Iluminação natural zenital em quadras poliesportivas : análise de diferentes sistemas em Florianópolis/SC

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Kaila Bissolotti

ILUMINAÇÃO NATURAL ZENITAL EM QUADRAS POLIESPORTIVAS: ANÁLISE DE DIFERENTES SISTEMAS

EM FLORIANÓPOLIS / SC

Dissertação submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como requisito exigido pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil para obtenção do Título de MESTRE em Engenharia Civil. Orientador: Prof. PhD Fernando Oscar Ruttkay Pereira.

Florianópolis 2019

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Bissolotti, Kaila

Iluminação natural zenital em quadras

poliesportivas : análise de diferentes sistemas em Florianópolis/SC / Kaila Bissolotti ; orientador, Fernando Oscar Ruttkay Pereira, 2019.

271 p.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2019. Inclui referências.

1. Engenharia Civil. 2. Luz natural. 3. Sistema zenital. 4. Quadra poliesportiva. 5. Ofuscamento. I. Pereira, Fernando Oscar Ruttkay. II.

Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. III. Título.

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Kaila Bissolotti

ILUMINAÇÃO NATURAL ZENITAL EM QUADRAS POLIESPORTIVAS: ANÁLISE DE DIFERENTES SISTEMAS

EM FLORIANÓPOLIS / SC

Esta Dissertação foi julgada adequada para obtenção do título de “Mestre em Engenharia Civil” e aprovada em sua forma final pelo

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

Florianópolis, 05 de abril de 2019.

________________________ Prof. Roberto Lamberts, Dr. Coordenador pro tempore PPGEC/UFSC

_______________________________

Prof. Fernando Oscar Ruttkay Pereira, PhD (Orientador) Universidade Federal de Santa Catarina

Banca Examinadora:

_______________________________ Prof. Roberto Lamberts, Dr Universidade Federal de Santa Catarina

_______________________________ Prof. Veridiana Atanasio Scalco, Dra Universidade Federal de Santa Catarina

_______________________________

Prof. Roberta Vieira Gonçalves de Souza, Dra (videoconferência) Universidade Federal de Minas Gerais

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Este trabalho é dedicado aos meus queridos pais, em especial a memória do meu amado pai que pôde estar e comemorar comigo o início dessa trajetória.

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AGRADECIMENTOS

À minha mãe, Idione, pelo amor incondicional, pelos incentivos diários, por entender a minha ausência e por acreditar tanto em mim;

À minha irmã, Katielen, pelo exemplo, pelo amor e pelo encorajamento em sempre ir mais longe;

Ao meu recém-nascido sobrinho Théo, por ascender minhas forças na reta final;

Ao meu orientador, Prof. Fernando O. R. Pereira, por compartilhar seu vasto conhecimento comigo, por toda paciência, pelos importantes conselhos e por todo apoio do início ao fim;

A todos os professores que estive em contato ao longo dos últimos anos, por todo conhecimento compartilhado;

À Gabriela Goedert, por acreditar em mim desde o primeiro momento em que decidi começar essa jornada, por toda ajuda, por todos os conselhos, pelo enorme carinho e incentivo;

À Luciana Motta, por toda ajuda, pelo enorme carinho e pela parceria inexplicável;

À Raquel Sousa, por todo incentivo, suporte e ajuda nas correções; À Franciele Almeida, pelo incrível e fundamental apoio ao longo do último ano;

Aos amigos do Labcon, pelos aprendizados e companheirismo, pelos momentos de descontração e por terem tornado tudo mais leve;

A todos os queridos amigos e amigas que estiveram por perto; À CAPES pela bolsa de estudos, que tornou tudo isso possível.

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“Mesmo um espaço destinado a ser escuro deve receber luz suficiente através de alguma abertura misteriosa para nos dizer o quão escuro ele realmente é.”

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RESUMO

O projeto arquitetônico é a principal forma de prever o controle da qualidade e quantidade de luz natural. Esta, quando bem controlada, pode proporcionar os níveis adequados de iluminação, a correta reprodução das cores, distribuição espectral, economia de energia e inúmeros benefícios biológicos, fisiológicos e psicológicos aos usuários. Potencializar o seu uso é desejável, mas deve ser feito com precaução. Em quadras poliesportivas fechadas, devido às grandes dimensões, os projetos requerem uma preocupação especial para manter níveis homogêneos de iluminância por todo espaço, evitando ofuscamentos, altos contrastes, reflexões ou perda de visibilidade momentânea ao usuário. Além disso, a complexidade também está na grande variabilidade de direções e atividades visuais, além da existência de mais de uma modalidade esportiva em uma mesma instalação. Essa pesquisa objetivou avaliar o aproveitamento da luz natural em quadras poliesportivas fechadas em Florianópolis (SC) com base na disponibilidade da luz e na probabilidade de ocorrência de perturbações visuais nos usuários, através de três sistemas zenitais: claraboias, sheds e lanternins. As análises ocorreram por meio de simulação computacional de três etapas de avaliação: das medidas dinâmicas de sUDI[300-2.000lux,50%h] (Spatial Useful Daylight Illuminances), ASE[1.000lux,250h] (Annual Sunlight Exposure) e do índice DGP (Daylight Glare Probability) com a ferramenta Annual Glare. Através da ponderação dos resultados encontrados foi possível concluir que dos duzentos sistemas zenitais avaliados, trinta e seis sistemas atenderam aos critérios de análise estabelecidos neste estudo, onde o sistema zenital lanternim foi o que obteve os melhores resultados.

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ABSTRACT

Architectural design is the main contributing factor to predict daylighting quantity and quality control of buildings. When well conducted, can provide appropriate lighting, balanced spectrum and distribution colors, energy savings and biological, physiological and psychological benefits to users. Increase its use is desirable, but it must be carefully done. In sports facilities, due to the large surfaces, the design takes special cares to maintain homogeneous levels of illuminance throughout the space, avoiding excessive glare, high contrasts, reflections or momentary vision loss to users. In addition, there is also a large variability of visual activities and directions, as well as sports type in the same facility. The objective of this research was to evaluate daylight in sport halls in Florianópolis (SC) based on daylight availability and the daylight glare probability in users, through three toplighting systems: skylights, saw tooth and monitors. Analyzes was performed with computer simulation in three evaluation phases: dynamic measurements of sUDI [300-2000lux, 50% h] (Spatial Useful Daylight Illuminances), ASE [1.000lux, 250h] (Annual Sunlight Exposure) and DGP index (Daylight Glare Probability) with Annual Glare tool. By considering the results found, it was possible conclude the two hundred toplighting systems evaluated, thirty six met the analysis criteria established, where the monitors system was the one obtained the best results.

Keywords: daylighting, skylight system, computational simulation, sports facilities.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Instalações desportivas nas escolas municipais em 2016... 28

Figura 2 – Instalações desportivas nas escolas estaduais em 2016. ... 29

Figura 3 - Ginásio Saul Oliveira em Capoeiras em Florianópolis, SC. . 30

Figura 4 - Quadra do Colégio Catarinense em Florianópolis, SC. ... 30

Figura 5 – Esquema da estrutura global da pesquisa. ... 33

Figura 6 – Campo visual binocular. ... 37

Figura 7 – Tipologias convencionais de zenitais, onde a abertura útil é representada pela dimensão ‘d. ... 41

Figura 8 – Mapa de iluminância com Daylight Autonomy (DA) para planos horizontais (a) e verticais (b). ... 44

Figura 9 – Resultados gráficos de UDI ... 45

Figura 10 – Mapas de iluminâncias de DA e UDI. ... 46

Figura 11 – Resultado de Annual Sunlight Exposure. ... 47

Figura 12 – Resultado de Annual Glare do plugin Diva for Rhino. ... 49

Figura 13 – Resultados de DA de um ginásio em Syracuse (USA). ... 57

Figura 14 – Resultado comparativo das avaliações de brilho. ... 58

Figura 15 - Esquema geral dos procedimentos metodológicos. ... 62

Figura 16 – Modelo-base com os sistemas zenitais e o mesmo fator de abertura ... 66

Figura 17 – Critérios de variação para cada sistema zenital. ... 67

Figura 18 – Referência de distribuição das claraboias para o cálculo do fator de abertura. ... 68

