Conforto Ambiental: Iluminação

Apresentação em tema: "Conforto Ambiental: Iluminação"— Transcrição da apresentação:

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

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

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

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

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

7 Por que estudar a ILUMINAÇÃO nos ambientes?
Para emocionar....

8 Teoria Corpuscular LUZ – A base física 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 Teoria das Ondas LUZ – A base física 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 James Clerk Maxwell (1831-1879)
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 Teoria Quântica LUZ – A base física
“ A energia na radiação não é contínua, mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. ” Max Planck ( ) Princípio: energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton.

12 Espectro Eletromagnético
LUZ – A base física

13 LUZ – A base física

14 FOTOMETRIA 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” 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).

15 Grandezas Fotométricas

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

18 Grandezas Fotométricas
Eficiência luminosa ( [lm/W] ) “ é a capacidade da fonte em converter potência em luz” 1 W 0,3 lm 25,9 lm 220 lm 683 lm 430 lm 73 lm 2,8 lm

19 Fonte Fluxo luminoso Eficiência luminosa
Grandezas Fotométricas Eficiência luminosa ( [lm/W] ) Fonte Fluxo luminoso Eficiência luminosa Incandescente 100 W 1.350 lm 13,5 lm/W Fluor. compacta 23 W 1.400 lm 61 lm/W Fluor. TL5 28 W 2.900 lm 103 lm/W HID 250 W lm 76 lm/W Sódio 150 W lm 107 lm/W Luz natural ------ 100 – 140 lm/W

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

21 Grandezas Fotométricas
Iluminância ( lumen/m2 ou lux [lx] ) “ é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área ” Valores típicos A 1m de uma vela 1 lux Numa mesa de escritório 500 lux No exterior sob céu encoberto lux No sol no verão lux

22 Representação de Iluminâncias: mapas Isolux

23 é a resposta visual desse estímulo
Grandezas Fotométricas Luminância ( [cd/m2] ) “ é uma medida física de brilho de uma superfície, sendo através dela que os seres humanos enxergam ” Luminância é uma excitação visual Brilho é a resposta visual desse estímulo Superfície Difusa

24 Grandezas Fotométricas
Valores de luminâncias de algumas fontes Limite inferior  , cd/m2 Limite superior  cd/m2 Ofuscamento  cd/m2

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

26 Grandezas Fotométricas

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

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

29 ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO
Grandezas Fotométricas ESCALAR E VETOR ILUMINAÇÃO E1 E2 direção do vetor DEMÁX = E1 – E2 0 ambiente totalmente uniforme, sem sombras varia entre 4 ambiente de iluminação monodirecional

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

31 å ) cos . ( = D A L E q v Leis fundamentais da iluminação
Iluminação produzida por fonte superficial ) cos . ( 2 å = D A L E fonte P q v ângulo sólido

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

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

34 Propriedades óticas dos materiais

35 Mecanismos de controle da luz
- Reflexão - Refração 1 2 1 2 (a) especular (b) difusa (c) semi - Transmissão (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
“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 COR Imitar a realidade (aparência verdadeira) grama roxa?? grama é verde!!

41 COR Imitar a realidade (aparência verdadeira)

42 COR Organizar e enfatizar as informações

43 COR Organizar e enfatizar as informações

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

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

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

47 Reproducibilidade CLASSIFICAÇÃO DAS CORES RGB Red, Green & Blue CMYK
Cian, Magenta, Yellow & Black Reproducibilidade Método de Munsell 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
maçã Comparação entre as medições de croma limão

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

52 Lâmpada incandescente Lâmpada vapor de mercúrio
Reprodução de Cor Índice de Reprodução de Cor - IRC IRC = 100% IRC = % Luz natural Lâmpada incandescente IRC = % IRC = % Lâmpada fluorescente Lâmpada vapor de mercúrio

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 Usar cores próximas no modelo de cor
HARMONIA DRAMATICIDADE 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 Produção de Efeitos

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

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

59 Campo visual sobrancelhas visão foveal 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

62 Visão

63 Visão Contraste simultâneo

64 Visão

65 Visão

66 Visão

67 Visão

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

69 Contraste Luz Tempo Tamanho Desempenho da Tarefa Visual
Os “4” suficientes Tempo Tamanho

70 ILUMINÂNCIA NBR 5413 2000 lux

71 LEVANTAMENTO DAS ILUMINÂNCIAS
Malha de pontos

72 ANÁLISE DAS ILUMINÂNCIAS
Zoneamento de Iluminâncias

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

74 TAMANHO Acuidade visual 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 OFUSCAMENTO Tipo INABILITADOR, ou seja,impede a visão!!
Pode ocorrer por... contraste saturação

77 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO
Luminância de “Véu” Eo - iluminância da fonte de ofuscamento no plano da pupila; q - 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 Ângulo do nadir (graus)
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/m2) 45 55 65 75 85 7710 5500 3860 2570 1695

85 ÍNDICES DE OFUSCAMENTO
70

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

87 DGP PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE OFUSCAMENTO
Persianas horizontaisbrancas DGP Persianas verticais Persianas horizontaisespelhadas

88 ADAPTAÇÃO DA VISÃO

89 ADAPTAÇÃO DA VISÃO

90 ADAPTAÇÃO DA VISÃO

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

92 Instalações auxiliares Escolha do equipamento
Projeto de Iluminação Desempenho Custo ? Lâmpadas Luminárias Instalações auxiliares Escolha do equipamento

93 Classificação das lâmpadas
LED

94 Lâmpadas Incandescentes
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). Incandescentes comuns Incandescentes refletoras

95 Incandescentes Halógenas
Desvantagens Vantagens

96 Lâmpadas de descarga gasosa
“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).” Dispositivos Auxiliares Efeito estroboscópico Controlado pelos reatores eletrônicos

97 Lâmpadas fluorescentes
Vantagens Desvantagens

98 Lâmpadas a Vapor Mercúrio
Desvantagens Vantagens

99 Lâmpadas a Vapor de Sódio
Desvantagens Vantagens

100 Lâmpadas a Vapor Metálico
Características

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

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 LED’s 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 Ótica Secundária Light Emiting Diode Refletores
Lentes + eficientes menores dimensões

106 Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode

107 CUSTO Lâmpadas tipo LED Light Emiting Diode Vantagens Desvantagens
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 Vantagens CUSTO Desvantagens

108 Gráfico comparativo de Eficácia Luminosa
LED

109 Tabela comparativa L E D

110 Temperatura de Cor RGB Fósforo 7000 3000 70 90 LED

111 Temperatura de Cor Iluminância X Aparência de Cor

112 Luminárias 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). 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 Planejamento da Iluminação
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. Plano de trabalho

116 Planejamento da Iluminação
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

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

118 Métodos de cálculo luminotécnico
Método ponto-a-ponto

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

120 Tabela de Coeficiente de Utilização - TBS 050/M2 - 2 x T8 32W
Métodos de cálculo luminotécnico Método da Iluminância Média ou dos Lúmens 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: