2 REVISÃO DE LITERATURA
4.2 ANÁLISE LUMINOTÉCNICA
Os dados de iluminação preenchidos na ferramenta WebDescritivo e o resultados da performance é apresentado na Figura 8, onde verifica-se que a edificação não possui um bom sistema de iluminação, atingindo a classificação D.
Figura 8 - Simulação da iluminação atual- WebPrescritivo
Fonte - Do autor (2018)
Diante disto, foi realizada concomitantemente uma análise perante a norma de iluminação e propostas de melhoria são sugeridas para a adequação da mesma.
A Tabela 7 apresenta os índices mínimos estabelecidos pela norma NRB ISO 8995-1 para ambientes de sala de aula, área onde situa-se o quadro negro, sala dos professores, auditório (teatros e salas de concerto) e direção que tem como atividade escrever, teclar, ler e processar dados:
Tabela 7 - Índices de iluminância média e IRC - NBR ISO 8995-1
Tipo de ambiente, tarefa ou atividade 𝑬𝒎 [lux] IRC
Sala de aula 300 80
Quadro negro 500 80
Sala dos professores 300 80
Teatros e salas de concerto 200 80
Escrever, teclar, ler, processar dados 500 80
Fonte – NBR ISO 8995-1 (2013).
Os resultados de iluminância média das salas obtidas através de medições realizadas pelos autores são os apresentados na Tabela 8:
Tabela 8 - Índices de iluminância média - Medições
Tipo de ambiente, tarefa ou atividade 𝑬𝒎 [lux]
Sala de aula 752
Quadro negro 489
Sala dos professores 320
Auditório 457
Direção 363
Fonte – Do autor (2018)
De acordo com os índices medidos conclui-se que a maioria dos ambientes da escola estão dentro do padrão estabelecido, ainda que estando na maioria das vezes como níveis muito acima, indicando um sobre dimensionamento. Contudo, observaram-se na sala de Direção e próximo ao quadro negro índices abaixo do determinado pela norma, sendo inadequados para as atividades realizadas nestes locais.
Para que possam ser efetuadas as sugestões de melhoria, além das medições, o atual padrão do sistema de iluminação das salas de aula foi simulado no software Dialux, para isto realizou-se previamente um levantamento das luminárias nos ambientes avaliados.
A verificação das luminárias instaladas no edifício constatou um padrão no qual se observaram luminárias simples, sem espelhamento ou refletores, com capacidade de duas lâmpadas cada uma. As lâmpadas utilizadas nos ambientes da unidade escolar são todas de tecnologia fluorescente tubular, onde se destacou o modelo FL40T10-6 60 HZ da marca NSK, devido a sua grande abundancia e prevalência perante as outras.
A Figura 9 ilustra em a) o tipo de luminária e sua distribuição em uma sala de aula e em b) o modelo de lâmpada utilizada.
Figura 9 – Sistema de iluminação atual e modelo da lâmpada – FL40T10-6
Fonte – Do autor (2018).
A lâmpada que é empregada no local possui potência total de 40 W e fluxo luminoso de 2.700 lm e com base no modelo verifica-se que os índices de IRC e temperatura de cor, apresentam valores respectivos de 70-79% e 6500 K, estando o primeiro abaixo do nível estabelecido pela norma.
Utilizando o arquivo de uma luminária com as mesmas características descritas, foram simulados no DiaLux o sistema de iluminação de algumas salas da escola. A Figura 10 ilustra os objetos e luminárias no ambiente simulado para o caso atual das salas de aula:
Figura 10 - Sistema de iluminação atual das salas de aula - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018).
Na análise realizada as salas de aula foram divididas em dois tipos, sendo classificadas de acordo com a orientação das janelas, onde metade está direcionada para o Norte e o restante está direcionada para o Sul.
A Figura 11 apresenta a distribuição de iluminância atual de uma sala de aula com as janelas direcionadas para o Norte, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.
Figura 11 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação norte) - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018).
