ANÁLISE EXPERIMENTAL DO IMPACTE DE … · venezianos de dupla inclinação instalados numa fachada...

ANÁLISE EXPERIMENTAL DO IMPACTE DE

SOMBREAMENTOS INOVADORES NO CONFORTO

AMBIENTAL INTERIOR

Madalena Isabel Contente Calhau

Dissertação para obtenção de Grau de Mestre em

Arquitetura

Orientadores: Doutora Maria da Glória de Almeida Gomes

Doutor António José Costa dos Santos

Júri Presidente: Professor Doutor Manuel de Arriaga Brito Correia Guedes

Vogais: Professora Doutora Ana Paula Filipe Tomé

Doutor António José Costa dos Santos

Outubro 2014

III

AGRADECIMENTOS

Este espaço é dedicado a todos aqueles que deram o seu contributo para a realização da presente

dissertação. A todos, deixo os mais sinceros agradecimentos.

Aos meus orientadores, Professora Dr.ª Maria da Glória Gomes e Dr.º António Santos pela

disponibilidade permanente, apoio, incentivo e preciosa transmissão de conhecimentos ao longo do

desenvolvimento da dissertação e da cuidada revisão da mesma.

Ao Eng. Pedro Ramos e ao Sr. Jorge Amaral por toda a ajuda e disponibilidade durante as

campanhas experimentais.

Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil pela criação de condições ao desenvolvimento deste

trabalho.

À Cruzfer pela disponibilização dos dispositivos de sombreamento estudados durante o trabalho

experimental.

À minha amiga Helga Prego pela ajuda no trabalho experimental, essencial para a finalização da

presente dissertação.

Finalmente, um agradecimento pessoal à família e amigos, por todo o apoio, paciência, compreensão

e amizade demonstrados ao longo destes anos.

V

RESUMO

O conforto ambiental interior é uma das condicionantes principais na conceção de novos espaços

habitáveis. Este está dependente de fatores como a temperatura e qualidade do ar, níveis de iluminação,

humidade relativa e fatores psicológicos, que podem ser influenciados e manipulados pelo arquiteto

através do correto dimensionamento do edificado e da escolha adequada dos materiais e soluções

tecnológicas constituintes do mesmo.

As áreas envidraçadas de uso cada vez mais frequente nas fachadas dos edifícios podem dar origem a

elevados consumos energéticos e a problemas de desconforto térmico e visual. De entre as estratégias

de construção sustentável para a redução dos consumos energéticos dos edifícios destaca-se a adoção

de dispositivos de sombreamento. No presente trabalho pretende-se analisar por via experimental o

impacte de dispositivos de sombreamento inovadores, em particular estores venezianos com lamelas de

dupla inclinação, no conforto dos espaços interiores.

O estudo experimental foi efetuado numa célula de teste situada no Laboratório Nacional de Engenharia

civil (LNEC) em dois períodos do ano correspondentes ao Solstícios de Verão e Equinócio de Outono.

Pretende-se com o presente trabalho aferir a influência das diferentes posições possíveis dos estores

venezianos de dupla inclinação instalados numa fachada de dupla pele, na qualidade da iluminação

natural interior. Para isso, foram realizadas medições das iluminâncias e irradiâncias em plano vertical e

horizontal ao longo do plano de trabalho, de temperaturas e humidade relativa exterior e interior e

determinadas as transmitâncias solares e visíveis dos elementos da fachada com as diferentes

configurações do estore veneziano.

PALAVRAS-CHAVE: conforto ambiental interior, iluminação natural, sombreamentos inovadores,

estores venezianos de dupla inclinação, análise experimental

VII

ABSTRACT

One of the main constraints in the conception of new livable spaces is the indoor comfort. This depends

on temperature and air quality, levels of lighting, relative humidity and psychological factors that can be

affected and manipulated by architects through the correct design of spaces and the rational choice of

materials and technological solutions.

