ERIKA CICONELLI DE FIGUEIREDO
PELES DE VIDRO
Otimização do desempenho da luz natural difusa em fachadas envidraçadas
Tese de doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito parcial para a obtenção do título de Doutora em Arquitetura e Urbanismo.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria Augusta Justi Pisani
São Paulo 2016
F475p Figueiredo , Erika Ciconelli de
Peles de vidro : otimizaçăo do desempenho da luz natural difusa em fachadas envidraçadas / Erika Ciconelli de Figueiredo – 2016.
192 f. : il. ; 30 cm.
Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo) - Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2016.
Bibliografia: f. 182-191.
1. Arquitetura. 2. Luz natural. 3. Vidros. 4. Proteções solares.
5. Prateleira de luz. 6. Simulaçăo computadorizada. I. Título.
CDD 721.04
ERIKA CICONELLI DE FIGUEIREDO
PELES DE VIDRO
Otimização do desempenho da luz natural difusa em fachadas envidraçadas
Tese de doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito parcial para a obtenção do título de Doutora em Arquitetura e Urbanismo.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria Augusta Justi Pisani
Aprovada em 09 de maio de 2016.
BANCA EXAMINADORA
À minha família e, especialmente, minha orientadora.
Agradecimentos
Agradeço à Deus por ter me proporcionado a chance de fazer um doutorado.
Agradeço à minha família, principalmente aos meus pais, Jane e Lucio, por terem me incentivado desde o mestrado a me aprofundar nos meus assuntos de interesse, pela paciência e por acreditarem no meu trabalho.
Agradeço ao meu marido, Andrei, pelo companheirismo, pela paciência, pelas discussões técnicas, pelo incentivo e dedicação durante os últimos três anos.
Agradeço ao meu avô João por ter me ensinado a gostar de arquitetura e engenharia, e por ter discutido assuntos da área tantas vezes. Meu grande e inesquecível professor.
Agradeço à minha orientadora, Maria Augusta, por todas as discussões, técnicas e informais, por todo o aprendizado, por todos os minutos compartilhados desde antes do mestrado. Eles mudaram minha vida para sempre, como profissional e como pessoa. Muito obrigada! Sou eternamente grata.
Agradeço ao amigo Adhemar Carlos Pala pelo companheirismo e compreensão durante todo o período do doutorado. Sem este apoio o percurso do trabalho teria sido mais árduo.
Agradeço à Profª. Drª. Roberta Souza por ter me orientado a utilizar o programa Daysim na banca de qualificação.
Agradeço aos colegas Milton Granado e Dominique Fretin pelas discussões sobre a pesquisa.
Agradeço ao Prof. Alberto Hernandez pelas orientações com software Energy Plus.
Agradeço ao Prof. Amauri Oliveira pelas orientações com o Índice de Transmissividade Atmosférica.
Agradeço à amiga Beatriz Garcez pela revisão do meu trabalho e pelo apoio durante os anos da pesquisa.
Agradeço aos amigos Cris, Vagner e Elza pela amizade e pelos momentos de descontração durante a pesquisa. Eles foram fundamentais! Obrigada!
There are more things in heaven and earth, Horatio, Than are dreamt of in your philosophy.
(Hamlet, William Shakespeare)
Resumo
O consumo de energia dos sistemas de iluminação artificial e ar-condicionado impactam no custo de manutenção dos edifícios. A análise do consumo energético em edifícios indica que, embora haja equipamentos cada vez mais eficientes, a produção de energia é menor do que a demanda, indicando a necessidade de melhorar a utilização dos recursos naturais. A viabilidade do aproveitamento da luz natural está condicionada a alguns fatores, como transmissão luminosa dos vidros, pé-direito do pavimento, forma e dimensões da planta tipo, dimensão das aberturas, modelo de céu e uso de proteções solares. Esta pesquisa propõe a discussão acerca do desempenho da luz natural difusa, resultante do emprego das peles de vidro, proteções solares e prateleiras de luz, nas Torres A e B do Rochaverá Corporate Towers, na cidade de São Paulo, por meio de simulações estáticas e dinâmicas, desenvolvidas nos softwares ReluxPro e Daysim. Na primeira etapa do trabalho foram feitos levantamentos dos dados de irradiação solar global na horizontal da cidade de São Paulo, em bases meteorológicas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, IAG, para aplicação do modelo matemático de Liu e Jordan (1960), com o intuito de identificar a frequência de ocorrência dos modelos de céu: claro, encoberto, parcialmente encoberto com dominância para o claro e parcialmente encoberto com dominância para o difuso. Durante a segunda etapa foi estudado o desempenho das fachadas originais das Torres A e B do Rochaverá Corporate Towers, assim como os sistemas propostos, por meio de simulações computadorizadas. A combinação de tipos de vidros, proteções solares e prateleiras de luz indicaram a redução da incidência da luz solar direta e a ampliação da distribuição da luz natural difusa. Por meio das duas etapas foi possível delinear parâmetros que podem auxiliar as decisões projetuais.
Palavras-chave: Arquitetura; luz natural; vidros; proteções solares; prateleira de luz;
simulação computadorizada.