A mesma simulação foi realizada para as salas de aula com orientação das janelas para o Sul, no qual a) representa um dia com céu claro as 9h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.
Figura 12 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula (orientação sul) - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
A Tabela 9 apresenta de forma complementar os índices de iluminância observados nas mesas e no quadro negro, além da média de todo o ambiente fornecido pelo software, para as duas categorias de sala:
Tabela 9 - Iluminância média das mesas, quadro negro e ambiente para o sistema de iluminação atual - Simulação Dialux
Orientação janelas
Dia
característico Horário [hr]
𝑬𝒎 [lx]
Mesas Quadro negro Ambiente
Norte
Céu claro 9h00min 500-1500 400 873
16h00min 500-1500 500 800
Céu encoberto 16h00min 9h00min 400-1500 400-1000 400 300 556 502
Sul
Céu claro 16h00min 9h00min 500-1000 500-1000 400 500 743 730 Céu encoberto 16h00min 9h00min 300-1500 400-1000 400 300 624 589
Analisando os resultados obtidos, confirmam-se que em todos os casos a sala de aula obedece aos níveis estabelecidos pela norma nas mesas, apresentando inclusive índices bastante elevados principalmente para as mesas próximas as janelas. Nestes casos seria recomendável, para um consumo eficiente, o desligamento das luminárias próximas a elas. Contudo, verificou-se que tal comportamento não se torna possível, pois as salas de aula possuem circuitos perpendiculares às janelas e não paralelas, que seria o ideal.
Outro problema identificado é que quadro negro não alcançou o índice mínimo estabelecido em diversos cenários, necessitando de mais uma luminária próxima ao mesmo para ficar de acordo com a norma e assim poder ser comparado à nova tecnologia de iluminação proposta. A Figura 13 ilustra as simulações em que a iluminância é atendida, no qual foi considerado o pior cenário, dia com céu encoberto as 16h00min horas, paras as salas orientadas para o norte (a) e para o sul (b):
Figura 13 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual de uma sala de aula atendendo a norma - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Para a melhoria do sistema de iluminação foi proposta a substituição das luminárias nas salas de aula, sugerindo também a troca da tecnologia de fluorescente para diodo emissor de luz (LED, do inglês Light Emitting Diode). Para todas as salas foram sugeridos dois modelos de luminárias que são selecionadas e distribuídas de acordo com a necessidade. A Tabela 10 destaca os principais dados dos modelos propostos:
Tabela 10- Dados dos modelos de luminárias propostas Marca/ Modelo Potência [W] Fluxo luminoso [lm] IRC Temperatura de cor [K] Eficiência [lm/W] Lumicenter / EAA03 – S3500840 37 3.400 >80 4000 92 Itaim / Dorah-S-PQ 9 806 >80 4000 89 Fonte – ITAIM (2018)
Analisando os dados apresentados, observa-se que foram selecionadas luminárias que atendem o valor mínimo de IRC e apesar de a norma não estabelecer nada referente à temperatura de cor, optou-se por manter uma padronização e com isso minimizar o desconforto visual nas salas. Vale destacar que o principal critério para a escolha das luminárias foram os valores de eficiência, que neste caso se mostraram superiores ao da lâmpada empregada atualmente na escola, que é de 67,5 lm/W. A Figura 14 apresenta os modelos de luminárias descritos:
Figura 14 - Luminárias proposta
Fonte – LUMICENTER; ITAIM (2018).
Para as salas de aula, considerando o maior nível de iluminância requerido próximo ao quadro negro, foram propostas três luminárias do modelo Lumicenter / EAA03 – S3500840 na parte da frente da sala e seis luminárias do modelo Dorah-S-PQ no meio e final da sala, como ilustrado na Figura 15.
Figura 15 - Sistema de iluminação proposto para as salas de aula - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018).
Os resultados de iluminância considerando o novo sistema de iluminação para as salas com orientação das janelas para o norte e sul são apresentados, respectivamente, nas Figuras 16 e 17. Onde a) representa um dia com céu claro as 9h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas.