The increasing use of glazing areas in the buildings envelope can lead to high energy consumption and

problems like visual and thermal discomfort. The use of shading devices stands out as a sustainable

design strategy to reduce energy consumption in the buildings. This study presents an experimental

analysis of the impact of innovative shading devices such as double oriented venetian blinds in the indoor

comfort.

The experimental campaign was carried out in an outdoor test cell in two times of the year corresponding

to summer solstice and autumn equinox. The purpose of the experimental study is to measure the impact

of different positions of double oriented venetian blinds installed in a double-skin façade, in the natural

lighting quality and thermal amplitude between the interior and exterior of the test cell. This includes the

measurement of, illuminances and irradiances along the working plane, indoor and outdoor temperatures

and relative humidity and the determination of solar and visible transmittance within the glazing system.

KEYWORDS: indoor comfort, natural lighting, innovative shading devices, double oriented

venetian blinds, experimental analysis

IX

ÍNDICE GERAL

Agradecimentos .................................................................................................................................. III

Resumo ................................................................................................................................................ V

Abstract .............................................................................................................................................. VII

Índice geral ......................................................................................................................................... IX

Índice de Tabelas ...............................................................................................................................XV

Símbolos e abreviaturas ..................................................................................................................XVII

Símbolos ......................................................................................................................................XVII

Unidades .................................................................................................................................... XVIII

Abreviaturas ............................................................................................................................... XVIII

Introdução ............................................................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento do tema ......................................................................................................... 1

1.2 Âmbito, motivações e objetivos ............................................................................................... 2

1.3 Organização do trabalho ......................................................................................................... 2

Capítulo 1 ................................................................................................................................................ 5

1.4 Temperatura ............................................................................................................................ 6

1.4.1 Noções Físicas – Fenómenos de Transmissão de Calor.................................................... 6

1.4.2 Clima em Portugal e Conforto Térmico ............................................................................... 9

1.5 Radiação Solar ...................................................................................................................... 11

1.6 Radiação Visível - Iluminação ............................................................................................... 13

1.6.1 Noções Físicas .................................................................................................................. 14

1.6.2 Qualidade de Iluminação ................................................................................................... 16

1.6.3 Aspetos Fundamentais De Geometria Da Insolação ........................................................ 19

1.7 Arquitetura – organização espacial ......................................... Error! Bookmark not defined.

Capítulo 2 .............................................................................................................................................. 23

2.1 Breve Análise Histórica do Uso da Luz Natural na Arquitetura ............................................. 23

2.2 Sistemas de Iluminação Natural de Ambientes Interiores .................................................... 30

2.3 Dispositivos de Sombreamento na Arquitetura ..................................................................... 34

2.3.1 Funções, Tipos E Características Funcionais ................................................................... 35

X

2.3.2 Dispositivos de Sombreamento como Estratégia de Eficiência Energética e Melhoria das

Condições de Conforto Ambiental Interior ..................................................................................... 43

2.3.3 Exemplos de Dispositivos de Sombreamento Inovadores .. Error! Bookmark not defined.

Capítulo 3 .............................................................................................................................................. 47

3.1 Condições Exteriores ............................................................................................................ 51

3.2 Metodologia ........................................................................................................................... 52

3.2.1 Transmitância na Fachada de Dupla Pele ........................................................................ 57

3.3 Trabalho Experimental .......................................................................................................... 47

3.3.1 Caraterização Do Local ..................................................................................................... 47

3.3.2 Principais Características Do Dispositivo De Sombreamento .......................................... 49

3.3.3 Preparação da Monitorização ............................................................................................ 50

Capítulo 4 .............................................................................................................................................. 59

4.1 Avaliação sob Condições de Céu encoberto ........................................................................ 59

4.1.1 Transmitâncias Solar e Visível do Vão .............................................................................. 59

4.1.2 Fatores de Luz de Dia em Planos Horizontais de Referência .......................................... 60

4.2 Avaliação Sob Condições de Céu Limpo .............................................................................. 64

4.2.1 Transmitâncias Solar e Visível do Vão .............................................................................. 64