Figura 19 - Critérios de variação por disposição, quantidade e fator de abertura. ... 69

Figura 20 – Síntese esquemática das etapas de avaliação ... 73

Figura 21 – Planta baixa do modelo-base de quadra poliesportiva. ... 82

Figura 22 – Corte esquemático modelo-base de quadra poliesportiva .. 83

Figura 23 – Modelo-base tridimensional de quadra poliesportiva. ... 83

Figura 24 – Pontos de análise de luminâncias. ... 85

Figura 25 – Corte esquemático com pontos de análise de luminâncias. 85 Figura 26 – Visualização tridimensional representativa das direções visuais de cada posição de análise. ... 86

Figura 27 – Representação da orientação geográfica dos sistemas. ... 88

Figura 28 – Resultado gráfico de iluminâncias de F4.3-Z1-L1-NS ... 90

Figura 29 – Resultado gráfico de UDI(300-2.000lux,50%h) e corte esquemático: ... 92

Figura 30 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T3.1-N... 96

Figura 31 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T4.1-N... 97

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Figura 33 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T3.1-S ... 98

Figura 37 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T4.2-S .... 100

Figura 38 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T5.2-S .... 100

Figura 39 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T3.1-L .... 101

Figura 45 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z2-T3.1-O ... 103

Figura 51 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-L2-LO .... 106

Figura 52 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T3.1-NS . 107 Figura 53 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T4.1-NS . 107 Figura 54 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T3.2-NS . 108 Figura 55 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T4.2-NS . 108 Figura 56 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T5.2-NS . 109 Figura 57 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-L1-NS .... 109

Figura 58 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-L2-NS .... 110

Figura 59 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T3.1-LO . 110 Figura 60 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T4.1-LO . 110 Figura 61 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T5.1-LO . 111 Figura 62 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T3.2-LO . 111 Figura 63 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T4.2-LO . 111 Figura 64 – Resultado gráfico de iluminâncias de F8.6-Z3-T5.2-LO . 112 Figura 65 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z2-T3.1-L .. 115

Figura 66 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z2-T4.1-L .. 115

Figura 67 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z2-T5.1-L .. 115

Figura 68 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z2-T3.1-S .. 116

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Figura 74 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-L1-LO .. 120 Figura 75 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-L2-LO .. 121 Figura 76 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T3.1-NS 121 Figura 77 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T4.1-NS 122 Figura 78 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T5.1-NS 122 Figura 79 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T3.2-NS 123 Figura 80 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T4.2-NS 123 Figura 81 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T5.2-NS 124 Figura 82 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-L1-NS .. 124 Figura 83 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-L2-NS .. 125 Figura 84 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T3.1-LO 125 Figura 85 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T4.1-LO 125 Figura 86 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T5.1-LO 126 Figura 87 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T3.2-LO 126 Figura 88 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T4.2-LO 126 Figura 89 – Resultado gráfico de iluminâncias de F12.9-Z3-T5.2-LO 127 Figura 90 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T3.1-S .. 130 Figura 91 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T4.1-S .. 130 Figura 92 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T5.1-S .. 131 Figura 93 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T3.2-S .. 131 Figura 94 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T4.2-S .. 132 Figura 95 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z2-T5.2-S .. 132 Figura 96 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z3-L1-LO .. 134 Figura 97 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z3-L2-LO .. 135 Figura 98 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z3-T3.1-NS 135 Figura 99 – Resultado gráfico de iluminâncias de F17.2-Z3-T4.1-NS 136 Figura 100 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T5.1-NS .. 136 Figura 101 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T3.2-NS .. 137 Figura 102 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T4.2-NS .. 137 Figura 103 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T5.2-NS .. 138 Figura 104 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-L1-NS ... 138 Figura 105 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-L2-NS ... 139 Figura 106 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T3.1-LO .. 139 Figura 107 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T4.1-LO .. 139 Figura 108 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T5.1-LO .. 140 Figura 109 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T3.2-LO .. 140 Figura 110 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T4.2-LO .. 140 Figura 111 – Resultado gráfico de iluminâncias F17.2-Z3-T5.2-LO .. 141 Figura 112 – Pontos de análise de luminâncias. ... 144 Figura 113 – Resultados de Annual Glare de F4.3-Z1-L1-NS ... 144 Figura 114 – Resultados de Annual Glare de F4.3-Z2-T3.2-N ... 148

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Figura 115 – Resultados de Annual Glare de F8.6-Z2-T3.1-N... 152

Figura 116 – Resultados de Annual Glare de F8.6-Z2-T3.1-L ... 154

Figura 118 – Resultados de Annual Glare de F8.6-Z2-T3.1-O... 161

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Classificação da prática de atividades por faixa etária. ... 27 Tabela 2 – Análise subjetiva da relação ofuscamento e índice DGP. ... 48 Tabela 3 – Recomendações de Iluminância para Esportes pela IES. .... 51 Tabela 4 – Recomendações de Iluminância para Esportes pela CIBSE.52 Tabela 5 – Índice de brilho pela CIBSE. ... 53 Tabela 6 - Recomendações de Iluminância para Esportes pela CIBSE. 53 Tabela 7 - Recomendações para Construções Educacionais da ABNT 54 Tabela 8 – Cálculo de referência dos fatores de abertura. ... 68 Tabela 9 – Parâmetros Radiance para simulações de iluminâncias. ... 71 Tabela 10 - Parâmetros do Radiance para simulações de luminâncias. 72 Tabela 11 – Esquema de desenvolvimento dos objetivos. ... 74 Tabela 12 – Resultado do levantamento de padrões construtivos das quadras poliesportivas fechadas de Florianópolis, SC. ... 78 Tabela 13 – Características padrões adotadas para o modelo-base. ... 84 Tabela 14 – Resultados das CLARABOIAS fator de abertura 4,3%. ... 89 Tabela 15 – Resultados dos SHEDS fator de abertura 4,3%. ... 91 Tabela 16 – Resultados dos LANTERNINS fator de abertura 4,3%. ... 93 Tabela 17 – Resultados das CLARABOIAS fator de abertura 8,6%. ... 94 Tabela 18 – Resultados dos SHEDS fator de abertura 8,6%. ... 95 Tabela 19 - Resultados dos LANTERNINS fator de abertura 8,6%. .. 105 Tabela 20 – Resultados das CLARABOIAS fator de abertura 12,9%. 112 Tabela 21 - Resultados dos SHEDS fator de abertura 12,9%. ... 114 Tabela 22 – Resultados dos LANTERNINS fator de abertura 12,9%. 119 Tabela 23 – Resultados das CLARABOIAS fator de abertura 17,2%. 128 Tabela 24 – Resultados dos SHEDS fator de abertura 17,2%. ... 129 Tabela 25 - Resultados dos LANTERNINS fator de abertura de 17,2%. ... 133 Tabela 26 – Relação de sistemas satisfatórios quanto às etapas de avaliação de iluminâncias. ... 141 Tabela 27 – Relação de sistemas satisfatórios. ... 210

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

A’ Altura

ANSI American National Standards Institute ASE Annual Sunlight Exposure

B’ Beiral

CBDM Climate-based Daylight Modelling

CBFS Confederação Brasileira de Futebol de Salão

CIBSE Chartered Institution of Building Services Engineers

CIE International Commission of Illumination

CGI CIE Glare Index

DA Daylight Autonomy

DGP Daylight Glare Probability EPE Empresa de Pesquisa Energética

GR Glare Ratio

HDR High Dynamic Range

IES Illuminating Engineering Society

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IWEC International Weather for Energy Calculations

L’ Largura

Longit. Longitudinal

sDA Spatial Daylight Autonomy SLL Society of Light and Lighting sUDI Spatial Useful Daylight Illuminances

