprodução de Cor Temperatura de Cor [K] Aparência de Cor

54 Reprodução de Cor Iluminância X Aparência de Cor

55 Temperatura de Cor Iluminância X Aparência de Cor

56 COR Produção de Efeitos HARMONIADRAMATICIDADE Usar cores próximas no modelo de cor Usar cores de alto contraste de luminosidade Usar a mesma cor e variar o brilho Usar cores de alto contraste cromático (cores complementares ou opostas na "roda das cores" Usar a mesma cor e variar a saturação Usar cores encontradas na natureza Usar cores de maior comprimento de onda (vermelho, amarelo, laranja) Não usar bordas de limite ou separação Usar bordas de limite ou separação

57 Luz, visão e comportamento Extrato físico Extrato fisiológico Extrato psicosocial Comportamento fotométrico do conjunto lâmpada + luminária (iluminâncias e luminâncias) Níveis de Iluminância no interior Geometria do ambiente interno e propriedades óticas dos materiais Aparência visual (percepção) Nível de adaptação visual Atitude COMPORTAMENTO Aproveitamento efetivo da luz

58 Visão abertura diafragma filme lente pálpebra córnea íris pupila Área foveal (cones) Área parafoveal (bastonetes) Área parafoveal (bastonetes) - foco distância lente – filme; - abertura da lente controlada fotômetro. - formato do cristalino; - abertura da pupila controlada pela retina.

59 Campo visual visão foveal sobrancelhas nariz e bochechas

60 Visão CÂMERA Vê e registra a cena OLHO Vê e o cérebro percebe e interpreta a cena: - Memória - Experiência - Capacidade intelectual Tendência à complementação

61 Visão

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63 Contraste simultâneo

64 Visão

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68 Adaptação ao brilho É a característica dominante da visão humana processo pelo qual os olhos se ajustam às condições de iluminação variáveis (1)Resposta neural rápida; (2)Resposta média através da pupila; (3)Resposta lenta pela produção/remoção de substâncias fotoquímicas na retina (a)Faixa de adaptação; (b)Velocidade de adaptação.

69 Desempenho da Tarefa Visual Os 4 suficientes

70 ILUMINÂNCIA

71 LEVANTAMENTO DAS ILUMINÂNCIAS Malha de pontos

72 ANÁLISE DAS ILUMINÂNCIAS Zoneamento de Iluminâncias

73 Diferença entre a luminância (brilho) de um objeto e a luminância do entorno imediato deste objeto. CONTRASTE

74 TAMANHO d D

75 OFUSCAMENTO Quando o processo de adaptação não transcorre normalmente devido a uma variação muito grande da iluminação, pode haver uma perturbação, desconforto ou perda de visibilidade.

76 contraste saturação OFUSCAMENTO Tipo INABILITADOR, ou seja,impede a visão!! Pode ocorrer por...

77 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO Luminância de Véu Eo - iluminância da fonte de ofuscamento no plano da pupila; - ângulo entre a direção da visão e a fonte;

78 OFUSCAMENTO Tipo PERTURBADOR ou DESCONFORTÁVEL, ou seja, não impede a visão mas coloca o sistema visual em esforço contínuo de ajuste (stress) Pode ser caracterizado em função de 4 parâmetros... 1) Luminância da fonte; 2) Luminância do fundo; 3) Tamanho aparente fonte/fundo; 4) Direção de visão do observador;

79 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO A maioria dos índices de baseia-se na Constante G Ls - luminância da fonte ; Lb - luminância do fundo ; s - tamanho aparente da fonte ; f( ) - função de posição (P) que representa a influência da direção de visão do observador ; e, f, g - coeficientes

80 CONTROLE DE OFUSCAMENTO Método Europeu (Söllner) para controle de ofuscamento direto provocado pelo sistema de iluminação artificial

81 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO Os índices mais usados foram obtidos para fontes artificiais (pequenas dimensões): - BRS ou BGI (1950); - Cornell equation GI/DGI (1972); - CIE Glare Index (1979); - VCP: Visual Comfort Probability (IES,1972);

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

83 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO GI = 11,5 (< 21)GI = 27,5 (> 21)

84 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO Parece haver consenso nos estudos já realizados de que não deve haver desconforto por ofuscamento caso: - VCP seja maior que 70; - luminâncias máximas não excedam os valores: Ângulo do nadir (graus)Luminância (cd/m 2 )

85 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO 70

86 A proposta mais recente ( Energy & Buildings, 38 (2006), ): DGP – Daylighting Glare Probability PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO

87 DGP PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO Persianas horizontais brancas Persianas horizontais espelhadas Persianas verticais

88 ADAPTAÇÃO DA VISÃO

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91 Luz, visão e comportamento Extrato físico Extrato fisiológico Extrato psicosocial Comportamento fotométrico do conjunto lâmpada + luminária (iluminâncias e luminâncias) Níveis de Iluminância no interior Geometria do ambiente interno e propriedades óticas dos materiais Aparência visual (percepção) Nível de adaptação visual Atitude COMPORTAMENTO Aproveitamento efetivo da luz