4.2.2 Iluminâncias Horizontais em pontos de referência no plano de trabalho.......................... 66

4.2.3 Irradiâncias Horizontais no Eixo Central Perpendicular ao vão ........................................ 71

4.2.4 Iluminâncias, Irradiâncias e FLD verticais ......................................................................... 75

4.2.5 Temperatura e humidade relativa...................................................................................... 76

Conclusões e Desenvolvimentos Futuros ......................................................................................... 81

Bibliografia e Referências...................................................................................................................... 85

ANEXO 1 ............................................................................................................................................... 91

ANEXO 2 ............................................................................................................................................... 95

ANEXO 3 ............................................................................................................................................. 101

ANEXO 4 ............................................................................................................................................. 105

ANEXO 5 ............................................................................................................................................. 109

Fichas de registo .......................................................................................................................... 109

XI

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 2.1 - Componentes de transmissão, reflexão e absorção da radiação incidente num elemento

semi-transparente. (Gomes, 2010) ....................................................................................................... 12

Fig. 2.2 – Declinação (Szokolay, 2007) ................................................................................................. 19

Fig. 2.3 – Representação da altitude, Azimute e Zénite ....................................................................... 20

Fig. 2.4 – Representação estereográfica para latitudes da Madeira e Açores ..................................... 21

Fig. 2.5 – Pavilhão de Portugal ............................................................... Error! Bookmark not defined.

Fig. 2.6 – Fundação Iberê Camargo ....................................................... Error! Bookmark not defined.

Fig. 3.1 – Representação esquemática. a) Panteão; b) Termas Romanas (Google imagens, 2014 -

editado) .................................................................................................................................................. 24

3.2 – Sé Velha de Coimbra (Google imagens, 2014) ........................................................................... 25

Fig. 3.3 – Basílica de Saint-Denis ......................................................................................................... 26

Fig. 3.4 – Mosteiro da Batalha (wikimedia, 2014) ................................................................................. 26

Fig. 3.5 – Cúpula da Igreja de Sant’Ivo alla Sapienza (1660) ............................................................... 27

Fig. 3.6 – Biblioteca do Palácio Nacional de Mafra (1717) ................................................................... 27

Fig. 3.7 – Arranha-Céus: a) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); b) Home Insurance

Building (1885) (wikipedia, 2014); c) Fig. 3.8 – IMB Building (1969) (wikipedia, 2014) ........................ 28

Fig. 3.9 – Convento Saint Marie de la Tourette .................................................................................... 29

Fig. 3.10 – Capela de Notre Dame du Haut .......................................................................................... 29

Fig. 3.11 – Farnsworth House (Planyourcity, 2014) .............................................................................. 29

Fig. 3.12 – Instituto do Mundo Árabe, Paris .......................................................................................... 30

Fig. 3.13 – Tipos de iluminação lateral (Egan, 2002) ............................................................................ 31

Fig. 3.14 – Exemplos de iluminação lateral: a) janelas a cota alta e a meia altura (Google imagens,

2014]); b) “fachada cortina” (Imagem da autora) .................................................................................. 31

Fig. 3.15 – Pala refletora de redireccionamento de luz (Santos, 2007) ................................................ 32

Fig. 3.16 – Sistemas de redireccionamento da luz natural. a) Palas refletoras; b) Distribuição da luz

natural (O’Conner, 1997) ....................................................................................................................... 32

Fig. 3.18 – Sistemas inovadores de luz natural: a) Sistema de canalização de luz (BAKER e

STEEMERS, 2002); b) Sistema Anidolico (Google imagens) ............................................................... 33

Fig. 3.17 – Estratégias de iluminação zenital ........................................................................................ 33

Fig. 3.19 – Sombreamento excessivo de edifícios próximos: a) Vista aérea de Nova Iorque (Google

imagens, 2014); b) Ilustração do efeito da obstrução solar de edifícios próximos (vitruvius, 2014) .... 35

Fig. 3.20 – a) Gráficos de distribuição de luz ( O’connol, 1997 - Editado); b)Ilustração esquemática

de palas horizontais (Szokolay, 2007) .................................................................................................. 36