SWERA Solar and Wind Energy Resource Assessment Transv. Transversal

UDI Useful Daylight Illuminances UGRL CIE Unified Glare Rating Limit

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 25

1.1 PROBLEMÁTICA ... 26

1.2 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DO ESTUDO ... 27

1.3 OBJETIVOS ... 31 1.3.1 Objetivo Geral ... 31 1.3.2 Objetivos Específicos ... 32 1.4 ESTRUTURA DA PESQUISA ... 32

2. REFERENCIAL TEÓRICO ... 35

2.1 IMPORTÂNCIA DA LUZ NATURAL E DO PROJETO

ARQUITETÔNICO DE EDIFICAÇÕES DESPORTIVAS ... 35

2.2 O SISTEMA VISUAL HUMANO PARA ALVOS DINÂMICOS

37

2.3 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL ... 39

2.3.1 Sistemas Zenitais ... 40

2.4 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA LUZ NATURAL ... 42

2.4.1 Medidas de Avaliação ... 43 2.4.1.1 Medidas de Iluminâncias ... 43 2.4.1.2 Medidas de Luminâncias ... 47

2.4.2 Normativas e Recomendações Técnicas Existentes ... 49

2.4.3 Ferramentas computacionais ... 54

2.5 ESTUDOS RELACIONADOS COM AMBIENTES ESPORTIVOS

55

2.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 58

3. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ... 61

3.1 IDENTIFICAÇÃO DE PADRÕES CONSTRUTIVOS ... 63

3.2 DEFINIÇÃO E CRIAÇÃO DO MODELO-BASE... 64

3.2.1 Modelo-base tridimensional ... 64 3.2.2 Características dos materiais internos – Refletâncias ... 64

3.3 DEFINIÇÃO DAS DIRETRIZES PARA SIMULAÇÃO

COMPUTACIONAL ... 65 3.3.1 Localização e Orientação geográfica... 65 3.3.2 Sistemas Zenitais ... 65 3.3.3 Parâmetros de Avaliação ... 70 3.3.3.1 Medidas dinâmicas de Iluminâncias ... 70 3.3.3.2 Distribuição das Luminâncias ... 72 3.4 SÍNTESE METODOLÓGICA... 74

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4.1 PADRÕES CONSTRUTIVOS ... 77

4.2 MODELO-BASE TRIDIMENSIONAL ... 82

4.3 PONTOS DE ANÁLISE DE LUMINÂNCIAS ... 84

4.4 MEDIDAS DE AVALIAÇÃO ... 87 4.4.1 Disponibilidade de luz natural: Iluminâncias ... 87 4.4.1.1 Fator de abertura 4,3% ... 88 4.4.1.2 Fator de abertura 8,6% ... 94 4.4.1.3 Fator de abertura 12,9% ... 112 4.4.1.4 Fator de abertura 17,2% ... 127 4.4.2 Avaliação de brilho: Luminâncias ... 141 4.4.2.1 Sistema claraboia F4.3-Z1-L1-NS ... 143 4.4.2.2 Sistema shed F4.3-Z2-T3.2-N ... 148 4.4.2.3 Sistema shed F8.6-Z2-T3.1-N ... 152

4.4.2.4 Sistemas sheds F8.6-Z2-T3.1-L e F8.6-Z2-T3.2-L ... 154

4.4.2.5 Sistemas sheds F8.6-Z2-T3.1-O e F8.6-Z2-T3.2-O ... 161

4.4.2.6 Sistema shed F8.6-Z2-T4.1-N ... 165

4.4.2.9 Sistema shed F8.6-Z2-T5.1-N ... 179

4.4.2.12 Sistema shed F12.9-Z2-T3.1-L ... 193 4.4.2.13 Sistema shed F12.9-Z2-T4.1-L ... 197 4.4.2.14 Sistema shed F12.9-Z2-T5.1-L ... 201

4.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS DOS RESULTADOS

ENCONTRADOS ... 204

5. CONCLUSÕES ... 207

5.1 Conclusões acerca dos procedimentos metodológicos ... 207 5.2 Sistemas e tipologias zenitais estudados ... 208 5.3 Considerações finais ... 211 5.3.1 Limitações da pesquisa ... 211 5.3.2 Sugestões para pesquisas futuras ... 212

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 213 APÊNDICE A ... 219

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1. INTRODUÇÃO

Até a década de 1940, a luz natural era a principal fonte de luz nas edificações, sendo complementada pelo sistema de iluminação artificial. Nos anos subsequentes, a eletricidade e a iluminação artificial passaram a transformar os ambientes atendendo a maioria dos requisitos de iluminação dos ocupantes (EDWARDS e TORCELLINI, 2002). No entanto, se a sua admissão for bem controlada, a luz natural pode proporcionar níveis adequados de iluminação para as mais variadas atividades humanas, além da correta reprodução do espectro da luz e temperatura das cores (DIDONÉ e PEREIRA, 2009; EDWARDS e TORCELLINI, 2002). A luz natural possui uma série de efeitos não visuais e que podem trazer inúmeros benefícios biológicos, fisiológicos e psicológicos aos usuários, desempenhando um papel essencial na regulação do ciclo circadiano do nosso organismo (ANDERSEN, 2015; BOYCE, HUNTER e HOWLETT, 2003). Este ciclo controla muitos aspectos fisiológicos, metabólicos e comportamentais, como a produção de alguns hormônios, níveis de melatonina, produção de urina, regulação da temperatura corporal, ciclos de sono, atividades do córtex, desempenho do organismo, entre outras funções (CZEISLER e GOOLEY, 2007; EDWARDS e TORCELLINI, 2002; BOYCE, 2014).

Os benefícios da iluminação natural se estendem, inclusive, na economia de energia elétrica. As recentes preocupações com o consumo de energia e o meio ambiente resgatam a importância da luz natural no desenho dos edifícios. As crises do setor energético têm demandado a adoção de novas e urgentes estratégias para reduzir significativamente o consumo das edificações, de forma a torná-las mais eficientes. Em 2016, o consumo de energia elétrica das edificações brasileiras correspondeu a 51,1% do consumo do país, sendo 25,5% somente nos setores comercial e público (EPE, 2017). Os sistemas de condicionamento de ar e de iluminação representam a maior parcela do consumo de energia elétrica destes setores (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 2014) evidenciando a importância da adoção de estratégias de iluminação natural e controle solar na redução do consumo energético (IHM, NEMRI e KRARTI, 2009).

A principal forma de prever o controle da qualidade e quantidade de luz natural dentro de uma edificação é pelo projeto arquitetônico. A forma, a orientação, o layout dos espaços internos, a localização e o tamanho das aberturas, o uso de dispositivos de sombreamentos fixos ou móveis e a escolha dos materiais podem impactar significativamente na admissão e distribuição da iluminação natural dentro da edificação

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(KWAN, 2009). Potencializar o seu uso integrado ao sistema de iluminação artificial é uma das importantes questões que devem ser pensadas nas primeiras fases do projeto de uma edificação.

Estas respostas arquitetônicas caminham paralelamente à preocupação com as condições de conforto visual dos ambientes, a fim de proporcionar melhoria da qualidade de vida e bem-estar dos usuários. Se bem aproveitada, a luz natural pode propiciar espaços visualmente confortáveis e as respostas visuais passam a ser influenciadas pela natureza dinâmica dessa fonte de luz. A característica primária da luz natural é a sua variabilidade em função da magnitude, do conteúdo espectral, das variações climáticas e das condições atmosféricas, além da posição solar e latitude em diferentes períodos do dia e do ano (ROCKCASTLE, AMUNDADOTTIR e ANDERSEN, 2016; BOYCE, 2014). Este dinamismo da luz natural ocasiona variações e intensidades que produzem diversas composições de luz e sombra dentro dos ambientes. Estes contrastes são importantes para melhorar a visibilidade e o desempenho das tarefas, pois permitem identificar com maior clareza a aparência dos elementos do campo visual e do seu entorno imediato, por meio da diferença de luminâncias (brilho) (PEREIRA e SOUZA, 2005). Estudos demonstraram que quando os valores de contraste de luminância são inferiores a 40%, o tempo de resposta de desempenho da tarefa aumenta, agravando a perda tanto da velocidade quanto da sua precisão de execução (REA, 1981 apud BOYCE, HUNTER e HOWLETT, 2003). Em contrapartida, valores muito elevados de contrastes de luminância podem produzir ofuscamentos ou reflexões desconfortáveis aos usuários (BOYCE, 2014). O conforto visual está também relacionado a diversas outras variáveis ambientais e padrões comportamentais ligados às percepções subjetivas de cada usuário.