Abstract
The consumption of energy by artificial lighting and air-conditioning systems is the most costly element of building maintenance. Analyses of energy consumption indicate that, although systems are becoming more efficient, in the long term, energy production will not be able to keep up with demand, indicating the need to improve our use of natural resources. The viable use of daylight in office interiors is subject to certain factors, such as glass light transmission, ceiling height, building shape and dimension, the quantity and size of openings, sky model, and the use of solar protections, among others. This study examines the performance of diffuse daylight as the result of the glass facade, solar protection, and light shelves utilized in Towers A and B of the Rochaverá Corporate Towers, in São Paulo, SP, Brazil, through static and dynamic simulations in the programs ReluxPro and Daysim. The study was divided into two parts; the first part involved the acquisition of meteorological data from databases maintained by the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences, IAG. Global solar radiation data was entered into Liu and Jordan’s mathematical model in order to determine the frequency of three basic sky models: clear sky, intermediate sky and overcast sky. The second part of the study assessed the actual performance of the systems in Towers A and B, as well as the projected performance of the proposed systems for both towers. The combination of types of glazing, solar protection and light shelves reduces the incidence of direct sunlight in office interiors and widens the distribution of diffuse daylight. Through this examination it was possible to outline parameters that could influence design decisions.
Keywords: Architecture. Daylight. Glass. Solar Shades. Light Shelf. Computer Simulation.
Lista de Figuras
Figura 1 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1880 a 1884. Fonte: NASA, 2015, s/p. ... 28 Figura 2 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1900 a 1904. Fonte: NASA, 2015, s/p. ... 28 Figura 3 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1980 a 1984. Fonte: NASA, 2015, s/p. ... 28 Figura 4 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 2010 a 2014. Fonte: NASA, 2015, s/p. ... 28 Figura 5 Rochaverá Corporate Towers. Fonte: CB RICHARD ELLIS, 2014, s/p... 44 Figura 6 Torres A e B do Rochaverá Corporate Towers. Fonte: PURARQUITETURA, [201-?], s/p. Foto Nelson Kon. ... 44 Figura 7 Organograma da pesquisa. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 48 Figura 8 Céu claro modelo CIE. Fonte: AUTODESK SUSTAINABILITY WORKSHOP, 2011, s/p. ... 54 Figura 9 Céu encoberto modelo CIE. Fonte: AUTODESK SUSTAINABILITY WORKSHOP, 2011, s/p. ... 54 Figura 10 Porcentagem de horas entre às 9h e 17h, quando os níveis de iluminação serão adequados ou excedidos. Fonte: CIE, 1996, p.47/IV... 55 Figura 11 Nomograma que relaciona a iluminância externa e interna e o Fator de Luz do Dia. Fonte: CIE, 1996, p.47/V. ... 55 Figura 12 Ângulos definindo a posição do sol e de um elemento no céu. Fonte:
DARULA; KITTLER, 2002, p. 2. ... 57 Figura 13 Esfera celeste e coordenadas solares relativas ao observador na Terra (ponto "O"). Fonte: IQBAL, 1983, p.15. ... 59 Figura 14 Estudos de céu para a cidade de Boston no dia 02 de abril. Fonte: REINHART, 2011, p. 269. ... 65
Figura 15 Radiação incidente no solo sob céu encoberto. Fonte: IQBAL, 1983, p. 215.
... 69 Figura 16 Frequência mensal das condições de céu Nebuloso, Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Difuso, Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Claro e Claro, de 01/01/1983 a 31/12/2013. Fonte: A partir de dados fornecidos pelo IAG (2014). Acervo da autora, 2014. ... 72 Figura 17 Frequência mensal das condições de céu Nebuloso, PNDD, PNDC e Claro, de 01/01/2002 a 31/12/2013. Fonte: A partir de dados fornecidos pelo IAG (2014).
Acervo da autora, 2014. ... 74 Figura 18 Renderização desenvolvida com o método Radiosity. Fonte: RELUX, 2015, p. 61... 79 Figura 19 Renderização desenvolvida com o método Raytracing. Fonte: RELUX, 2015, p. 61... 79 Figura 20 Método raytracing. Fonte: RELUX, [2009?], p. 3. ... 79 Figura 21 Vista do conjunto do Rochaverá Corporate Towers. Fonte: BESSI, 2013, s/p.
... 86 Figura 22 Torres A e B. Fonte: FÓRUM DA CONSTRUÇÃO, [2009?], s/p. ... 86 Figura 23 Corte das torres B e C. Fonte: PURARQUITETURA, 2015, s/p. ... 87 Figura 24 Planta do 16º andar das torres A e B. Fonte: PURARQUITETURA, 2015, s/p.
