Estudo do projeto de iluminação natural e artificial do
Centro Administrativo do Governo de Minas Gerais:
estudo de caso
Tatiana Nunes Oliveira1
Clarissa Goyatá de Assis2
Luciana Toledo Barros Von Kruger3
Maria Cristina Ramos Carvalho4
A busca da diminuição do consumo de fontes de energia não-renováveis tornou-se um desafio mundial. A iluminação natural está diretamente relacionada à economia dos demais tipos de energia utilizados na edificação, contribuindo para um projeto sustentável. Este estudo aborda a iluminação natural e artificial dos edifícios do Palácio do Governo e do Centro de Convivência do Centro Administrativo do Governo de Minas Gerais por meio de pesquisa de campo, análise de projetos e pesquisa bibliográfica. O projeto de iluminação natural e artificial do complexo foi planejado tendo como base os princípios de sustentabilidade, eficiência energética e economia de energia. Suas formas arquitetônicas e os tipos de material de revestimento utilizados permitem a entrada de luz natural por vários ângulos, maximizando suas potencialidades. Este trabalho discute a leitura do desempenho luminoso, a caracterização das condições ambientais in situ, a aplicação de estratégias, tecnologia e materiais que visam à melhoria da iluminação nessas edificações.
1 Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG. clefimalo@yahoo.com.br 2 Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG. www.clarissa@gmail.com 3 Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG. lulybarros@hotmail.com
4 Doutora, Grupo de Pesquisa em Arquitetura e Construção Sustentável, Departamento de Engenharia Civil, CEFET-MG. cristina.carvalho@civil.cefetmg.br
Palavras-chave: Iluminação Natural; Sustentabilidade; Centro Administrativo do Governo de Minas Gerais.
1 INTRODUÇÃO
Garantir um ambiente saudável para todos, no futuro, requer a redução do consumo de energia. Há 25 anos essa preocupação ambiental era denominada
responsabilidade energética. O desafio para as soluções ambientais, na Construção Civil e na Arquitetura, recebeu a denominação de Prédios Sustentáveis ou Green Building (TEORNEY, 1999).
Segundo Campari (2006), a Construção Sustentável faz uso de eco-materiais, além de promover soluções tecnológicas e inteligentes para o bom uso, a melhoria da qualidade e a economia de recursos como
Study project of natural and artificial lighting of the Administrative Center of Minas Gerais Government:
case study
The finding of decrease consumption of non-renewable energy sources has become a global challenge. The natural light is directly related to the economy of other energy’s types used in building contributing to a sustainable project. This study is an approach on the natural and artificial lighting of the Palace of Government building and Center for Living of the Administrative Center of the Minas Gerais Government through field research, design analysis and literature search. The natural and artificial lighting project of the complex was designed and based on the sustainability principles, efficiency energy and saving energy. Its architectural forms and coating material types are used to allow entry of natural light for various angles, maximizing their potential. This paper discusses the reading light performance, characterization of environmental conditions in situ, implementation strategies, technology and materials designed to improve the lighting in these buildings.
água, energia elétrica e ar. A construção sustentável difere da ecológica por ser produto da moderna sociedade tecnológica, utilizando ou não materiais naturais e produtos provenientes da reciclagem de resíduos gerados pelo seu próprio modo de vida.
O projeto de iluminação natural deve ser pensado sob aspectos de sustentabilidade e ser estudado na concepção do empreendimento, minimizando custos e gastos com recursos, criando ambientes mais humanos, sustentáveis e de desempenho econômico, comparado ao padrão de construção convencional. As práticas de iluminação natural demandam maior preocupação e devem ser ponto essencial a ser analisado no planejamento do projeto precedente à obra. De acordo com Santos (2001), a iluminação natural e a radiação solar constituem aspectos condicionantes para o conforto ambiental no interior dos edifícios, sendo o papel da iluminação natural proporcionar ambiente visual interior adequado.
Neste estudo, são adotados alguns termos técnicos que devem ser considerados:
Cool daylighting - estratégia de iluminação natural em
que a utilização de janelas possibilita maior entrada de luz do dia e ventilação natural.
Iluminância (E) - fluxo luminoso que incide sobre uma superfície situada a certa distância da fonte - expressa em lux (lx).