Portanto, potencializar o uso da luz natural é desejável, mas deve ser feito com precaução, já que a luz natural em excesso ou mal distribuída pode gerar ganhos desnecessários de calor, excessos de brilho, perturbações visuais e perda de visibilidade ao usuário. (ANDERSEN, 2015; KHANIE, JIA, et al., 2015).

1.1 PROBLEMÁTICA

Para projetos de instalações desportivas, integrar a luz do dia é natural e eficiente do ponto de vista energético, mas tem tido enorme resistência pelos problemas causados pelo excesso de brilho, que é um subproduto de projetos de iluminação natural mal concebidos (CULLEY e PASCOE, 2009). Definir as variáveis da admissão de luz natural com

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precisão é uma das grandes dificuldades encontradas nos processos de avaliação dessa tipologia de ambiente, principalmente por se tratarem de parâmetros subjetivos e que variam com a necessidade do usuário de olhar em diferentes direções em momentos subsequentes. A preocupação em considerar o olhar de forma dinâmica se iniciou em estudos recentes com ambientes de trabalho, onde foi proposto um modelo de conforto visual adaptativo em que os usuários podem alterar a direção da visão para evitar desconforto, criando uma “zona de adaptação” (JAKUBIEC e REINHART, 2011). Nos estudos existentes até então, o usuário permanece estático e a direção do olhar é integrada pelos movimentos de rotação do corpo, da cabeça e dos olhos (KHANIE, et al., 2011, 2013, 2015 apud GOEDERT, 2017). Até o momento, faltam estudos que demonstrem a relação entre o movimento dos olhos e o contexto visual quando o usuário é dinâmico e permanece em constante movimento, como ocorre nos ambientes desportivos.

1.2 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DO ESTUDO

Um levantamento publicado em 2016 pelo Ministério do Esporte (BRASIL, 2016) indica que cerca de 54% da população brasileira praticou algum tipo de esporte ou atividade física no ano de 2013 e, destes, 61% foram realizados em algum tipo de instalação desportiva. O estudo também indicou e é interessante apontar que quase 50% dos brasileiros que praticaram esportes ou atividades em instalações desportivas o fizeram em instituições públicas ou de acesso gratuito. Este mesmo estudo trouxe um panorama geral por faixa etária (Tabela 1) com a porcentagem de desportistas e usuários ativos, que praticaram qualquer tipo de atividade física.

Tabela 1 - Classificação da prática de atividades por faixa etária. Faixa etária 15-19 20-24 25-34 35-44 45-54 55-64 65-74 Total (%) Esportivo (%) 44,9 38,6 31,7 22,2 16,4 9,6 5,1 25,6 Ativo (%) 22,4 23,3 27,6 31,3 30,1 33,9 30,5 28,5 Total (%) 67,3 61,9 59,3 53,5 46,5 43,5 35,6 54,1 Sedentário (%) 32,7 38,1 40,7 46,4 53,5 56,5 64,4 45,9

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Os resultados evidenciam que existe uma maior participação dos jovens em atividades desportivas e que esta participação decresce com o aumento da idade. Este índice, relativamente expressivo entre jovens e adolescentes, demonstra que é latente a influência da escola com relação à prática esportiva e à promoção da continuidade do usuário no âmbito desportivo. É expressivo também o número de instalações deste tipo no Brasil: em 2016, 96,4% dos municípios declararam a existência de instalações desportivas de propriedade da prefeitura, totalizando 41.641 instalações. Conforme demonstram as Figuras 1 e 2, deste total, 1.795 escolas das redes públicas estaduais possuem 2.017 instalações desportivas, das quais 67,7% (1.366) são ginásios. Além das escolas estaduais, nas 3.971 escolas das redes públicas municipais existem 4.190 instalações desportivas, das quais os ginásios representam 78,1% (3.270) (IBGE, 2017). Atualmente, a existência de quadras poliesportivas nas escolas públicas brasileiras não é obrigatória, no entanto, foi criado em 2016 o Projeto de Lei 6757/16 aprovado pela Comissão de Educação da Câmara de Deputados que segue em processo de análise pelas outras comissões, e determina a obrigatoriedade na construção de quadras poliesportivas em todos os novos estabelecimentos públicos de ensino fundamental e médio, indicando que esse índice tende a crescer cada vez mais.

Figura 1 – Instalações desportivas nas escolas municipais em 2016.

Fonte: IBGE (IBGE, 2017).

Ginásio 78,1% Campo de Futebol 14,6% Piscina 6,3% Pista de Atletismo1,0%

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Figura 2 – Instalações desportivas nas escolas estaduais em 2016.

Fonte: IBGE (IBGE, 2017).

Estes indicativos demonstram a relevância em avaliar o potencial uso da iluminação natural em quadras poliesportivas fechadas, tanto para a redução do consumo energético com iluminação artificial quanto para melhoria do conforto visual e térmico e do bem-estar dos desportistas. Contudo, para o caso de quadras poliesportivas, a complexidade está na grande variabilidade de direções de visão dos usuários para as distintas atividades visuais (espectadores, jogadores etc), além da possibilidade de prática de diversas modalidades esportivas (voleibol, basquetebol, futebol, handebol etc.) em uma mesma instalação. Durante partidas de voleibol ou basquetebol, por exemplo, os jogadores costumam olhar com maior frequência para o teto e para as laterais da quadra, enquanto em jogos de futebol, o olhar dos jogadores se mantém principalmente no nível do solo, o que evidencia a grande complexidade introduzida pela necessidade de o usuário olhar em diferentes direções em momentos subsequentes. Além disso, deve-se atentar também à qualidade visual dos espectadores, uma vez que a presença destes demonstra a existência de atividades visuais diferentes no mesmo ambiente. Devido a estes fatores e às grandes dimensões das instalações desportivas, os projetos de iluminação natural requerem uma preocupação especial para manter níveis homogêneos e adequados de iluminância por todo espaço evitando ofuscamentos, altos contrastes, reflexões ou perda de visibilidade momentânea (CULLEY e PASCOE, 2009).

Como exemplos dessas instalações na cidade de Florianópolis (SC), a Figura 3 ilustra o resultado insuficiente da iluminação natural

Ginásio 67,7% Campo de Futebol 21,7%

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proveniente das pequenas aberturas laterais próximas à cobertura, enquanto a Figura 4 demonstra a existência de reflexões nas superfícies internas decorrentes de suas aberturas zenitais e laterais.

Figura 3 - Ginásio Saul Oliveira em Capoeiras em Florianópolis, SC.

Fonte: Acervo pessoal.

Figura 4 - Quadra do Colégio Catarinense em Florianópolis, SC.

Fonte: Colégio Catarinense. Disponível em:

www.colegiocatarinense.g12.br, acessado em set/2017.

Neste contexto, cabe avaliar os diferentes sistemas para o melhor aproveitamento e distribuição uniforme da iluminação natural. Os sistemas de iluminação natural podem ser classificados resumidamente

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em laterais e zenitais (CABUS, 1997; PHILLIPS, 2004) e podem permitir a entrada de luz solar direta ou indireta, através de espaços de transição ou de combinações diversas (ROBBINS, 1986). A iluminação lateral costuma ser mais adequada a ambientes com atividades próximas às janelas e/ou ambientes pouco profundos (PHILLIPS, 2004). Por sua vez, a iluminação zenital fornece, em geral, uma maior uniformidade na distribuição da luz, além de captar três vezes mais luz da abóbada celeste quando comparada a sistemas laterais com a mesma área de abertura (ENERGY RESEARCH GROUP, 1994 apud CABUS, 1997). Tanto anual quanto diariamente, as aberturas zenitais recebem significativamente mais luz diurna do que as janelas verticais, e esta maior disponibilidade de luz permite que as aberturas possam ser menores, o que pode contribuir para a melhora na eficiência energética da edificação (IES, 2011). Portanto, com relação a espaços de grandes dimensões, inclusive em altura, a utilização da luz natural zenital é a estratégia de projeto mais adequada, por serem ambientes que exigem boa uniformidade e quantidade de luz. Além disso, para espaços amplos com iluminação zenital, não é conveniente utilizar iluminação lateral complementar, já que sua contribuição não é significativa para o nível final de uniformidade da iluminação. Outra justificativa é o fato da iluminação lateral estar presente na direção visual dos desportistas com maior frequência se comparado à iluminação zenital, podendo ocasionar maiores problemas de perturbação visual por contraste (CULLEY e PASCOE, 2009; CIBSE, 1999; VIANNA e GONÇALVES, 2001).