Figura 16 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para salas de aula (orientação norte) - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Figura 17 - Resultados de distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para as salas de aula (orientação sul) - Simulação Dialux
A Tabela 11 apresenta os índices de iluminância observados nas mesas e no quadro negro, e a média de todo o ambiente fornecido pelo software:
Tabela 11 - Iluminância média das mesas, quadro negro e ambiente para o sistema de iluminação proposto - Simulação Dialux
Orientação janelas
Dia
característico Horário [hr]
𝑬𝒎 [lx]
Mesas Quadro negro Ambiente Norte
Céu claro 9h00min 500-2000 500 973
16h00min 500-1500 500 899
Céu encoberto 16h00min 9h00min 400-1500 400-1500 500 500 758 685
Sul
Céu claro 16h00min 9h00min 500-1000 500-1000 500 500 840 828 Céu encoberto 16h00min 9h00min 400-1500 300-1000 500 500 764 685
Fonte – Do autor (2018)
Realizando a comparação dos sistemas de iluminação atual e proposto pode-se destacar algumas observações importantes. Apesar de o sistema atual apresentar um número de lâmpadas superior, a distribuição destas no sistema sugerido se mostrou mais eficaz, devido ao número maior de pontos de instalação. Diante disto, pode-se concluir que tal constatação refletiu diretamente na iluminância média do ambiente, que para todos os cenários foi superior no sistema proposto, mesmo apresentando fluxo luminoso total de 14.481 lm inferior ao caso atual que possui o valor de 32.400 lm.
Além da troca de tecnologia, outra sugestão para a melhoria do sistema de iluminação é reorganizar a divisão dos comandos que alimentam as luminárias, adotando três comandos paralelos às janelas, e com isso utilizar a abundante influência da iluminação natural verificada nas simulações. Sendo assim, foram analisados dois cenários diferentes com as luminárias próximas as janelas desligadas, como apresentados na Figura 18, onde a) representa as salas de aula orientadas para o norte em um dia de céu claro as 9h00min horas, b) representa as salas de aula orientadas para o norte em um dia de céu encoberto as 16h00min horas, c) representa as salas de aula orientadas para o sul em um dia de céu claro as 09h00min horas e d) representa as salas de aula orientadas para o sul em um dia de céu claro as 16h00min horas:
Figura 18 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto com circuito próximo a janela desligado - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Analisando os resultados apresentados na figura acima, pode-se concluir que através do uso consciente é possível obter uma redução no consumo de energia sem desrespeitar os índices mínimos de iluminância, que ainda se mostraram acima do estabelecido.
O segundo ambiente em que foram verificados os índices de iluminância foi a sala dos professores. A Figura 19 ilustra o cômodo e sua distribuição de luminárias atual:
Figura 19 - Sistema de iluminação atual para as salas dos professores - Simulação Dialux
Fonte - Do autor (2018)
Os resultados de distribuição de iluminância na sala para o caso atual é apresentado na Figura 20, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas:
Figura 20 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação atual da sala dos professores - Simulação Dialux
Os índices observados na figura e o valor médio do ambiente fornecido pelo software são apresentados na Tabela 12:
Tabela 12 - Iluminância média das mesas e ambiente para o sistema de iluminação atual das salas dos professores - Simulação Dialux
Dia característico Horário [hr] 𝑬𝒎 [lx]
Mesas Ambiente
Céu claro 9h00min 300 312
16h00min 300 273
Céu encoberto 16h00min 9h00min 300 300 225 226
Fonte – Do autor (2018)
Como descrito na Tabela 11, o valor mínimo de iluminância determinado pela norma para a sala dos professores é de 300 lx, concluindo desta forma, através dos resultados apresentados, que o sistema atual atende este índice. Contudo, para a redução da potência instalada foram sugeridas a implementação de quatro luminárias do modelo Dorah-S-PQ e uma luminária central do modelo Lumicenter / EAA03 – S3500840, como ilustrado na Figura 21:
Figura 21 - Sistema de iluminação proposto para as salas dos professores - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Com base na distribuição de luminárias apresentada, foram simulados quatro cenários diferentes, sendo estes apresentados na Figura 22, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa
um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas:
Figura 22 - Distribuição de iluminância para o sistema de iluminação proposto para a sala dos professores - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Os resultados de iluminância também são apresentados na Tabela 13:
Tabela 13 - Iluminância média das mesas e ambiente para o sistema de iluminação proposto das salas dos professores - Simulação Dialux
Dia característico Horário [hr] 𝑬𝒎 [lx]
Mesas Ambiente
Céu claro 9h00min 300 330
16h00min 300 312
Céu encoberto 16h00min 9h00min 300 300 294 265
Fonte – Do autor (2018)
Como pode-se perceber, houve apenas um pequeno aumento nos índices de iluminância, quando comparado o sistema proposto com o atual. Contudo, vale destacar que a
redução da potência instalada se mostrou significativa, passando de 240 W para 73 W, que equivale a aproximadamente 71%.