Fig. 3.21 – Distribuição da luz natural com palas interiores (O’connol, 1997 - Editado) ...................... 36

Fig. 3.22 – Palas horizontais (Google imagens, 2014) ......................................................................... 37

Fig. 3.23 – Ilustração esquemática de palas verticais fixas e reguláveis (Szokolay, 2007) ................. 37

XII

Fig. 3.24 – Quebra-Sol vertical .............................................................................................................. 37

Fig. 3.25 – Unité D’habitatiom – varandas com combinação de quebra-sol vertical e horizontal

(archdaily, 2014) .................................................................................................................................... 37

Fig. 3.26 – Proteção solar através de toldo (Viqueira, 2005) ................................................................ 38

Fig. 3.27 – Grelha horizontal (colt-france, 2014) ................................................................................... 39

Fig. 3.28 – Palas combinadas ............................................................................................................... 39

Fig. 3.29 – Malha metálica: Estação de Entrecampos (skyscrapercity, 2014) ..................................... 39

Fig. 3.30 – Toldo .................................................................................................................................... 39

Fig. 3.31 – Portadas .............................................................................................................................. 42

Fig. 3.32 – Estores venezianos ............................................................................................................. 42

Fig. 3.33 – Tela de rolo combinada com persiana ................................................................................ 42

Fig. 3.34 – Cortina ................................................................................................................................. 42

Fig. 3.35 – Tipos de ventilação em fachadas de dupla pele (Gomes, 2010) ........................................ 45

Fig. 3.36 – Al Bahar Towers, Cook + Fox Architects (Google imagens, 2014)Error! Bookmark not

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Fig. 3.37 – Instituto do Mundo Árabe, Jean Nouvel (Google imagens, 2014)Error! Bookmark not

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Fig. 3.38 – Sede da Vodafone, Alexandre Burmester e José Gonçalves (skyscrapercity, 2014) .. Error!

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Fig. 3.39 – Edifício II do ISCTE, Raúl Hestnes Ferreira .......................... Error! Bookmark not defined.

Fig. 4.1 – Ilustração das medições das iluminâncias horizontais interiores: a) Posição dos sensoores;

b) Malha de pontos de registo das iluminâncias horizontais ................................................................. 54

Fig. 4.2 – Ilustração da medição das iluminâncias verticais (Santos, 2003) ........................................ 54

Fig. 4.3 – a) Ilustração do método de medição das transmitâncias com lâminas a 0º e 90º b) Método

de medição das transmitâncias com lâminas a 45º .............................................................................. 55

Fig. 4.4 – Ilustração da medição do FLD vertical ao nível dos olhos .................................................... 56

Fig. 4.5 – a) Localização da célula de teste (lnec, 2014) , b) Vista aérea da célula de teste (google

maps, 2014) ........................................................................................................................................... 47

Fig. 4.6 – a) Registo fotográfico da fachada da célula, b) Geometria da fachada da célula de teste

(Gomes, 2014) ....................................................................................................................................... 48

Fig. 4.7 – Ilustração das posições de estores analisadas: a) Sem Sombreamento; b) Lâminas

fechadas (90º); c) Lâminas com inclinação de 45º e fechadas (45º+90º); d) Lâminas com inclinação

de 0º e fechadas (0º+90º); e) Lâminas com inclinação de 45º; f) Lâminas com inclinação de 0º e 45º

(0º+45º); g) Lâminas com inclinação de 0º ........................................................................................... 50

Fig. 4.8 – Estores instalados na célula de teste: a) Cinza b) Brancos .................................................. 50

Fig. 5.1 – Sensores de Iluminâncias (luxímetros) e de Irradiâncias (piranómetros) instaldos de modo a

aferir as iluminâncias e irradiâncias verticais na face exterior do vão .................................................. 59

Fig. 5.2 – Transmitâncias visíveis no vão ............................................................................................. 60

Fig. 5.3 – Distribuição dos FLD sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza ........................................... 60