Intensidade luminosa (I) - é a intensidade do fluxo luminoso projetado em determinada direção - expressa em candelas (cd).
Fator de Luz do Dia (FLD) - quociente entre a iluminância num dado ponto e a iluminância exterior.
Para execução de um bom projeto luminotécnico devem ser observados alguns requisitos importantes que, muitas vezes, são negligenciados por projetistas de iluminação, tais como: funcionalidade do ambiente; boa visibilidade e conforto visual; sensações desejadas para o observador; planejamento adequado da luz natural; sistemas de iluminação eficientes (janelas, entradas de luz, lâmpadas, luminárias, etc.); cálculo luminotécnico da área estudada que orientará para a iluminância adequada e a eficiência energética.
A obra do Centro Administrativo do Governo do Estado de Minas Gerais foi o projeto escolhido para este estudo por se tratar de uma obra sustentável em sua concepção global. A obra foi projetada pelo arquiteto Oscar Niemeyer em uma área com cerca de 93 hectares. Está localizada na Regional de Venda Nova, ao norte do município de Belo Horizonte, junto à divisa com os municípios de Vespasiano e Santa Luzia. Sua construção tem como objetivo aumentar a eficiência na prestação dos serviços públicos, pois todas as secretarias estarão localizadas em dois prédios, proporcionando mais agilidade, qualidade dos diversos serviços e economia para o governo.
A cidade administrativa é composta de seis prédios: um para o Palácio do Governo; duas torres de 15 andares para as Secretarias de Estado e demais órgãos; um auditório para 540 pessoas, um Centro de
Convivência, com lojas e restaurantes, e um prédio de serviços. Além disso, serão construídos estacionamentos, gramados, um lago entre os prédios e áreas verdes naturais para conservação de nascentes. A obra da cidade administrativa pode ser considerada um marco do ponto de vista da arquitetura e engenharia, pois impressiona pelo tamanho, pela forma e pela velocidade com que está sendo construída.
São aqui analisadas, como estudo de caso, a iluminação natural e artificial dos edifícios do Palácio do Governo e do Centro de Convivência, tendo como base conceitos atuais de sustentabilidade.
2 CONDIÇÕES AMBIENTAIS DE ILUMINAÇÃO NATURAL
A luz natural sempre representou papel importante na história da arquitetura, tanto do ponto de vista estético e simbólico, quanto em relação ao conforto e à iluminação funcional. A busca da iluminação natural foi valorizada durante a Revolução Industrial, quando as inovações tecnológicas demandavam implicações arquitetônicas, por exemplo, as novas técnicas para a produção de vidro. Mesmo em projetos de edifícios, para responder ao problema da economia de energia, a iluminação natural era muitas vezes o aspecto mais negligenciado do projeto. A utilização da luz natural nos edifícios sempre foi fonte de inspiração para os projetistas; nesse sentido, a iluminação natural sempre fez parte, ainda que implicitamente, do processo de projeto. (BAKER et al., 1993; LAMBERTS et al., 1996).
Edifícios bem-iluminados podem aumentar o desempenho humano, aumentando a produtividade e a permanência das pessoas no ambiente. A luz do dia em si não aumenta o desempenho humano. O sentimento de transparência para o exterior transmite a sensação de conforto e bem-estar ao usuário, física e psicologicamente. (Figura 1).
Figura 1: Combinação de transparência com luz solar. Fonte: Electronics and Telecommunications Research institute of Korea Copyright 1994 LightForms LLC, All Rights Reserved.
As pessoas precisam estar conectadas a ritmos e mudanças com o mundo exterior, dentro dos limites de conforto térmico e visual. Práticas de iluminação
natural devem ser usadas para assegurar o controle dos reflexos e a qualidade da iluminância. Nesses edifícios, as pessoas podem ter relação direta com o meio ambiente externo, ou seja, o Sol, o céu, observando as condições meteorológicas enquanto trabalham no interior da edificação. A sensação de tempo como manhã, tarde e noite definida traz certo conforto durante o período de trabalho. A construção de elementos com transparências permite que as pessoas tenham uma ligação com o ambiente externo.