Contudo, até o momento poucos estudos aprofundam o comportamento da luz de sistemas zenitais correlacionados à ambientes desportivos. Deste modo, justifica-se a relevância de avaliar a influência de sistemas zenitais de iluminação natural na busca por respostas arquitetônicas que qualifiquem espaços destinados às práticas desportivas, evitando possíveis perturbações visuais aos usuários. De forma geral, a presente pesquisa busca responder à pergunta: qual o potencial dos sistemas zenitais de iluminação em quadras poliesportivas fechadas?

1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo Geral

Avaliar o aproveitamento da luz natural em quadras poliesportivas fechadas na cidade de Florianópolis (SC) com base na disponibilidade da

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luz e na probabilidade de ocorrência de perturbações visuais nos usuários, utilizando sistemas de iluminação zenitais.

1.3.2 Objetivos Específicos

o Levantar o contexto de quadras poliesportivas fechadas em Florianópolis (SC) a fim de identificar padrões construtivos; o Definir e criar um modelo-base tridimensional

representativo para simulação;

o Avaliar por meio de simulação computacional o comportamento luminoso de diferentes sistemas zenitais de iluminação natural com base na disponibilidade de luz determinada pela orientação e coordenadas geográficas (latitude e longitude);

o Avaliar por meio de simulação computacional os efeitos da distribuição das luminâncias e a probabilidade de ocorrência de perturbações visuais nos desportistas;

o Realizar análise combinada para caracterizar os padrões de sistemas zenitais de iluminação natural adequados à redução da probabilidade de ofuscamento e ao melhor aproveitamento da luz natural disponível.

1.4 ESTRUTURA DA PESQUISA

Esta pesquisa divide-se em cinco capítulos principais. O primeiro capítulo consiste em uma introdução geral contendo a justificativa, a relevância e os objetivos da proposta de estudo. Na sequência, o segundo capítulo apresenta os referenciais teóricos que serviram de embasamento para o desenvolvimento da pesquisa. O terceiro capítulo expõe a metodologia empregada no estudo, apresentando os procedimentos realizados e materiais utilizados. O quarto capítulo descreve os resultados encontrados e discussões pertinentes, e por fim, o quinto capítulo expõe as conclusões da pesquisa. A Figura 5 apresenta de forma esquemática a estrutura global desta pesquisa.

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2. REFERENCIAL TEÓRICO

Este capítulo apresenta a revisão bibliográfica utilizada como embasamento para pesquisa, abordando a importância da iluminação natural integrada ao projeto arquitetônico e abordando, ainda, o sistema visual, as tecnologias de medição, os estudos relacionados, as normativas existentes, entre outros temas.

2.1 IMPORTÂNCIA DA LUZ NATURAL E DO PROJETO ARQUITETÔNICO DE EDIFICAÇÕES DESPORTIVAS

A iluminação é reconhecida como um fator-chave na satisfação e na ergonomia dos ambientes (ANDERSEN, 2015). Uma boa iluminação, seja natural ou artificial, propicia aos usuários a visualização do ambiente, permitindo que as pessoas se movimentem com segurança e desempenhem tarefas visuais de maneira eficiente, precisa e segura, sem causar fadiga visual, desconforto ou perturbações visuais (ABNT NBR ISO/CIE 8995-1, 2013). No entanto, além dos benefícios visuais, o ser humano tem necessidades fisiológicas de exposição à luz natural e por isso precisa estar em ambientes que propiciem à promoção da saúde. Recentes pesquisas permitiram a compreensão dos efeitos não visuais da luz natural a partir da descoberta de um fotorreceptor nas células ganglionares do nosso olho contendo um pigmento sensível à luz chamado melanopsina, responsável por sincronizar nosso relógio circadiano interno1 _{(ANDERSEN, 2015). No organismo, os receptores}

que regulam este ciclo são mais sensíveis ao espectro visível de curto comprimento de onda, que são muito abundantes na luz do dia (IES, 2011). Além de regular nosso ciclo circadiano, a luz induz a uma série de respostas físicas e comportamentais diretas e não visuais, incluindo, entre outras, a produção hormonal, alerta e desempenho cognitivo

1_{Relógio circadiano é um ciclo constituído de 24 horas que caracteriza as} mudanças no comportamento dos seres vivos. É alicerçado de dias e noites regulares, onde o sono e a vigília são o ritmo circadiano mais evidente nos seres humanos (BOYCE, 2014). Os ritmos circadianos são conduzidos no hipotálamo anterior da região cerebral que funciona como relógio interno de cada indivíduo, onde o nível hormonal de melatonina passa a ser o indicador principal nos seres humanos. Os estímulos externos como a luz são capazes de colocar o ritmo circadiano em movimento e estimulam o sistema imunológico através da regulação da melatonina (ENGWALL, FRIDH, et al., 2015).

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(AMUNDADOTTIR, ROCKCASTLE, et al., 2017), tornando a luz natural um elemento essencial da vida saudável.

O uso da luz natural engloba, de uma forma geral, diversos aspectos qualitativos e quantitativos. Ela pode revelar experiências, relacionando o clima, o tempo, o lugar e a atividade; pode revelar formas, com a visualização dos materiais e das estruturas; revelar o espaço, por meio dos limites e orientações; como pode ainda carregar significados, sejam contemplativos, metafóricos ou simbólicos (MILLET, 1996). Sua relação direta com o clima permite uma variação em nível e composição espectral com o tempo, demonstrando ser imprescindível o conhecimento do clima local no estudo das variáveis de iluminação natural para um projeto de edificação desportiva. Deve ser considerado o modo e a quantidade das manifestações climáticas locais, a fim de explorar uma forma de obter o máximo conforto com o mínimo consumo de energia possível. Em países com enorme disponibilidade de luz natural, como o Brasil, o ingresso da luz deve ser equilibrado sabiamente e este recurso, muitas vezes, acaba sendo subutilizado ou utilizado de maneira equivocada, gerando problemas para os edifícios (AMORIM, 2002).

A admissão de luz natural nos ambientes internos deve ser analisada com base no trajeto da luz através das aberturas e no uso dos espaços. As características do espaço arquitetônico são importantes, pois impactam na forma como os ambientes são experimentados e nas percepções dos usuários com relação à luz do dia, tanto para os jogadores quanto para os espectadores. Enquanto a posição do sol está intrinsicamente ligada à latitude e ao tempo, o tipo de céu é sensível a condições climáticas e atmosféricas produzindo diversas composições de luz e sombra. A percepção destas diferenças de luminosidade, justapostas no espaço ou no tempo, é o que denominamos contraste (ABNT NBR 5461 TB-23, 1991), e se faz necessário para que o usuário seja capaz de diferenciar objetos estáticos ou em movimento e identificar a profundidade espacial de forma adequada (AMUNDADOTTIR, ROCKCASTLE, et al., 2017). Portanto, tanto o espaço como a condição do céu, têm efeitos significativos nas respostas de excitação e estimulação dos usuários, confirmando o vínculo existente entre as medidas quantitativas de contraste e as percepções humanas na composição da luz do dia e seus variados efeitos ao longo do tempo (ROCKCASTLE, AMUNDADOTTIR e ANDERSEN, 2016).

Em virtude da iluminação natural de um ambiente ser diretamente influenciada pelas variações externas, ela também deve ser pensada de forma integrada ao sistema de iluminação artificial, levando em conta os aspectos térmicos e garantindo os níveis adequados de conforto e

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qualidade visual e térmica aos usuários. Com o controle adequado, a iluminação natural pode reduzir o uso de energia em até 60%, levando a economia de custos e menores emissões de carbono.

Percebe-se, portanto, o importante papel da luz natural, do planejamento espacial e da adequada seleção dos materiais no projeto arquitetônico de edificações desportivas, que exige uma abordagem de desenho integrada para atender simultaneamente o conforto dos desportistas e dos espectadores, a qualidade da iluminação e a eficiência energética em uma gama de condições solares e climáticas.