... 88 Figura 25 Implantação Rochavera Corporate Towers. Fonte: a partir de PURARQUITETURA, 2015, s/p. ... 88 Figura 26 Torre B. Daylight Autonomy do 16º andar - pele original. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 90 Figura 27 Torre B. DA: Valores em porcentagem obtidos nos sensores. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 91 Figura 28 Torre B. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar – pele original. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 91
Figura 29 Torre B. DAcon: Valores em porcentagem obtidos nos sensores. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 92
Figura 30 Torre B. Sistema A - 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 93
Figura 31 Torre B. Sistema A - 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 93
Figura 32 Torre B. Sistema A - 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 93
Figura 33 Torre B. Sistema A - 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 34 Torre B. Sistema A - 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 35 Torre B Sistema A - 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 36 Torre B. Sistema A - 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 37 Torre B. Sistema A - 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 38 Torre B. Sistema A - 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 94
Figura 39 Torre B. Vista interna no dia 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 95
Figura 40 Torre B. Vista interna no dia 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 95
Figura 41 Torre A. Daylight Autonomy do 16º andar - pele original. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 96
Figura 42 Torre A. DA: Valores em porcentagem obtidos nos sensores. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 97
Figura 43 Torre A. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar – pele original. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 97
Figura 44 Torre A. DAcon: Valores em porcentagem obtidos nos sensores. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 98
Figura 45 Torre A. Sistema A - 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 99
Figura 46 Torre A. Sistema A - 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 99
Figura 47 Torre A. Sistema A - 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 99
Figura 48 Torre A. Sistema A - 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 49 Torre A. Sistema A - 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 50 Torre A. Sistema A - 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 51 Torre A. Sistema A - 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 52 Torre A. Sistema A - 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 53 Torre A. Sistema A - 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 100
Figura 54 Torre A. Vista interna no dia 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 101
Figura 55 Torre A. Vista interna no dia 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 101
Figura 56 Divisão da fachada por zonas. Fonte: A partir de HAUSLADEN et al., 2004, p. 52... 104
Figura 57 Proposta de fachada com prateleira de luz de 0,50m (Sistema B). Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 105
Figura 58 Proposta de fachada com prateleira de luz de 1,0m (Sistema C). Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 106
Figura 59 Torre B. Sistema A (TL=21%). Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 60 Torre B. Pele de vidro TL=21% e prateleira de luz de 0,50m de profundidade. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 61 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 62 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 63 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 64 Torre B. Sistema C. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 107
Figura 65 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 108
Figura 66 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 108 Figura 67 Torre B. Sistema C. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 108 Figura 68 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 69 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 70 Torre B. Sistema C. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 71 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 72 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 73 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 109 Figura 74 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 110 Figura 75 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 110 Figura 76 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 110 Figura 77 Sistema B. Vista interna da simulação do dia 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 111 Figura 78 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 111 Figura 79 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 111
Figura 80 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 111 Figura 81 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 112 Figura 82 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 112 Figura 83 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 112 Figura 84 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 85 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 86 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 87 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 88 Torre B. Sistema B. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 89 Torre B. Sistema C. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 113 Figura 90 Sistema B. Vista interna da simulação do dia 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 114 Figura 91 Sistema C. Vista interna da simulação do dia 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 114 Figura 92 Método de obtenção dos ângulos alfa e beta. Fonte: FROTA, 2001, p. 92.
... 115 Figura 93 Estudo de insolação do primeiro andar da torre B em relação ao mascaramento ocasionado pela torre D. Fonte: Acervo da autora, 2015... 116
Figura 94 Proteções solares para a fachada sudoeste da torre B. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 116 Figura 95 Sombreamento na fachada sudoeste da torre B no dia 01/01 às 17h. ... 117 Figura 96 Sombreamento na fachada sudoeste da torre B no dia 18/02 às 17h. ... 117 Figura 97 Sombreamento na fachada sudoeste da torre B no dia 07/03 às 17h. ... 117 Figura 98 Sombreamento na fachada sudoeste da torre B no dia 15/07 às 17h. ... 117 Figura 99 Estudo para a fachada sudoeste da torre B para o dia 03/03 às 14h30. . 118 Figura 100 Estudo para a fachada sudoeste da torre B para o dia 10/03 às 14h. .. 118 Figura 101 Estudo de insolação do primeiro andar da torre B em relação ao mascaramento ocasionado pela torre A. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 118 Figura 102 Proteções solares para a fachada nordeste da torre B. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 119 Figura 103 Sombreamento na fachada nordeste da torre B no dia 20/06 às 13h30.
... 120 Figura 104 Sombreamento na fachada nordeste da torre B no dia 15/07 às 11h30.
... 120 Figura 105 Estudo de insolação do oitavo andar da torre B em relação ao mascaramento ocasionado pela torre A. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 120 Figura 106 Período de insolação da fachada sudeste da torre B. Fonte: Acervo da autora. ... 121 Figura 107 Proteções solares para a fachada sudeste da torre B. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 121 Figura 108 Estudo de insolação do primeiro andar da torre B em relação ao mascaramento ocasionado pelas torres do entorno e pela fachada inclinada. Fonte:
Acervo da autora, 2015. ... 122 Figura 109 Estudo de insolação do décimo sexto andar da torre B em relação ao mascaramento ocasionado pelas torres do entorno e pela fachada inclinada. Fonte:
Acervo da autora, 2015. ... 123
Figura 110 Corte do edifício com o conjunto de prateleira de luz, proteções solares e vidros 80% e 21% de transmissão luminosa. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 124 Figura 111 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 125 Figura 112 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 125 Figura 113 Torre B. Sistema D. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 125 Figura 114 Corte do edifício com o conjunto de prateleira de luz, proteções solares e vidros 80% e 50% de transmissão luminosa (Sistema E). Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 125 Figura 115 Torre B. Sistema B. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 126 Figura 116 Torre B. Sistema D. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 126 Figura 117 Torre B. Sistema E. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 126 Figura 118 Corte do edifício com o conjunto de prateleira de luz, proteções solares e vidros 80% e 60% de transmissão luminosa (Sistema F). Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 127 Figura 119 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 128 Figura 120 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 129 Figura 121 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 129 Figura 122 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 129 Figura 123 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 129