A iluminação pode gerar aumento ou redução do conforto humano, da saúde e do desempenho. Os enormes custos econômicos e ambientais no trabalho, acrescidos do aumento do uso de computadores em escritórios, exigem precisão e controle da luz para fornecer melhor qualidade ambiental, livre de reflexos e ofuscamentos luminosos. As fontes de luz exteriores devem ser cuidadosamente controladas, dentro de limites prescritos, para não causarem ofuscamento. Estratégias de sombreamento, tipos de vidros, tratamentos de janelas e toda a superfície resultante que fornece brilho devem ser escolhidas e planejadas ao mesmo tempo, durante a concepção do projeto, para fornecer uma iluminação de qualidade.
3 ESTRATÉGIAS PARA UM PROJETO DE ILUMINAÇÃO EFICIENTE
Um edifício de alto desempenho é aquele que atende aos objetivos do projeto, maximiza o conforto e a produtividade do ocupante, eleva o valor do imóvel e possibilita rendimento da eficiência energética durante sua vida útil, reduzindo custos operacionais. As recomendações das normas referentes à avaliação das condições de iluminação natural e artificial nos edifícios resumem-se na verificação dos valores das iluminâncias (ou do FLD) em determinados pontos do plano de trabalho. Porém, o conhecimento desses valores só será possível após o planejamento do layout. Isso também é insuficiente para uma caracterização completa das condições de iluminação dos espaços interiores. Não é raro encontrar ambientes em que os usuários manifestam desagrado face às condições de iluminação. Frequentemente, são detectados problemas relacionados a aspectos específicos de qualidade, e não de quantidade da iluminação ambiente. A existência de valores adequados das iluminâncias no plano de trabalho é condição necessária para uma iluminação adequada, mas não é condição suficiente.
De acordo com Amorim (2007), um bom projeto deve considerar aspectos relativos à inserção climática e ao uso da luz natural, em que a eficiência energética e a qualidade ambiental são aspectos indispensáveis à arquitetura atual. Algumas estratégias
podem ser adotadas para a realização de um projeto de iluminação natural e artificial eficiente em edifícios, como, por exemplo: planejamento e execução da iluminação natural; sistemas de vidro, iluminação, sombreamento e controle devidamente especificados; estudo da quantidade de luz natural necessária para minimizar o custo com iluminação elétrica; utilização de revestimentos translúcidos; instalação de controles, timers e sensores de iluminação visando à redução de custos com energia elétrica. Por fim, deve-se avaliar a viabilidade da iluminação natural para cada ambiente do edifício, sendo que a relação custo x eficiência da iluminação natural pode variar de acordo com a orientação das fachadas.
As interações entre a fachada do edifício, que admite calor e luz, com o sistema de iluminação elétrica podem resultar em um edifício desconfortável e ineficiente, o que é caro e difícil de reparar.
4 ESTUDO DA ILUMINAÇÃO NATURAL DO PALÁCIO DO GOVERNO DO CENTRO ADMINISTRATIVO DO ESTADO DE MINAS GERAIS
O Palácio do Governo possui o maior vão livre do mundo, com extensão de 150 m de comprimento e 20 m de largura. Sua estrutura em concreto armado revestida de vidro é constituída de quatro pavimentos suspensos por 30 cabos de aço revestidos de concreto, presos a um pórtico e erguido com 4 mil m³ de concreto. A estrutura do pórtico é composta por quatro colunas e a cobertura. Esse bloco envidraçado de 147,5 metros de comprimento por 17,2 metros de largura fica suspenso a 5,7 metros do solo. A Figura 1 apresenta uma ilustração obtida através de simulação eletrônica tridimensional do prédio.
Figura 2: Simulação em 3D da Fachada do Palácio do Governo. Fonte: EIA/RIMA (2006).
O edifício destinado ao Palácio do Governo possui sete pavimentos, sendo eles: subsolo, pilotis, quatro pavimentos tipo e cobertura. O subsolo é destinado a estacionamento, acessos, apoio, circulação
de funcionários. O vão livre do pilotis dá acesso aos elevadores e ao heliporto. O primeiro pavimento comporta o salão de exposições, a biblioteca e o restaurante. Os outros pavimentos são destinados respectivamente à administração e ao comando da Polícia Militar de Minas Gerais; gabinete do vice-governador e administração; gabinete do governador e defesa civil. A cobertura abriga a área técnica.