Fig, 5.4 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º ......... 61

XIII

Fig, 5.5 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º............ 61

Fig. 5.6 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 45º+90º; b) 90º ................................. 62

Fig. 5.7 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 45º+90º; b) 90º .................................... 62

Fig. 5.8 – Perfis do FLD medidos com e sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza ............................. 63

Fig. 5.9 – Transmitâncias visíveis no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono .................. 65

Fig, 5.10 – Transmitâncias solares no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono ................ 66

Fig, 5.11 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 9:00 TSV sem

sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de

Outono ................................................................................................................................................... 67

Fig. 5.12 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no

Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 81140 lux e 96920 lux................................ 67


Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 41820 lux 67490 lux. ............................. 67

Fig. 5.14 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 12:00 TSV sem

sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de

Outono ................................................................................................................................................... 68


Solstício de Verão às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 112610 lux e 116820 lux. ....................... 69


Equinócio de Outono às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 86120 lux e 88200 lux. ........................ 69

Fig. 5.17 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 15:00 TSV sem

sombreamento: a)Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de

Outono. .................................................................................................................................................. 70

Fig. 5.18 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no

Solstício de Verão às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 101700 lux e 110570 lux. ........................ 70

Fig. 5.19 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no

Equinócio de Outono às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 84700 lux e 82040 lux. ........................ 70

Fig. 5.20 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no

Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 671,1 W/m2 e 803,5 W/m2. ........................ 71

Fig. 5.21 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no

Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 440 W/m2 e 562,2 W/m2. ....................... 72

Fig. 5.22 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de

Verão, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 982,4 W/m2 e 1011,2 W/m2. ....................................... 73

Fig, 5.23 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de

Outono, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 776,8 W/m2 e 798,3 W/m2. ....................................... 73

Fig. 5.24 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de

Verão, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 976,4 W e 905,7 W/m2. .............................................. 74

Fig. 5.25 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de

Outono, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 747,1 W/m2 e 767,9 W/m2. ....................................... 74

XIV

Fig. 5.26 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b)

Sombreamentos cinza ........................................................................................................................... 75

Fig. 5.27 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b)

Sombreamentos cinza ........................................................................................................................... 75

Fig. 5.28 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano

horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) sem sombreamento: ..................................... 76


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º ............................... 76


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º+45º ........................ 77


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º ............................. 77


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b ) com sombreamento a 0º+90º ....................... 77


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º+90º ...................... 78


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento fechado (90º)º .............. 78

Fig. 5.35 – Diferença entre a temperatura interior e a temperatura ar-sol ............................................ 79

XV

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 – Temperatura de Conforto segundo a Norma ISSO 7730 ................................................... 10

Tabela 2 – Níveis mínimos de iluminância para cada tarefa segundo o EN 12464-1 (2011) ............... 18

Tabela 3 – Síntese de sombreamentos exteriores ............................................................................... 39

Tabela 4 – Síntese de sombreamentos no vão..................................................................................... 42