Figura 124 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 130 Figura 125 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 130 Figura 126 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 130 Figura 127 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 130 Figura 128 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 131 Figura 129 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 131 Figura 130 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 131 Figura 131 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 131 Figura 132 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 132 Figura 133 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 132 Figura 134 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 133 Figura 135 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 133 Figura 136 Vista interna da simulação do sistema de prateleira de luz de 0,50m de profundidade, vidros com transmissões solares de 60% e 80% e proteções solares externas para a torre B às 16h do dia 21/03. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 133 Figura 137 Torre B. Daylight Autonomy do 16º andar – sistema proposto. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 134
Figura 138 Torre B. DA do 16º andar - pele de vidro original. Fonte: Acervo da autora,
2016. ... 134
Figura 139 Torre B. DA: Valores em porcentagem obtidos nos sensores no sistema proposto. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 135
Figura 140 Torre B. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar. Sistema F. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 135
Figura 141 Torre B. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar. Sistema A. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 136
Figura 142 Torre B. DAcon: Valores em porcentagem obtidos nos sensores no sistema proposto. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 136
Figura 143 Microlattice. Fonte: Magnier, 2015, s/p. ... 137
Figura 144 Microlattice. Fonte: Magnier, 2015, s/p. ... 137
Figura 145 Microlattice. Fonte: Magnier, 2015, s/p. ... 137
Figura 146 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 138
Figura 147 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 138
Figura 148 Torre B. Sistema G. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 138
Figura 149 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 139
Figura 150 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 139
Figura 151 Torre B. Sistema G. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 139
Figura 152 Torre B. Sistema A. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 140
Figura 153 Torre B. Sistema F. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 140
Figura 154 Torre B. Sistema G. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 140 Figura 155 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 141 Figura 156 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 141 Figura 157 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 141 Figura 158 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 141 Figura 159 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 141 Figura 160 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 141 Figura 161 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 142 Figura 162 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 142 Figura 163 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 142 Figura 164 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 143 Figura 165 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 143 Figura 166 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 143 Figura 167 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 143
Figura 168 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 143 Figura 169 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 143 Figura 170 Torre B. Sistema A. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 144 Figura 171 Torre B. Sistema F. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 144 Figura 172 Torre B. Sistema G. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 144 Figura 173 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 60%). Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 145 Figura 174 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 70%). Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 145 Figura 175 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 80%). Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 145 Figura 176 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 60%). Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 146 Figura 177 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 70%). Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 146 Figura 178 Torre B. Sistema F (TL abaixo da prateleira de luz igual a 80%). Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 146 Figura 179 Vista interna da simulação do dia 22/06 às 12h, com prateleira de luz de 0,50m de profundidade. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 148 Figura 180 Proposta do Sistema F para as fachadas da torre B, com emprego de telas solares. Fonte: Acervo da autora, 2016... 150 Figura 181 Estudo de insolação do primeiro andar da torre A em relação ao mascaramento ocasionado pela torre B. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 154
Figura 182 Proposta de sistema de prateleira de luz, proteções solares planas e vidros com transmissão luminosa de 80% e 60% (Sistema F) para a fachada sudeste da torre A. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 155 Figura 183 Estudo de insolação do primeiro andar tipo da torre A em relação ao mascaramento ocasionado pela torre C. Fonte: Acervo da autora, 2015... 156 Figura 184 Estudo de insolação do último andar tipo da torre A em relação ao mascaramento ocasionado pela torre C. Fonte: Acervo da autora, 2015... 156 Figura 185 Proposta de sistema de prateleira de luz, proteções solares planas e vidros com transmissão luminosa de 80% e 60% (Sistema F) para a fachada noroeste da torre A. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 157 Figura 186 Estudo de insolação e máscaras do primeiro andar tipo da torre A (fachada inclinada). Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 158 Figura 187 Estudo de insolação e máscaras do 16º andar tipo da torre A (fachada inclinada). Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 158 Figura 188 Estudo de insolação e máscaras do primeiro andar tipo da torre A. Fonte:
Acervo da autora, 2015. ... 159 Figura 189 Proposta de sistema de prateleira de luz, proteções solares planas e vidros com transmissão luminosa de 80% e 60% (Sistema F) para a fachada nordeste da torre A. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 160 Figura 190 Torre A. Sistema A. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 161 Figura 191 Torre A. Sistema F. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 161 Figura 192 Torre A. Sistema G. Simulação para 21/03 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 161 Figura 193 Torre A. Sistema A. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 162 Figura 194 Torre A. Sistema F. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 162
Figura 195 Torre A. Sistema G. Simulação para 21/03 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 162 Figura 196 Torre A. Sistema A. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 162 Figura 197 Torre A. Sistema F. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 162 Figura 198 Torre A. Sistema G. Simulação para 21/03 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 162 Figura 199 Vista interna da simulação do Sistema F para a torre A às 16h do dia 21/03.
Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 163 Figura 200 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 164 Figura 201 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 164 Figura 202 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/06 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 164 Figura 203 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 164 Figura 204 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 164 Figura 205 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/06 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 164 Figura 206 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 166 Figura 207 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 166 Figura 208 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/06 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 166
Figura 209 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 166 Figura 210 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 166 Figura 211 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/12 às 9h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 166 Figura 212 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 167 Figura 213 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 167 Figura 214 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/12 às 12h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 167 Figura 215 Torre A. Sistema A. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2015. ... 167 Figura 216 Torre A. Sistema F. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 167 Figura 217 Torre A. Sistema G. Simulação para 22/12 às 16h. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 167 Figura 218 Vista interna da simulação do Sistema G para a torre A às 9h do dia 21/03.
Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 168 Figura 219 Torre A. Daylight Autonomy do 16º andar – sistema proposto. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 168 Figura 220 Torre A. Daylight Autonomy do 16º andar – pele de vidro original. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 169 Figura 221 Torre A. DA: Valores em porcentagem obtidos nos sensores no sistema proposto. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 169 Figura 222 Torre A. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar – sistema proposto.
Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 170
Figura 223 Torre A. Continuous Daylight Autonomy do 16º andar – pele original.
Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 171 Figura 224 Torre A. DAcon: Valores em porcentagem obtidos nos sensores no sistema proposto. Fonte: Acervo da autora, 2016. ... 171 Figura 225 Proposta Sistema F e telas solares para as fachadas da torre A. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 174 Figura 226 Resultado das fachadas das torres A e B, após as intervenções. Fonte:
Acervo da autora, 2016. ... 176 Figura 227 Resultado da Torre B, após as intervenções. Fonte: Acervo da autora, 2016.
... 177
Lista de Gráficos
Gráfico 1 Distribuição do Consumo por Uso Final. Fonte: a partir de ELETROBRÁS, 2009, p. 30. ... 29 Gráfico 2 Consumo de energia elétrica na rede em 2012, na região sudeste, em MWh.
Dados atualizados em 26 maio 2014. Fonte: a partir de EPE, 2014. ... 30 Gráfico 3 Consumo de energia elétrica na rede em 2013, na região sudeste, em MWh.
Dados atualizados em 26 maio 2014. Fonte: a partir de EPE, 2014. ... 30 Gráfico 4 Consumo de energia elétrica na rede em 2014, na região sudeste, em MWh.
Dados preliminares. Fonte: a partir de EPE, 2014. ... 31 Gráfico 5 Tarifa de Energia Elétrica, acumulado no ano (em %), Brasil – Jan/2013- mar/2015. Fonte: DIEESE, 2015, p. 6. ... 32 Gráfico 6 Taxas de crescimento do PIB e do consumo de energia elétrica no Brasil e por setor 2012-2014. Fonte: EPE [2015?]; IBGE [2015?] apud DIEESE, 2015, p. 12. . 33 Gráfico 7 Uso final de energia elétrica de um edifício de escritórios em São Paulo.
Fonte: WESTPHAL, 2013, p.30. ... 33
Lista de Tabelas
Tabela 1 Valores de eficácia luminosa para fontes naturais e artificiais. ... 37 Tabela 2 Parâmetros standard de céu. ... 60 Tabela 3 Tabela de Standard Sky Luminance Distribution. ... 61 Tabela 4 Frequência mensal das condições de céu Nebuloso, Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Difuso (PNDD), Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Claro (PNDC) e Claro, e respectivos desvios padrão. ... 73 Tabela 5 Frequência mensal das condições de céu Nebuloso, Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Difuso (PNDD), Parcialmente Nebuloso com Dominância para o Claro (PNDC) e Claro, e respectivos desvios padrão ... 75 Tabela 6 Torre B. Distância máxima atingida pela luz natural dentro da faixa de iluminâncias entre 300 lux e 500 lux, em relação às aberturas. ... 151 Tabela 7 Torre B. Dimensão máxima das faixas com iluminâncias acima de 3.000 lux (metros) por fachadas. ... 152 Tabela 8 Torre B. Distâncias máxima e mínima atingidas por faixas com iluminâncias entre 100 lux e 200 lux. Fonte: Acervo da autora, 2016... 153 Tabela 9 Torre A. Distância máxima atingida pela luz natural dentro da faixa de iluminâncias entre 300 lux e 500 lux. ... 175 Tabela 10 Torre A. Dimensão máxima das faixas com iluminâncias acima de 3.000 lux (metros) por fachadas. ... 175
Sumário
1. Introdução ... 28 1.1 Objetivos ... 43 1.1.1 Objetivos gerais ... 43 1.1.2 Objetivos específicos ... 43 1.2 Hipótese ... 45 1.3 Métodos e Técnicas ... 45 1.4 Descrição dos Capítulos ... 49 2. A influência dos dados meteorológicos da cidade de São Paulo nos parâmetros de projeto ... 51 2.1 Índice de Transmissividade Atmosférica ... 66 2.2 Análise do céu da cidade de São Paulo ... 70 Discussão dos resultados ... 75 3. Desempenho da luz natural no interior do Rochaverá Corporate Towers:
abordagem paramétrica ... 77 3.1 Rochaverá Corporate Towers: análise do desempenho da pele de vidro. ... 86 3.1.1 Análise do Rochaverá Corporate Towers – Torre B ... 90 3.1.2 Análise do Rochaverá Corporate Towers – Torre A ... 96 3.2 Sistema de fachada proposto para ampliação da distribuição da luz natural difusa e redução da luz solar direta. ... 102
3.2.1 Torre B. Dimensionamento dos dispositivos das fachadas: prateleiras de luz ... 104 Discussão dos resultados ... 114 3.2.2 Torre B. Dimensionamento dos dispositivos das fachadas: proteções solares ... 115 3.2.3 Placas Perfuradas... 137 3.2.4 Vidros com transmissões luminosas acima de 60% ... 145 3.2.5 Torre A. Dimensionamento dos dispositivos das fachadas: proteções solares ... 154 Discussão dos resultados ... 172 4. Considerações Finais ... 179 Sugestão para trabalhos futuros ... 181 Referências ... 182
Capítulo 1
Introdução
28
1. Introdução
Segundo a National Aeronautics and Space Administration, NASA, e a Administração Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos, NOAA, o ano de 2014 teve a mais alta temperatura global média desde 1880, quando se iniciaram os registros meteorológicos (DEUTSCHE WELLE, 2015).
As Figuras de 1 a 4 indicam o aquecimento do planeta com intervalos de 5 anos.
Nota-se que em 2014 a amplitude do globo foi de 1 a 2 graus Celsius maior do que no início da medição, em 1880. Entretanto, em algumas regiões dos polos, a variação foi de 4 graus.
Figura 1 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1880 a 1884. Fonte: NASA, 2015,
s/p.
Figura 2 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1900 a 1904. Fonte: NASA, 2015,
s/p.
Figura 3 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 1980 a 1984. Fonte: NASA, 2015,
s/p.