2.2 O SISTEMA VISUAL HUMANO PARA ALVOS DINÂMICOS

Para que se possa perceber a luz e seus efeitos, o sistema visual de um ser humano é operado pelo trabalho conjunto dos olhos e do cérebro (BOYCE, 2014) captando e assimilando o campo visual existente. A extensão do campo visual humano pode ser dividida em duas porções: a monocular, através de um olho, e a binocular, através dos dois olhos. A sobreposição dos campos monoculares de cada olho forma o campo visual binocular com um ângulo central de 120º, representado pela área central branca da Figura 6. As porções laterais cinzas representam os campos visuais isolados de cada olho, direito ou esquerdo, e a porção preta representa o que não pode ser percebido, limitado pelas testa, face e nariz (ABNT NBR 15215-4, 2005).

Figura 6 – Campo visual binocular.

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Dentro desse campo de visão, o conforto visual de um usuário é afetado pela variação na distribuição das luminâncias (brilhos) na direção da visão. O brilho é o aspecto de percepção dos reflexos luminosos de objetos como se estivessem superpostos à superfície, devido às propriedades direcionais seletivas de cada uma delas (ABNT NBR 5461 TB-23, 1991). A correta distribuição dessas luminâncias no campo de visão é o que controla o nível de adaptação dos olhos e que afeta diretamente a visibilidade das tarefas. Uma adaptação bem balanceada é necessária para ampliar a acuidade visual2_{, a sensibilidade ao contraste}3

e a eficiência das funções oculares (ABNT NBR ISO/CIE 8995-1, 2013). Portanto, as luminâncias de todas as superfícies são importantes. Estas são determinadas pela refletância e pela iluminância – quantidade de luz por unidade de área que incide sobre elas. A iluminância deve alterar-se gradualmente fazendo com que a área de tarefa ou atividade se mantenha iluminada o mais uniformemente possível. Recomendações normativas (ABNT NBR ISO/CIE 8995-1, 2013) indicam que essa uniformidade não pode ser menor que 70% no plano de tarefa ou atividade e 50% no seu entorno imediato. Indicam também que as faixas de refletâncias úteis para as superfícies internas devem variar entre 0,6 e 0,9 para tetos; 0,3 e 0,8 para paredes, 0,2 e 0,6 para planos de trabalho e 0,1 e 0,5 para os pisos (IES, 2011). Convém então evitar luminâncias ou contrastes de luminâncias muito baixos, que podem resultar em ambientes sem estímulos ou tediosos, e muito altos, que podem causar fadiga visual devido à continua readaptação dos olhos ou levar ao ofuscamento (ABNT NBR ISO/CIE 8995-1, 2013). Ofuscamento é uma sensação visual produzida por áreas excessivamente brilhantes dentro do campo de visão (ABNT NBR 5461 TB-23, 1991) e pode ser classificado como desconfortável ou inabilitador. O ofuscamento desconfortável é aquele que causa apenas desconforto visual, sem necessariamente enfraquecer a visão, já o ofuscamento inabilitador enfraquece a visão dos objetos, sem necessariamente causar desconforto. Além destes, o ofuscamento também

2_{Acuidade visual é a capacidade de ver distintamente finos detalhes que possuem} uma separação angular muito pequena, ou seja, identificar qual é o menor caractere visível em preto sobre branco. É uma função fisiologicamente limitada pelo tamanho da pupila, córnea e cristalino. (ABNT NBR 5461 TB-23, 1991; ZIMMERMAN, LUST e BULLIMORE, 2011).

3_{Sensibilidade ao contraste é a capacidade de detectar objetos de baixo contraste} de vários tamanhos. Essa função depende da luminância e das condições de observação (ABNT NBR 5461 TB-23, 1991; ZIMMERMAN, LUST e BULLIMORE, 2011).

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pode ocorrer por reflexões em superfícies especulares, conhecido como ofuscamento refletido ou reflexões velantes (ABNT NBR ISO/CIE 8995-1, 2013). Este ocorre quando as imagens refletidas aparecem na mesma direção ou próxima do objeto observado, mascarando total ou parcialmente os detalhes pela diminuição do contraste. No que diz respeito aos critérios de visibilidade para desportistas, qualquer tipo de ofuscamento dentro do campo visual pode ser prejudicial podendo interferir no desempenho dos atletas.

O sistema visual humano pode processar uma enorme variabilidade dessas informações, mas não pode processar todas ao mesmo tempo (BOYCE, 2014). Para lidar com esta ampla gama de luminâncias e iluminâncias a qual é exposto, ele muda sua sensibilidade através de um processo chamado de adaptação visual. Este é um processo contínuo que envolve três mudanças distintas: o tamanho da pupila, a adaptação neural e a adaptação fotoquímica. O tempo que leva para adaptar a retina depende da magnitude, da extensão e da direção da mudança (BOYCE, 2014).

Para o caso de desportistas, em que é necessário determinar a trajetória e o tempo de contato com objeto esportivo, olhar no lugar e no momento certo é particularmente importante. O tempo de resposta da adaptação visual e da acuidade visual dinâmica podem ser as medidas mais relevantes, já que a grande maioria dos esportes desafia o participante a localizar e rastrear objetos e indivíduos em movimentação rápida. Para o atleta, é essencial que além de detectar alvos rapidamente ele tenha capacidade de discriminar diferenças sutis (ZIMMERMAN, LUST e BULLIMORE, 2011). Atualmente, não existe um método amplamente aceito ou padronizado para avaliar a acuidade visual dinâmica, onde todos os componentes sejam estudados, como velocidade, tempo de apresentação, orientação, tamanho do alvo etc., porém, já está estabelecido que à medida que a velocidade do alvo dinâmico aumenta, a acuidade visual do indivíduo diminui e a duração do estímulo tem efeito sobre a acuidade visual (LABY, ROSENBAUM, et al., 1996). Essa avaliação do sistema visual para alvos dinâmicos é, portanto, uma área de investigação em potencial e em desenvolvimento.

2.3 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL

Os sistemas de iluminação natural são configurações físicas de abertura que permitem a entrada de luz natural até os ambientes internos em um projeto arquitetônico. Estes sistemas buscam prover o ambiente interno com uma determinada quantidade de luz onde e conforme houver

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necessidade, assim como promover um bom desempenho visual gerando os contrastes adequados para se atingir o conforto visual. De forma geral, eles podem ser classificados com base em critérios de iluminação diferentes, podendo ser: lateral, zenital, inclinado, com luz direta do sol, indireto, através de espaços de transição (átrios, pátios, reentrâncias etc) e/ou por uma combinação de mais de um deles (ROBBINS, 1986).

Dado que o objeto de estudo dessa pesquisa são quadras poliesportivas fechadas, a utilização da luz natural zenital é a estratégia de projeto mais adequada, por se tratar de grandes áreas que exigem boa uniformidade e quantidade de luz.

2.3.1 Sistemas Zenitais

A utilização de sistemas zenitais para iluminação natural é uma técnica que permite que a luz penetre no ambiente através de pequenas ou grandes aberturas criadas na cobertura de uma edificação. Este tipo de abertura costuma ser frequentemente usado em casos onde o desenho ou os critérios de iluminação tornam as aberturas laterais inapropriadas.

A distribuição da luz interior de um local iluminado zenitalmente depende fundamentalmente de dois fatores: a forma das aberturas e a altura entre o plano visual e o elemento zenital (VIANNA e GONÇALVES, 2001; PHILLIPS, 2004). Estabelecer zonas de iluminação para aberturas zenitais é similar ao fazer para aberturas verticais, a diferença é que as zonas primárias de iluminação estão localizadas abaixo das aberturas, distantes do perímetro do ambiente ou da edificação. Neste caso, a zona primária de iluminação para cada abertura costuma frequentemente ser consideravelmente maior do que a zona correspondente para aberturas laterais (ROBBINS, 1986).

Conforme pode ser observado na Figura 7, as tipologias convencionais de aberturas zenitais são: claraboia, claraboia tubular, domo ou cúpula, shed, lanternim e dupla inclinação.