Outro ambiente avaliado foi a sala da Direção da escola, que diferente dos outros não necessitou de simulação utilizando a luz natural, já que a mesma não possui nenhum tipo de abertura, além da porta. A configuração do sistema de iluminação atual da sala contém duas luminárias. A Figura 23 apresenta o sistema atual de iluminação, bem como o resultado de simulação:
Figura 23 - Sistema de iluminação atual e distribuição de iluminância a sala da direção - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Sabendo que o valor mínimo de iluminância estabelecido pela norma para atividades como escrever, teclar, ler e processar dados é de 500 lx, constata-se que o mesmo não é respeitado, confirmando o valor obtido através das medições realizadas.
Como descrito na seção 23, para métodos de comparação é necessário levar a atual tecnologia empregada para a norma para que se possa comparar com a tecnologia proposta. A Figura 24 ilustra a sala da direção com o número de luminárias suficientes para que a mesma respeite a norma e a distribuição de iluminância do ambiente:
Figura 24 - Sistema de iluminação atual atendendo a norma e distribuição de iluminância a sala da direção - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Com a configuração estabelecida o valor médio de iluminância na sala passou para 527 lx e apresentou índice sobre a mesa de 500 lx, respeitando o valor mínimo.
Como proposta de modificação, foram sugeridos a instalação de duas luminárias do modelo Lumicenter / EAA03 – S3500840. A Figura 25 apresenta a sala da direção com esta luminária e também os resultados de simulação:
Figura 25 - Sistema de iluminação proposto e distribuição de iluminância a sala da direção - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Os resultados fornecidos pelo software mostraram que para a configuração sugerida o índice de iluminância sobre a mesa foi 500 lx e o nível médio do ambiente foi de
530 lx, sendo este um resultado satisfatório, onde a redução de potência instalada foi de 262 W, considerando o caso atual respeitando a norma.
Os índices de iluminância do auditório também foram verificados. A atual configuração possui 10 luminárias, como ilustrado na Figura 26:
Figura 26 - Sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Assim como as simulações realizadas para as outras salas que possuíam influência da iluminação natural, o auditório foi simulado para quatro cenários diferentes, como apresentado na Figura 27, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas:
Figura 27 - Distribuição de iluminância do sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
A Tabela 14 contém o valor médio de iluminância da sala fornecido pelo software:
Tabela 14- Iluminância média do ambiente para o sistema de iluminação atual do auditório - Simulação Dialux
Dia característico Horário [hr] 𝑬𝒎 [lx]
Céu claro 9h00min 750
16h00min 486
Céu encoberto 16h00min 9h00min 367 328
Fonte – Do autor (2018)
O nível mínimo de iluminância estabelecido pela norma para ambientes em que são realizados teatros ou salas de concertos é de 200 lx, mostrando através dos resultados apresentados que o local está acima deste valor.