XVII

SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

SÍMBOLOS

ALT (º) Altitude

AZI (º) Azimute

C J/K Capacidade térmica

C Contraste

CS (%) Coeficiente de sombreamento

DEC (º) Declinação

E (lux) Iluminância

E_ext (lux) Iluminância horizontal exterior desobstruída

E_int (lux) Iluminância horizontal interior no plano de trabalho

Ev_ext (lux) Iluminância vertical exterior total na face exterior

Ev_int (lux) Iluminância vertical interior

Ev_n (lux) Iluminância vertical nas faces dos elementos

Ev*_n (lux) Iluminância vertical ao nível dos olhos

FGTS Fator de ganho térmico solar

FLD (%) Fator de luz de dia

FLDm (%) Valor médio do Fator de luz de dia

H (º) Ângulo horário

Hr_ext (%) Humidade relativa exterior

Hr_int (%) Humidade relativa interior

I (cd) Intensidade luminosa

I_ext (W/m2) Irradiância horizontal exterior desobstruída

I_int (W/m2) Irradiância horizontal interior no plano de trabalho

Iv_ext (W/m2) Irradiância vertical exterior total na face exterior

Iv_int (W/m2) Irradiância vertical interior

Iv_n (W/m2) Irradiância vertical nas faces dos elementos

K (W/(m·K)) Coeficiente de condutibilidade térmica

L (cd/m2) Luminância

LAT (Ângulo) Latitude geográfica

Rad (W/m2) Radiação incidente

Ser (m2C/W) Resistência térmica superficial exterior

Tar-sol ºC Temperatura ar-sol

Tint ºC Temperatura interior

Text ºC Temperatura exterior

Unif. Uniformidade

ZEN (Ângulo) Zénite

XVIII

φ (lm) Fluxo luminoso

𝜏 (%) Transmitância

𝜏v (%) Transmitância visível

𝜏s (%) Transmitâcia solar

UNIDADES

cd candela

cd/m2 candela por metro quadrado

J/K joules por Kelvin

lm llumen

m metro

W/m2 Watt por metro quadrado

W/(m·K) Watt por metro por Kelvin

ºC Graus Celsius

% por cento

ABREVIATURAS

CIE Comissão Internacional em Iluminação

LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil

TSV Tempo Solar Verdadeiro

RECS Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços

REH Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação

SCE Sistema de Certificação Energética dos Edifício

1

INTRODUÇÃO

ENQUADRAMENTO DO TEMA

O uso de grandes áreas envidraçadas tem vindo a ser cada vez mais frequente na construção de

novos edificados, desde o aparecimento deste material, aquando da revolução industrial no final do

século XIX, até aos projetos da arquitetura contemporânea. No entanto, as características do vidro

permitem uma grande transmissão da radiação solar e visível para o interior dos edifícios. Este facto

pode causar sobreaquecimentos e desconforto visual proveniente dos contrastes luminosos. Estes

contrastes são mais expressivos em dias de céu limpo, onde as iluminâncias exteriores chegam a ser

superiores a 100 000 lux.

Dentro do contexto da arquitetura sustentável, através da qual se procura reduzir os consumos

energéticos e tirar partido das condições exteriores para benefício do conforto interior, existem várias

soluções de projeto e uso de materiais que podem garantir o conforto interior através do controlo das

condições do local onde é implantado um projeto. Entre estas, destaca-se o uso de sombreamentos

como uma solução para controlo da radiação solar e visível e redução dos sobreaquecimentos,

principalmente em países como Portugal, onde a estação de arrefecimento é relativamente longa e

quente.

Podem-se enumerar variados tipos de sombreamento que reduzem a radiação transmitida para o

interior, sejam eles fixos, reguláveis, incorporados na construção ou instalados posteriormente.

Atualmente existe uma preocupação crescente com a eficiência destes sombreamentos e uma

tentativa de inovação de modo a conseguir maiores níveis de proteção, garantindo simultaneamente

a iluminação natural do espaço interior.

Os estores venezianos de dupla inclinação consistem num dispositivo de sombreamento inovador,

pela possibilidade de dupla inclinação das suas lamelas. Estes constituem uma variação de um dos

elementos mais utilizados na proteção solar e economicamente acessíveis (estores venezianos),

conseguem garantir maior interação dos ocupantes no seu controlo e um maior número de níveis

intermédios de iluminação, impedindo ao mesmo tempo os ganhos solares na estação de

arrefecimento. São estes os sombreamentos utilizados no presente estudo, que são analisados de

forma experimental, de modo a conhecer o impacte de sombreamentos inovadores no conforto

ambiental interior.

2

ÂMBITO, MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS

A dissertação desenvolvida insere-se no curriculum do Mestrado Integrado em Arquitetura, pós

Bolonha, lecionado no Instituto Superior Técnico.

A dissertação surgiu no seguimento de alguns temas abordados durante o curso, tais como conforto

térmico, conforto visual, história da arquitetura e impactes ambientais, e da necessidade emergente de

um conhecimento mais técnico por parte dos arquitetos, nomeadamente no que diz respeito à área de

estudo da física das construções, conseguindo assim tirar partido de forma mais eficiente dos materiais e

soluções de projeto adotadas.