Visando a obter uma boa eficiência energética, foram realizados estudos da iluminação natural, controle dos reflexos e ganhos de calor para proporcionar um ambiente interno agradável aos usuários do Palácio do Governo.
O projeto da edificação apresenta características importantes para a valorização do uso adequado da iluminação natural, tais como: maximização do vão da janela e, consequentemente, da zona iluminada;
espaços internos com janelas em ambos os lados, proporcionando melhor distribuição da iluminação natural; janelas contínuas, proporcionando intensidade luminosa uniforme; necessidade de controle dos reflexos, sombreamentos e ganhos de calor devido aos grandes vãos de janela.
As fachadas de maior área são implantadas na orientação leste/oeste. De acordo com Berkeley (1999), essa não é a orientação ideal por ocasionar maior ganho de calor e claridade. Assim sendo, serão utilizadas esquadrias com vidros especiais de alta tecnologia. Como as esquadrias corresponderão a cerca de 100% do revestimento da fachada, o tipo de vidro utilizado é de extrema importância e foi escolhido baseando-se nessa premissa. Ao longo das fachadas são verificados diferentes tipos de vidros no que se refere à coloração e à espessura, como se observa na tabela 1 a seguir:
TABELA 1:
TABELA DE DETALHAMENTO DO VIDRO. FONTE: ARQUIVOS DO CENTRO ADMINISTRATIVO.
É importante que a definição do tamanho das janelas e a escolha dos vidros aconteçam ao mesmo tempo. Quanto maior a superfície do vidro, menor será a transmissão de visibilidade. O vidro claro é utilizado para obter o máximo de luz natural, e o vidro mais escuro, para controlar os reflexos. Por isso, foram escolhidos para a fachada do prédio do Palácio do Governo vidros duplos, sendo o vidro externo de coloração cinza e o interno, incolor. A especificação dos vidros foi realizada com base na orientação do edifício e de acordo com
a função de cada pavimento, considerando-se que a fachada e as esquadrias do prédio serão os ambientes de maior incidência solar. São utilizadas persianas internas e vidros blindados antivandalismo no pavimento do gabinete do governador e nas demais áreas de acesso restrito, oferecendo maior segurança. Mesmo tendo especificações diferentes, os vidros duplos possuem características térmicas, luminosas e energéticas em comum de extrema importância, como ilustrado nas Figuras 3 e 4.
5 ESTUDO DA ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL DO PRÉDIO DO CENTRO DE CONVIVÊNCIA DO CENTRO ADMINISTRATIVO DO GOVERNO DO ESTADO DE MINAS GERAIS
O Centro de Convivência é implantado entre os dois prédios de secretarias, em formato circular, seção em coroa e comporta serviços direcionados ao público externo, tais como atendimento ao cidadão, unidade do correio, lanchonete, banco, restaurante, entre outros. Toda a edificação conta com três pavimentos: subsolo, pavimento térreo e primeiro pavimento. O nível subsolo está assentado na cota -4,60m e possui galeria, área de instalações, sanitários e hall de elevadores. O último piso do edifício, nomeado primeiro pavimento, é acessado por elevadores e escadas, sendo que sua destinação é
Figura 3 – Características luminosas e energéticas.
Figura 4 – Características térmicas. Fonte: Catálogo de Produtos Glaverbell.
iluminação geral dos edifícios serão utilizadas apenas lâmpadas fluorescentes, que economizam maior quantidade de energia em comparação com lâmpadas incandescentes e halógenas. A luminária utilizada para os escritórios é do tipo comercial, de embutir, com corpo em chapa de aço tratado e pintado na cor branca. Possui refletor parabólico em alumínio anodizado de alto brilho e retorno com rasgos para isulflamento de ar com lâmpada fluorescente tubular T5 de 28w e temperatura de cor de 4000k.
Para compensar o efeito de luz dura e chapada que a lâmpada fluorescente transmite ao ambiente, são utilizados recursos como sancas e rasgos para luz indireta, como mostra a Figura 7. A preocupação com a saúde e o conforto humano também é aparente no projeto. A temperatura de cor das lâmpadas varia de 2700k a 4000k, visando ao conforto visual para o observador. A iluminação geral do interior do prédio, como mostra o projeto luminotécnico do pavimento térreo na Figura 9, especifica luminárias cilíndricas de embutir, com vidro para lâmpada fluorescente compacta de 18 e 26w e lâmpada fluorescente tubular T8 de 32w. Nas escadas e acessos à cobertura são utilizadas arandelas e balizas para lâmpada fluorescente.