Figura 4 - 2014 Continues Long-Term Global Warming – 2010 a 2014. Fonte: NASA, 2015,
s/p.
29 Em 2014 e 2015 o estado de São Paulo foi assolado por uma estiagem que resultou em temperaturas próximas aos 40 graus durante o verão e a primavera, e próximas aos 30 graus durante o outono e o inverno (INMET, 2015). Durante o mês de janeiro de 2015 foram frequentes as quedas de energia na cidade – por dias consecutivos em alguns bairros – aumentando a sensação de desconforto devido ao calor (ESTADÃO, 2015, REUTERS, 2015; SOUZA, 2015).
O aumento do consumo de ar-condicionado e das tarifas de energia elétrica tornaram mais frequentes as discussões sobre o uso de fontes renováveis, a redução do consumo de energia e o uso consciente de recursos naturais em diversos setores, principalmente entre aqueles com consumo elevado, como nos edifícios comerciais brasileiros.
Conforme a Avaliação do Mercado de Eficiência Energética no Brasil, as principais participações no consumo em edifícios de escritórios referem-se ao condicionamento ambiental e à iluminação artificial, “variando de 50% a mais de 70% do consumo total do setor” (ELETROBRÁS, 2009, p. 30). O Gráfico 1 demonstra a distribuição do consumo da classe comercial.
Gráfico 1 Distribuição do Consumo por Uso Final. Fonte: a partir de ELETROBRÁS, 2009, p. 30.
De acordo com o levantamento feito pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) (2014), em janeiro de 2012 o consumo de energia elétrica do setor comercial da região sudeste foi de 3.512.097 MWh e, no mesmo período de 2014, foi de 4.289.955 MWh, ou seja, um aumento de mais de 22%. Este aumento é apontado nos gráficos 2,
Ar-condicionado 47%
Iluminação 22%
Demais cargas 31%
Distribuição do Consumo por Uso Final
30 3 e 4, onde há a indicação do consumo anual do setor comercial, na região sudeste, de 2012 a 2014. O setor comercial compreende hotéis, hospitais, clínicas, shopping centers, supermercados, bancos, instituições de ensino e prédios empresariais (ELETROBRÁS, 2009).
Gráfico 2 Consumo de energia elétrica na rede em 2012, na região sudeste, em MWh. Dados atualizados em 26 maio 2014. Fonte: a partir de EPE, 2014.
Gráfico 3 Consumo de energia elétrica na rede em 2013, na região sudeste, em MWh. Dados atualizados em 26 maio 2014. Fonte: a partir de EPE, 2014.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Consumo 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3.
- 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 3.500.000 4.000.000 4.500.000 5.000.000
MWh
Meses
Consumo de Energia Elétrica na Rede em 2012 Sudeste
Consumo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Consumo 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 4. 4.
- 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 3.500.000 4.000.000 4.500.000 5.000.000
MWh
Meses
Consumo de Energia Elétrica na Rede em 2013 Sudeste
Consumo
31
Gráfico 4 Consumo de energia elétrica na rede em 2014, na região sudeste, em MWh. Dados preliminares. Fonte: a partir de EPE, 2014.
Entre 2013 e 2015 não apenas o consumo de energia foi maior, como também se tornou mais dispendioso. Em 2013, as tarifas de energia elétrica foram barateadas pelo governo devido à prorrogação antecipada de concessões de geração e transmissão de energia elétrica e à extinção de dois encargos setoriais – Conta de Consumo de Combustíveis (CCC) e Reserva Geral de Reversão (RGR) - e à redução de outro – Conta de Desenvolvimento Energético (CDE). No entanto, em 2014 e 2015 houve o aumento das contas de energia decorrente da crise hídrica, que motivou um maior uso das termelétricas (DIEESE, 2015; ANEEL [2014?]).
(...) todo o esforço do governo federal em reduzir as tarifas de geração e transmissão em 2013 acabou sendo temporário, diante da crise hídrica e da estrutura mercantil de comercialização de energia, que resultaram na elevação dos preços mercado de curto prazo, contaminando os custos da energia no mercado como um todo em 2014 (DIEESE, 2015, p.12).
O Gráfico 5 aponta o aumento no custo da energia elétrica acumulada de janeiro de 2013 a março de 2015. Segundo Soares (2015) até março de 2015 o aumento foi de 60,42%. A Eletropaulo registrou até julho quatro reajustes na conta de energia
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Consumo 4. 4. 4. 4. 4. 3. 3. 3. 3. 4. 4. - -
500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 3.500.000 4.000.000 4.500.000 5.000.000
MWh
Meses
Consumo de Energia Elétrica na Rede em 2014 Sudeste
Consumo
32 elétrica apenas em 2015 (UOL ECONOMIA, 2015), fazendo com que houvesse a aceleração da inflação.
O aumento supracitado, somado à desaceleração da indústria nacional, como indica o Gráfico 6, gerou impactos para a economia, com a elevação do custo de vida e do desemprego. A Revista Veja (2015) apontou que o Produto Interno Bruto (PIB) recuou 3,62% em 2015 e estima-se que recuará 2,67% em 2016.
Gráfico 5 Tarifa de Energia Elétrica, acumulado no ano (em %), Brasil – Jan/2013-mar/2015.
Fonte: DIEESE, 2015, p. 6.
A análise detalhada do consumo de energia em edifícios se faz relevante, pois indica possibilidades de aplicação de estratégias passivas para a redução do gasto energético.