Claraboias são aberturas de iluminação natural predominantemente horizontais na face da cobertura. Elas fornecem níveis relativamente uniformes de iluminância pelo espaço e permitem o uso das luzes do sol e do céu como iluminantes, embora o uso da luz do sol deva ser evitado (ROBBINS, 1986). Esta estratégia carrega desvantagens significativas considerando o comportamento térmico, por que os ângulos solares de verão são maiores, portanto, o ganho de calor no verão é maior que o ganho de calor no inverno. Para alguns casos, o controle do brilho e distribuição da luz requer também o uso de vidros difusores, perdendo muitos benefícios psicológicos da conexão visual

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com o céu. O maior benefício das claraboias, no entanto, é que uma grande quantidade de luz pode ser trazida para dentro da edificação com uma mínima quantidade de área envidraçada (SCHILER, 1992). São consideradas claraboias os sistemas completamente horizontais ou levemente inclinados. As cúpulas ou domos são claraboias com uma abóbada hemisférica ou esferoide na parte superior. Têm-se ainda as claraboias tubulares que possuem tubos internos reflexivos que conduzem a luz natural da cobertura até o ambiente a ser iluminado. Este sistema é recomendado e utilizado em áreas que possuem coberturas distantes do ambiente e/ou em retrofits de espaços existentes.

Figura 7 – Tipologias convencionais de zenitais, onde a abertura útil é representada pela dimensão ‘d.

Sheds são aberturas com superfícies iluminantes verticais a 90º ou inclinadas. A iluminação natural através de sheds fornece iluminâncias uniformes por todo o espaço com pequenas variações nos padrões de brilho. As configurações de altura, profundidade e espaçamento das séries de sheds afetam o padrão de distribuição e a quantidade de luz natural no espaço. Usualmente são posicionados voltados à direção com menor insolação: sul no hemisfério sul e norte no hemisfério norte, permitindo receber luz natural sem incidência direta de raios solares. Este tipo de sistema fornece uma iluminação em torno de três quartos do valor obtido com a mesma superfície iluminante sobre um teto horizontal, como as claraboias, por exemplo (ROBBINS, 1986; SCHILER, 1992).

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Lanternins são aberturas com superfícies iluminantes verticais a 90º ou inclinadas compostas por, no mínimo, duas faces opostas e iluminantes. Estes são costumeiramente projetados com duas direções, no entanto, podem também ser desenhados com vidros nas quatro faces da saliência na cobertura, chamado de four-way lanternim (ROBBINS, 1986), ou ainda de forma circular. Para qualquer um deles, deve-se atentar para o desenho correto das saliências sobre as superfícies de abertura (SCHILER, 1992), evitando, quando possível, a incidência de radiação solar direta dentro do ambiente.

Aberturas de iluminação de dupla inclinação são similares às claraboias, com a diferença que o fechamento da abertura horizontal na cobertura é composto por dois ou quatro planos inclinados adjacentes e opostos, formando um triângulo ou uma pirâmide. Este sistema possui a mesma eficiência das claraboias horizontais em termos do fluxo luminoso útil sobre o plano de trabalho para uma mesma superfície iluminante zenital. Da mesma forma que as claraboias, não deve ser utilizado com grandes áreas de abertura com relação à projeção da área de cobertura ou piso, devido ao maior ganho de calor e, portanto, problemas térmicos, maior desconforto para o usuário, incremento do uso de condicionamento de ar e, consequentemente, maior consumo de energia elétrica.

2.4 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA LUZ NATURAL

O estudo da iluminação nos projetos arquitetônicos deve ser desenvolvido ainda na sua fase de concepção, visto que é ainda nesta fase que é definida grande parte das variáveis relacionadas ao aproveitamento da luz natural nos ambientes, como a orientação e o posicionamento do edifício e a orientação e o tamanho das aberturas (LIMA e CHRISTAKOU, 2007). Os instrumentos existentes para avaliar o projeto de iluminação podem ser divididos em três categorias: através de modelos em escala, ferramentas de projeto simplificadas ou através do uso de ferramentas computacionais. Dentre elas, a simulação computacional tem se provado atualmente uma eficiente ferramenta para estudar o desempenho ambiental, tanto térmico, luminoso, acústico, energético etc, já que permite avaliar os espaços por meio dos seus aspectos quantitativos e qualitativos (LIMA e CHRISTAKOU, 2007). Os modelos computacionais podem prever o comportamento da luz natural no interior da edificação definindo um coeficiente de correlação entre a luz externa disponível e a luz interna correspondente.

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Para realização desse tipo de análise qualitativa e quantitativa foram sendo criadas medidas de avaliação de desempenho da luz para aferir as condições reais existentes.

2.4.1 Medidas de Avaliação

As medidas mais atuais de simulação do desempenho da luz natural permitem avaliações dinâmicas denominadas Climate-based daylight modelling (CBDM), que utilizam condições de sol e céu derivadas de conjuntos de dados meteorológicos padrões. Este tipo de simulação baseado no clima proporciona a previsão de valores de iluminação mais próxima da realidade, variando conforme a localidade e a orientação do ambiente de análise. Os dados são inseridos nas simulações por meio de arquivos climáticos que são derivados das condições prevalecentes medidas no local ao longo de um período de tempo e estruturadas para representar as médias e intervalos de variação em que normalmente ocorrem (MARDALJEVIC, 2015; MARDALJEVIC, HESCHONG e LEE, 2009).

2.4.1.1 Medidas de Iluminâncias

Com relação à admissão e distribuição da luz natural, o Daylight Autonomy (DA) é a medida de referência mais básica para análise de iluminâncias. Ela fornece uma avaliação sintética de desempenho anual baseada no clima local (ANDERSEN, GOCHENOUR e LOCKLEY, 2013) onde determina a porcentagem das horas ocupadas por ano em que a iluminância no plano de análise atinge um valor previamente estipulado apenas com a luz natural (JAKUBIEC e REINHART, 2011). A Figura 8 mostra um exemplo de mapa de iluminância utilizando Daylight Autonomy (DA) para planos horizontais e verticais, onde é possível observar a porcentagem de ocorrência de uma determinada quantidade de iluminâncias com base em uma escala de cores, que vai do azul representando 0% de tempo, ao amarelo representando 100% das horas do ano.

Associadamente, há também a medida Spatial Daylight Autonomy (sDA) que expressa a porcentagem da área de análise que alcança o nível mínimo de iluminância anual para uma fração específica de horas de operação. Em 2012, a Illuminating Engineering Society (IES) publicou um guia (IES, 2012) em que recomenda valores de referência para avaliações de sDA. Nele, os resultados que alcançam 75% ou mais de sDA indicam espaços no qual a luz do dia é avaliada pelos ocupantes

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como “favorável" ou “preferida", visto que estes seriam capazes de trabalhar confortavelmente sem o uso de iluminação artificial. Enquanto que, para que um espaço seja classificado como “neutro” ou “nominalmente aceitável”, os valores de sDA devem permanecer entre 55% e 74%.

Figura 8 – Mapa de iluminância com Daylight Autonomy (DA) para planos horizontais (a) e verticais (b).

Fonte: (ANDERSEN, GOCHENOUR e LOCKLEY, 2013).

No entanto, tanto as medidas de DA quanto as de sDA não determinam limites superiores para avaliação da luz natural, sua avaliação limita-se a um valor inferior mínimo, o que dificulta a identificação de pontos com admissão excessiva de luz que pode estar gerando desconforto ao usuário (NABIL e MARDALJEVIC, 2006). Neste caso, a medida Useful Daylight Illuminances (UDI) é a que se apresenta mais completa, pois estabelece limites úteis mínimos e máximos para admissão de luz natural. O UDI resulta em três dados de desempenho: um inferior de 100 lux, que identifica as áreas que estão recebendo pouca luz; um superior de 2.000 lux, que detecta as áreas com excesso de luz natural; e o intervalo útil em que o UDI alcança entre 100 lux e 2.000 lux. (NABIL e MARDALJEVIC, 2005; NABIL e MARDALJEVIC, 2006). Os resultados gráficos dos três dados de UDI podem ser verificados, por exemplo, na Figura 9 que considerou o intervalo de análise de 300 a 2.000lux.