92 DesempenhoCusto Escolha do equipamento Lâmpadas Luminárias Instalações auxiliares ?

93 Classificação das lâmpadas LED

94 A iluminação incandescente resulta do aquecimento de um filamento até um valor capaz de produzir irradiação na porção visível do espectro. O aquecimento se dá pela passagem da corrente elétrica pelo filamento que está dentro de um bulbo onde existe vácuo ou um meio gasoso apropriado (argônio e nitrogênio e em alguns casos criptônio). Este filamento deve possuir um elevado ponto de fusão, baixa pressão de vapor, alta resistência e ductibilidade (Tungstênio). Lâmpadas Incandescentes Incandescentes comunsIncandescentes refletoras

95 Incandescentes Halógenas Vantagens Desvantagens

96 Estas lâmpadas não possuem filamento, a luz é produzida pela excitação de um gás (pela passagem da corrente elétrica) contido entre dois eletrodos. Esta excitação do gás contido no tubo de descarga produz radiação ultravioleta que, ao atingir a superfície interna do tubo, revestida por substâncias fluorescentes (geralmente cristais de fósforo), é transformada em luz (radiação visível). Lâmpadas de descarga gasosa Dispositivos Auxiliares Efeito estroboscópico Controlado pelos reatores eletrônicos

97 Lâmpadas fluorescentes Vantagens Desvantagens

98 Lâmpadas a Vapor Mercúrio Vantagens Desvantagens

99 Lâmpadas a Vapor de Sódio Vantagens Desvantagens

100 Lâmpadas a Vapor Metálico Características

101 Eficiência luminosa atinge 110 lm/W Durabilidade de h Espectro semelhante ao da luz do Sol Lâmpadas a Microondas

102 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode São semicondutores em estado sólido que convertem energia elétrica diretamente em luz. O primeiro LED que se tem notícia foi produzido em 1907 e observado como um fenômeno de eletroluminescência, quando um cristal de SIC (carborundum) emitiu uma luz amarelada ao ser aplicada uma pequena corrente elétrica. Na década de 60 – 70 diversas empresas foram pioneiras em usar LEDs vermelhos, baseados na tecnologia GaArP (Gálio, Arsênio e Fósforo). Só em 1993, a empresa NICHIA, inventou o LED azul, que abriu caminho para o LED branco, o grande marco na indústria da iluminação.

103 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode LED indicador tradicional LED de potência

104 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode

105 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode Ótica Secundária Refletores Lentes + eficientes menores dimensões

106 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode

107 Vida útil ~ h Eficiência luminosa só maior que incandescentes Ausência de radiação UV (250 – 380 nm) e IV (> 780 nm) Acionamento instantâneo Cores saturadas, não há necessidade de filtros de cor Baixa tensão de operação Alto índice de reprodução de cor (ICR = 85% a 90%, para LED Branco com TC = 3000K, com fluxo mais baixo) componentes robustos Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode Vantagens Desvantagens

108 Gráfico comparativo de Eficácia Luminosa LED

109 Tabela comparativa L E D

110 Temperatura de Cor LED RGB Fósforo

111 Temperatura de Cor Iluminância X Aparência de Cor

112 Luminária é toda aquela aparelhagem que serve para modificar (controlar, distribuir e filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas: desviá-lo para certas direções (defletores) ou reduzir a quantidade de luz em certas direções para diminuir o ofuscamento (difusores). Luminárias Requisitos básicos: Rendimento

113 Classificação das Luminárias Classificação de luminárias para iluminação geral de acordo com o direcionamento do fluxo luminoso proposta pela CIE

114 Encarte Fotométrico

115 Um bom sistema de iluminação Iluminação natural complementada com luz artificial; Uso adequado de cores e criação dos contrastes; Proporcionar um ambiente confortável com pouca fadiga, monotonia e sem acidentes. Iluminação geral Distribuição regular das luminárias garantindo um nível de iluminamento uniforme sobre o plano de trabalho. Planejamento da Iluminação Plano de trabalho

116 Iluminação localizada Concentra maior nível de iluminação sobre a tarefa. A iluminação geral é em torno de 50% da iluminação sobre a tarefa. Iluminação combinada (geral + tarefa) A iluminação geral é complementada com focos de luz localizada. A luz complementar é de 3 a 10 vezes superior a iluminação geral. Este tipo de iluminação é recomendada: E > 1000 lux; A tarefa exige luz dirigida; Existência de obstáculos dificultando a propagação da iluminação geral Planejamento da Iluminação

117 Iluminação Zenital (Iluminação de grandes áreas) Iluminação Lateral Iluminação Natural

118 Métodos de cálculo luminotécnico Métodos Método ponto-a-ponto

119 Método da Iluminância Média ou dos Lúmens Roteiro Catálogo Métodos de cálculo luminotécnico K ou OU ( N ) ( e < 1,5 Hm )

120 Método da Iluminância Média ou dos Lúmens Métodos de cálculo luminotécnico Tabela de Coeficiente de Utilização - TBS 050/M2 - 2 x T8 32W Ex: IA ou K = 1,71 e refletâncias de teto = 70%, parede = 50% e piso = 20%

121 Métodos de cálculo luminotécnico Determinação de Perda Luminosa (PL) Com o tempo, paredes e tetos ficarão sujos. Os equipamentos de iluminação acumularão poeira. As lâmpadas fornecerão menor quantidade de luz. Alguns desses fatores poderão ser eliminados por meio de manutenção. Admitindo-se uma boa manutenção periódica, podemos adotar os fatores de depreciação ou perda luminosa de acordo com a tabela a seguir:


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