Westphal (2013) analisa a distribuição do consumo de um edifício comercial e constata que seu maior gasto é com equipamentos de escritório, representando 34,8%, conforme aponta o Gráfico 7. Os gastos com ar-condicionado vêm diminuindo graças à introdução de melhorias tecnológicas neste setor e somam 28,2% do total do consumo de um edifício. A iluminação artificial contribui com 24,5% do consumo.
Analisando os dados da Eletrobrás (2009) e de Westphal (2013) nota-se que a porcentagem do consumo com iluminação artificial praticamente se manteve nas
33 duas pesquisas, pois a empresa governamental indica que o consumo com iluminação artificial em edifícios da classe comercial é de 22% e o pesquisador aponta um gasto de 24,5% em um edifício comercial em São Paulo.
Embora Westphal (2013) faça a análise de apenas um edifício em São Paulo, e seja impreciso tomá-lo como referência de comparação, pela falta de outras pesquisas na área este trabalho será considerado como um indicativo de consumo.
Gráfico 6 Taxas de crescimento do PIB e do consumo de energia elétrica no Brasil e por setor 2012-2014. Fonte: EPE [2015?]; IBGE [2015?] apud DIEESE, 2015, p. 12.
Gráfico 7 Uso final de energia elétrica de um edifício de escritórios em São Paulo. Fonte:
WESTPHAL, 2013, p.30.
Em paralelo a Eletrobrás (2009) registra os tipos de lâmpadas utilizadas nas áreas internas e externas dos edifícios do setor comercial – onde prevalece a utilização de
34 lâmpadas fluorescente tubulares - e pesquisa quantas empresas participam da redução do consumo de energia.
No que diz respeito ao racionamento de energia de 2001, cerca de 60% das unidades comerciais pesquisadas declararam terem participado do mesmo, adotando medidas para o cumprimento das metas de redução de consumo de energia. Dentre as medidas adotadas, foram apontadas principalmente as medidas de gerenciamento energético (ações gerenciais relacionadas com a melhoria da disciplina operacional) e de eficiência energética por respectivamente 61% e 31% das empresas que disseram ter participado do racionamento.
Não obstante, questionadas sobre a possibilidade atual de reduzir o consumo de energia, mantendo o nível de atividade, 34,4% dos entrevistados não souberam responder a essa questão. Dos 65,6% que responderam a essa pergunta, 40,3% não acreditam ser possível reduzir o consumo de energia mantendo o nível de atividade. Por outro lado, 59,7% desses entrevistados admitiram a possibilidade de redução de consumo (...) (ELETROBRÁS, 2009. p. 31-2).
Em seu relatório a Eletrobrás (2009) não aponta nenhuma pesquisa visando a redução do consumo mediante a utilização de recursos naturais, como a iluminação natural.
A luz natural não possui relevância apenas do ponto de vista da economia de energia, mas da reprodução das cores, do aumento e da diminuição da produção de hormônios e neurotransmissores, frente ao relógio biológico, e da adaptação visual (CORBELLA;
YANNAS, 2003; LOCKLEY [200-?] apud SHARMAN; ROBERTS, 2008).
No século XXI nota-se o crescimento da importância do bem-estar dos funcionários nos ambientes internos, com o objetivo de reduzir o absenteísmo e aumentar a produtividade (MARDALJEVIC; HESCHONG; LEE, 2009; DE CARLI; DE GIULI; ZECCHIN, 2008). Esses pontos são evidenciados pelos sistemas de certificação, como o Leadership in Energy & Environmental Design (LEED), o Alta Qualidade Ambiental (AQUA), que é a versão brasileira do Haute Qualité Environnementale (HQE), dentre
35 outros que orientam o uso da luz natural e recomendam que os funcionários tenham acesso visual para o exterior do edifício.
O dimensionamento das áreas envidraçadas é tema de estudo desde 1970, quando se acreditou que uma redução significativa das aberturas, ou sua completa eliminação, seria necessária para reduzir o consumo excessivo de energia, devido aos avanços no campo da iluminação artificial e da ventilação mecânica (FARLEY; VEITCH, 2001).
Realizando uma pesquisa no edifício Co-operative Insurance Company, em Manchester, Wells (1965) verificou que, dos 2.500 entrevistados, 69% se sentem melhor trabalhando com luz natural. Em um estudo concomitante feito por Markus (1967) no edifício Robinson, em Bristol, foram entrevistadas 400 pessoas das quais 86% disseram preferir a luz do sol no ambiente de trabalho durante o ano todo.
O desempenho da luz natural em ambientes internos é influenciado por alguns fatores como: dimensão das aberturas; tipo de caixilho; características dos vedos translúcidos e transparentes; pé-direito; dimensões do pavimento tipo; posição do core; acabamentos internos; entorno imediato; variação da luminância do céu e reflexões internas e externas. O projeto das aberturas, e seus dispositivos de sombreamento, extrapola os limites do edifício e requer a transição entre as escalas do projeto, combinando conhecimentos de “óptica, matemática, ciência dos materiais, biofísica, comportamento humano e ambiental e ciência da computação”
(MARDALJEVIC; HESCHONG; LEE, 2009, p. 8), que nem sempre permeiam o repertório dos arquitetos.
A proporção de área envidraçada e de vedos opacos, Window-to-Wall Ratio1 (WWR), é uma relação que influencia o resultado da iluminação natural e o conforto térmico do edifício. Embora haja um consenso para países na zona temperada entre a American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers (ANSI/ASHRAE/IESNA, 2007), de que a área de abertura seja limitada a 40% da área da fachada, outras porcentagens maiores têm sido simuladas e aplicadas nos projetos, como justificativa para o aproveitamento da luz natural (LOVE; TIAN; TIAN, 2008).