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Figura 9 – Resultados gráficos de UDI

(a) UDI < 300 lux; (b) UDI entre 300-2.000lux; (c) UDI > 2.000 lux.

(a) (b)

(c)

Da mesma forma como para o DA, também pode-se avaliar a medida UDI de forma espacial, utilizando o Spacial Useful Daylight Illuminances (sUDI) a fim de buscar a porcentagem da área de análise que alcança o nível de iluminância útil anual para uma fração específica de horas de operação.

De forma resumida, deve-se ter claro que as medidas DA e UDI avaliam a iluminação com relação ao tempo, enquanto as medidas sDA e sUDI avaliam pela porcentagem de área do ambiente.

Como exemplo, na Figura 10, o primeiro e o segundo mapas representam a porcentagem de horas em que cada quadrante alcançou ao longo do ano, respectivamente, 300 lux ou mais (DA) e entre 100 e 2.000 lux (UDI).

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Figura 10 – Mapas de iluminâncias de DA e UDI.

Fonte: (CARTANA, PEREIRA e MAYER, 2017).

Em 2012, a LM-83 (IES, 2012) introduziu uma nova medida, denominada Annual Sunlight Exposure (ASE), para avaliação do potencial desconforto visual de um ambiente a partir de dados de iluminância. Essa medida considera a luz solar direta como potencial fonte de desconforto visual, medindo a porcentagem da área que excede um nível de iluminância de luz solar direta por um número determinado de horas anuais, sem considerar a operação de dispositivos de sombreamento.

As configurações recomendadas de ASE determinam que o percentual da área de análise exposto a mais de 1.000 lux de luz solar direta não deve exceder 250 horas por ano, considerando a inexistência de dispositivos de sombreamento, para o mesmo período de análise que o sDA e utilizando métodos de simulação comparáveis. Segundo as pesquisas de apoio relatadas na LM-83, porcentagens excedentes de 10% ou mais de área indicam haver conforto visual insatisfatório, 7% resultam em ambientes neutros, enquanto 3% em ambientes claramente aceitáveis. Apesar disso, a LM-83 informa que 250 horas de luz solar não se destinam a um limite absoluto de tolerância, mas sim a um valor indicador útil que pode ser usado para comparar o desempenho dos espaços. A porcentagem resultante desta medida deve ser considerada como um valor relativo, onde uma porcentagem de área iluminada menor deve ser entendida como preferível, enquanto áreas progressivamente maiores devem ser mais preocupantes.

A Figura 11 demonstra um exemplo de mapa gráfico resultante da medida ASE: os quadrantes representados pela cor rosa excedem 250 horas anuais com iluminâncias maiores de 1.000 lux de luz solar direta, enquanto os quadrantes brancos estão abaixo de 250 horas anuais.

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Figura 11 – Resultado de Annual Sunlight Exposure.

Contudo, a introdução desta nova medida de avaliação ainda é muito recente e a literatura atual indica uma necessidade iminente de maior aprofundamento. A pesquisa de apoio não incluiu uma variedade suficiente de padrões de penetração do sol por várias orientações, tipos de espaço, tipos de dispositivos de sombreamento ou zonas climáticas para entender completamente como as preferências dos ocupantes variam de acordo com esses fatores. Mais informações e estudos são necessários para entender melhor a faixa de tolerância à penetração da luz solar nos espaços, bem como quais esforços são mais bem-sucedidos ou malsucedidos em melhorar o conforto dos ocupantes. A IES reconhece também que existem outras fontes de brilho que podem vir a causar desconforto visual além da luz direta do sol e que não estão abrangidas pela ASE.

2.4.1.2 Medidas de Luminâncias

Quanto às análises de brilho através de luminâncias, o Daylight Glare Probability (DGP) é um dos índices mais atuais, desenvolvido para quantificar a magnitude da probabilidade de ocorrência de perturbações visuais nos usuários. O DGP é a avaliação de brilho que considera a maioria dos fatores que contribuem para o desconforto visual. Seu diferencial com relação às formas de avaliação anteriormente desenvolvidas, está no acréscimo, dentro da sua equação, do cálculo da iluminação vertical do ponto de visualização (Ev) e do ajuste empírico de alguns parâmetros. Esta equação, que atualmente é a mais completa, permite prever o desconforto visual em cenas extremamente brilhantes mesmo sem um contraste visual significativo (JAKUBIEC e REINHART, 2011).

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Contudo, até o momento, não existem estudos para o cálculo do DGP em ambientes desportivos, os estudos existentes provém de avaliações subjetivas de usuários em ambientes de trabalho, como escritórios e salas de pesquisa (WIENOLD e CHRISTOFFERSEN, 2006; GOEDERT, 2017). No entanto, apesar de possuir fragilidades para avaliação em ambientes desportivos, o DGP ainda é considerado o índice com resultados mais plausíveis para qualquer contexto da luz natural (JAKUBIEC e REINHART, 2011). Para todos os casos, os valores resultantes possuem recomendações de análise conforme demonstrado na Tabela 2, baseados em avaliações subjetivas de desconforto por brilho (WIENOLD e CHRISTOFFERSEN, 2006).

Tabela 2 – Análise subjetiva da relação ofuscamento e índice DGP. Escala de brilho Limite superior

Imperceptível 0,352 Perceptível 0,398 Desconfortável 0,448 Intolerável 0,590

Média 0,352

Fonte: (WIENOLD e CHRISTOFFERSEN, 2006).

O índice DGP pode ser obtido tanto por simulação computacional como por medições no local de análise. Atualmente, para as medições in loco é recomendada a técnica HDR (High Dynamic Range) com o auxílio de uma câmera digital, que é um procedimento para obtenção dos dados de luminância por meio de múltiplas fotografias tiradas em sequência com diferentes níveis de exposição. O agrupamento das imagens em uma única imagem HDR permite identificar os verdadeiros valores da cena através dos pixels (DEBEVEC e MALIK, 2008). Essa técnica tem sido muito utilizada por que reduz os erros e incertezas de medição, além do tempo necessário se comparado às técnicas tradicionais (GOEDERT, 2017). No entanto, ela só pode ser realizada em ambientes construídos, enquanto que, para avaliação das luminâncias durante as fases projetuais, recorre-se à simulação computacional. Dentre os softwares derecorre-senvolvidos, destaca-se a medida Annual Glare obtida através do plugin de simulação Diva for Rhino e que permite uma avaliação do índice DGP ao longo de todo o ano, simulando as condições de conforto visual para uma direção de visão específica do usuário. Com este plugin, é possível ainda alterar o modo de visualização padrão para o tipo Cylindrical Panorama, a fim de ampliar o campo visual de análise para capturar a direcionalidade do

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brilho. A Figura 12 apresenta um exemplo de Annual Glare resultante para uma determinada direção visual, onde as colunas do gráfico representam os meses do ano e as linhas representam as horas do dia; abaixo do gráfico encontra-se a legenda que utiliza cores para identificar os resultados de DGP da escala de brilho criada por WIENOLD & CHRISTOFFERSEN (2016).

Figura 12 – Resultado de Annual Glare do plugin Diva for Rhino.

2.4.2 Normativas e Recomendações Técnicas Existentes

A Illuminating Engineering Society (IES) é uma organização internacional sem fins lucrativos que desenvolve e publica padrões aprovados pela American National Standards Institute (ANSI) para promover uma uniformidade de informações com relação à iluminação. É da IES o documento de referência mais importante na área de iluminação, o The Lighting Handbook (IES, 2011), agora em sua 10ª edição. Este guia, traz um capítulo específico para ambientes esportivos e de recreação (Lighting for Sports and Recreation) onde trata principalmente de recomendações de iluminação artificial, com poucas indicações para projetos de luz natural. Para as recomendações de iluminação de ambientes esportivos, a IES classifica a iluminação em classes de competição, por que existe uma correlação entre o tamanho de uma instalação e o nível de jogo. De uma forma geral, à medida que o nível de agilidade aumenta, os jogadores e os espectadores exigem um ambiente luminoso melhor e mais adequado. Por outro lado, um nível de habilidade elevado atrai um maior número de espectadores, consequentemente, à medida que o número de espectadores aumenta a distância de visualização da superfície de jogo aumenta e há, portanto,

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