Como alternativa, considerando o tamanho da sala e o baixo índice requerido, optou- se por sugerir a utilização de uma quantidade maior de luminárias com fluxo luminoso menor,
e como consequência potência menor, flexibilizando na melhor distribuição destas no ambiente. A configuração proposta, que contem 16 luminárias do modelo Dorah-S-PQ, é ilustrada na Figura 28:
Figura 28 - Sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Para esta distribuição de luminárias foram realizadas as simulações dos quatros cenários, como apresentado na Figura 29, onde a) representa um dia com céu claro as 09h00min horas, b) representa um dia com céu claro as 16h00min horas, c) representa um dia com céu encoberto as 09h00min horas e d) representa um dia com céu encoberto as 16h00min horas:
Figura 29 - Distribuição de iluminância do sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux
Fonte – Do autor (2018)
Os valores de iluminância média para cada caso é descrito na Tabela 15:
Tabela 15 - Iluminância média do ambiente para o sistema de iluminação proposto do auditório - Simulação Dialux
Dia característico Horário [hr] 𝑬𝒎 [lx]
Céu claro 9h00min 698
16h00min 430
Céu encoberto 9h00min 309
16h00min 269
Fonte – Do autor (2018)
Apesar de ser observado uma redução nos valores de iluminância média do ambiente quando comparado o caso atual com o proposto, o segundo ainda apresenta índices acima do limite mínimo estabelecido pela norma. Além disso, percebe-se que há uma homogeneidade na iluminância para o sistema proposto, havendo apenas abruptas variações próximas as janelas, enquanto o sistema de iluminação atual não apresentou o mesmo comportamento, principalmente em dias com céu encoberto.
As análises e simulações apresentadas foram realizadas para os ambientes onde se julgou haver maior impacto na redução de energia com a troca de tecnologia das luminárias. Contudo, sugestões que não se aplicam as salas avaliadas, como a instalação de interruptores de presença e temporizadores, são alternativas viáveis para serem instaladas em banheiros e corredores.
Para a verificação na redução do consumo de energia dos sistemas de iluminação foram considerados, com exceção do auditório, que todas as lâmpadas permanecem ligadas durante nove horas por dia, que corresponde ao período das aulas (7h30min-12h00min e 13h00min-17h30min), cinco dias por semana durante os meses entre março e metade de julho e entre agosto e metade de novembro. Para o auditório foi suposto que o mesmo permanece ocupado durante aproximadamente cinco horas por semana.
A Tabela 16 apresenta de forma geral a potência instalada e o consumo de cada sala, para o caso do sistema de iluminação atual atendendo a norma e o sistema de iluminação proposto:
Tabela 16 - Potência instalada e o consumo do sistema de iluminação Ambiente ambientes Nº de
Sistema Atual – Norma Sistema Proposto 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕[W] Consumo [kWh] 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕[W] Consumo [kWh]
Sala de aula 12 6720 11491.20 1980 3385.80
Sala dos professores 1 240 410.40 73 124.83
Sala da direção 1 320 547.20 74 126.54
Auditório 1 800 30.40 144 5.47
Total 8080 12479.20 2271 3642.64
Fonte – Do autor (2018)
Analisando a tabela 16 anterior, observa-se que através da substituição das lâmpadas fluorescente por luminárias LED é possível garantir uma redução significativa na potência instalada e consumo de energia, que para o caso das salas simuladas foi de aproximadamente 72%.
Com base na proposta de melhoria apresentada, é simulado novamente no WebPrescritivo a nova categoria que a iluminação da escola passa a se encaixar. A simulação realizada e o resultado obtido é mostrado na Figura 30:
Figura 30 - Simulação da iluminação proposto- WebPrescritivo
Fonte – Do autor (2018)
Como esperado a alteração do sistema de iluminação foi capaz de aumentar consideravelmente a classificação da iluminação, passando de D para A e mostrando a sua viabilidade.