1 WWR é a porcentagem resultante da divisão do total de área envidraçada pela área de parede (ASHRAE, 2011).
36 De acordo com a ASHRAE (2011, p. 131)
There are two steps to approaching window configuration and sizing.
The first is that the fenestration design should follow interior-driven design criteria such as occupancy type and requirements for view, daylight, and outdoor connectivity. The second step targets peak load and energy use, which limit window size to comply with the mechanical systems target. For office buildings to achieve 50%
savings, the overall WWR should not exceed 40%.
Segundo Al-Tamimi et al. (2009, p.426), para o setor commercial, “The French Thermal Standard FTS is proposing an optimum of 16.5% of window/floor area ratio but this value could go up to 22%, higher values increasing the risk of overheating during the summer period”. Ressalta-se que ainda não há uma indicação de WWR para o Brasil e, consoante as pesquisas supracitadas, estima-se que para os países de clima tropical o valor de WWR é, possivelmente, ainda menor.
Outro tema recorrente dos debates é a substituição da luz natural pelo Light- Emitting Diode, LED. Embora alguns LEDs tenham eficácia luminosa comparada ao sol2 - 105 lm/W - não há ainda equipamentos no setor que consigam reproduzir a mesma variação de intensidade e cor da luz do dia. A Tabela 1 apresenta a comparação da eficácia luminosa de fontes naturais e artificiais.
A variação de tons da luz natural, assim como sua intensidade, regula o ritmo circadiano. A luz do sol é um dos fatores da produção do cortisol, também conhecido como hormônio do stress (CARVALHO, 2012), e a melatonina, o hormônio do sono, é produzida na ausência de luz, seja natural ou artificial (ANDREWS, 2009). Usuários de ambientes desprovidos de aberturas estão sujeitos a oscilações no seu padrão de desempenho e no seu estado de alerta.
2 Baseado na lâmpada Master LEDtube GA 1200mm 20W 840 T8 I, da Philips Lighting, que possui 2.100lm e 20W.
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Tabela 1 Valores de eficácia luminosa para fontes naturais e artificiais.
Fonte Eficácia luminosa
(lm/W)
Sol
Céu claro azul Céu nublado Luz natural global
70-105 130 110 105 Lâmpada incandescente
Lâmpada fluorescente compacta
Lâmpada fluorescente tubular T5
15 57-72 70-100
Fonte: A partir de Mardaljevic; Heschong; Lee, 2009, p. 21, tradução nossa.
Lockley, Arendt e Skene (2007, p.1) afirmam que
Many aspects of human physiology and behavior are dominated by 24-hour circadian rhythms that have a major impact on our health and well-being, including the sleep-wake cycle, alertness and performance patterns, and many daily hormone profiles. These rhythms are spontaneously generated by an internal “pacemaker” in the hypothalamus, and daily light exposure to the eyes is required to keep these circadian rhythms synchronized both internally and with the external environment.
Embora a luz natural possua inúmeras qualidades, como proporcionar sensação de bem-estar, regular a produção dos hormônios e dos neurotransmissores, proporcionar sensação de bem-estar e economizar energia, seu uso está associado aos ganhos térmicos e ao ofuscamento no interior dos edifícios envidraçados.
Os progressos na indústria do vidro permitiram o desenvolvimento de vidros de controle solar, eletrocrômicos, termo refletores, entre outros, o que possibilitou, em teoria, a ampliação do uso da luz natural e a redução dos gastos com ar- condicionado. No entanto, não obstante esses avanços, a aplicação da iluminação natural em edifícios de escritório é ainda, de certa forma, limitada. Esta limitação ocorre não somente pelo partido adotado no projeto, mas também por razões
38 comportamentais de quem ocupa o edifício. Segundo Mardaljevic, Heschong e Lee (2009), o cenário mais comum em edifícios com peles de vidro é o de persianas abaixadas e luzes acesas, sendo que por uma questão de comodismo estas persianas podem ficar abaixadas por dias, meses ou mesmo anos (REA, 1984).
As persianas – ou telas solares - são acionadas para controlar o ofuscamento, devido à iluminância3 excessiva próxima às aberturas do edifício. Mesmo com a utilização de vidros de controle solar, não há como impedir a entrada da luz solar direta.
Estudos sobre o consumo de iluminação artificial em edifícios mostram que a obtenção de dados para ampliar o uso da luz natural vai além da seleção dos vidros.
Para se especificar uma solução da fachada é necessário conhecer o tipo de clima e o céu da região onde o edifício será inserido.
Segundo Mardaljevic (2003, p.342)
The illumination produced by the sky depends on its luminance. Sky luminance varies according to a series of meteorological, seasonal, and geometric parameters that are difficult to specify.
Characterizing the sun and the sky for lighting simulation is equivalent to light source photometry for electric luminaires.
A definição do céu de uma cidade é necessária para fomentar o projeto de arquitetura e possibilitar a predição coerente da iluminância interna resultante das soluções arquitetônicas. A Commission Internationale de L'Eclairage, CIE, órgão responsável pela coordenação internacional de normas técnicas relacionadas à iluminação, indica 15 tipos de céu, sendo o céu encoberto e o céu claro os recorrentes nas simulações estáticas.
As simulações estáticas de luz natural podem ser feitas utilizando o Daylight Factor (DF), ou Fator de Luz do Dia, cuja definição é “(...) the ratio of the internal daylight illuminance to the corresponding horizontal unobstructed external illuminance”
3 Iluminância é a razão entre a quantidade de luz, ou fluxo luminoso, que incide sobre um ponto da superfície e a área dessa superfície.