Figura 7 – Planta luminotécnica do Centro de Convivência. Primeiro pavimento. Fonte: Arquivos do Centro Administrativo.
Alguns pontos recebem iluminação de destaque, como o térreo, o subsolo e a fachada do prédio. O térreo é o único pavimento do prédio em que é utilizada a tecnologia de led com sistema linear na cor azul, fazendo o fechamento circular de forma radial de toda a extremidade da circulação, como mostra a Figura 8. exclusiva para comércio e unidades de apoio. O acesso de
funcionários poderá ser realizado por meio de corredores subterrâneos que interligam todo o complexo.
Assim como o Palácio do Governo, o Centro de Convivência tem toda a fachada e a cobertura revestidas em vidro para captar a luz natural, como uma grande luminária refletindo a luz internamente, como ilustra a Figura 5.
Figura 5 – Fachadas do Centro de Convivência. Fonte: Arquivos do Centro Administrativo.
O projeto desse prédio foi planejado para utilizar pouca iluminação artificial durante o dia, sendo mais necessária em dias nublados, reduzindo gastos na energia elétrica, como mostra a Figura 6.
Figura 6 – Planta luminotécnica do Centro de Convivência. Cobertura. Fonte: Arquivos do Centro Administrativo.
O revestimento de vidro transmite a luz e o acabamento na cor fumê ajuda a controlar a emissão de calor e reflexos ao ambiente interno. Os sistemas de vidro, iluminação e sombreamento foram criteriosamente especificados.
O projeto de iluminação artificial de todo o complexo foi idealizado pela equipe do lighting designer Peter Gasper, seguindo uma tendência sustentável. Na
Figura 8 – Planta luminotécnica do Centro de Convivência. Térreo. Fonte: Arquivos do Centro Administrativo.
O subsolo, mostrado na Figura 9, recebe destaque no jardim central, com iluminação focada no pilar central, utilizando projetor para lâmpada vapor metálico de 70w e iluminação valorizando as plantas. Já a fachada comporta projetores para lâmpada vapor metálico de 150w ao redor de toda a seção circular, com efeito wall washer, pintando as paredes de vidro com luz.
Figura 9 – Planta luminotécnica do Centro de Convivência. Subsolo. Fonte: Arquivos do Centro Administrativo.
6 CONCLUSÃO
A tipologia arquitetônica, o sistema de iluminação e os tipos de materiais de revestimento utilizados nos prédios do Palácio do Governo e do Centro de Convivência permitem a entrada de luz natural por vários ângulos. Embora o Palácio do Governo tenha uma implantação considerada desfavorável, leste-oeste, o projeto de iluminação do prédio permite que se faça uso de iluminação natural útil e adequada, uma vez que são utilizados recursos para anular os possíveis pontos negativos e favorecer os positivos. O uso de esquadrias de vidro com alta tecnologia eleva o custo de investimento inicial da obra, porém, ao longo da vida útil, a consequente eficiência energética resultará em economia para a edificação.
O projeto luminotécnico do Centro de Convivência, apesar de ser considerado sustentável devido à utilização de luminárias fluorescentes como luz geral, utilizou, também, grande quantidade de luminárias circulares compactas pouco eficientes, elevando o consumo de energia. Itens como sustentabilidade, eficiência energética e economia de energia foram considerados nos projetos de iluminação dos prédios do Palácio do Governo e do Centro de Convivência do Centro Administrativo de Minas Gerais, maximizando as potencialidades da iluminação natural e artificial.
7 AGRADECIMENTOS
Maria Gilda Alves Costa Martins - Arquiteta
Priscilla de Freitas Val Machado - Engenheira Ambiental CEFET-MG, pela oportunidade e pelas bolsas de estudo concedidas.
CODEMIG - Companhia de Desenvolvimento Econômico LUME - Estratégia Ambiental
8 REFERÊNCIAS
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LUME-ESTRATÉGIA AMBIENTAL LTDA. Relatório para
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