Com o desenvolvimento deste trabalho pretende-se fornecer uma ferramenta útil, relativamente ao

conhecimento das características de sombreamentos inovadores como estores venezianos de dupla

inclinação, permitindo assim uma seleção crítica por parte dos engenheiros e arquitetos de

dispositivos de proteção solar através de critérios de iluminação, transmitâncias dos elementos,

temperaturas e humidades relativas. Como tal, este trabalho tem como objetivos:

conhecer as principais condicionantes do conforto ambiental interior e as características físicas

que as definem;

realizar uma análise histórica sobre uso da luz natural na arquitetura e da utilização de

sombreamentos de modo a garantir uma maior eficácia no sombreamento;

efetuar um levantamento dos sombreamentos tradicionais e inovadores existentes no mercado;

analisar critérios característicos deste tipo de sombreamentos, através de um estudo experimental,

nomeadamente no que diz respeito à influência da inclinação das lamelas de estores venezianos

de dupla inclinação nas condições de iluminação, de irradiação e de temperatura e humidade

relativa interiores

ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

O presente trabalho encontra-se estruturado em seis partes com os seguintes conteúdos:

Introdução: Pretende-se enquadrar o tema da iluminação e climatização, da proteção solar através

de sombreamentos inovadores e da importância dos mesmos no campo de ação da arquitetura

sustentável e poupança energética, assim como apresentar o âmbito, motivação e objetivos, a que a

dissertação se propõe, e definir a sua organização.

Capítulo 1: Conforto Ambiental Interior nos Edifícios, pretende-se fornecer as noções físicas relativas

às principais condicionantes do conforto dos ocupantes no interior, como a temperatura, radiação

solar, radiação visível e geometria de insolação.

3

Capítulo 2: Utilização e Controlo da Luz Natural na Arquitetura, é feita uma análise histórica da

utilização da luz natural na arquitetura, uma exposição de diferentes técnicas de iluminação natural e

uma caracterização dos dispositivos de sombreamento tradicionais e inovadores.

Capítulo 3: Metodologia e Descrição do Trabalho Efetuado, são descritos os procedimentos

efetuados no trabalho experimental, baseados na metodologia de análise das condições de

iluminação de SANTOS (2003) e GOMES et al. (2014).

Capítulo 4: Apresentação e Discussão de Resultados, interpretam-se os resultados obtidos através

das campanhas experimentais realizadas e expõem-se as análises relativas à iluminação,

temperatura e humidade relativa aferidas no interior e no exterior da célula.

Conclusões: Apresenta-se um conjunto de conclusões referentes à eficiência dos dispositivos

estudados e propostas de desenvolvimentos futuros relativos à conclusão do estudo experimental.

5

Capítulo 1

CONFORTO AMBIENTAL INTERIOR NOS EDIFÍCIOS

A arquitetura está presente diariamente nas nossas vidas ainda que por vezes a sua influência seja

pouco valorizada. Tendo em conta que nascemos dentro de um ambiente construído, torna-se

essencial nas nossas vivências a existência de um local para habitar, trabalhar, e, no fundo, executar

a maioria das tarefas diárias de uma vida urbana.

A arte e técnica de criar espaços habitáveis pelo homem teve ao longo dos séculos variações quanto

ao estilo utilizado e às soluções construtivas adotadas, fruto do contexto social, económico, religioso,

político e tecnológico. Hoje em dia, além de uma forma de arte com a intenção de criar diferentes

emoções nos ocupantes do edifício, a arquitetura combina a técnica com a vertente criativa de

idealização de novos espaços construídos. Não menos importante que o impacte visual e sensorial

pretendido numa obra de arquitetura, a concretização de um projeto passa pela atenção tanto em

relação à sustentabilidade da construção em termos de poupança energética como a todas as

condicionantes relativas ao conforto ambiental de quem habita o edificado e a sua envolvente. Sendo

assim, o Homem deverá sempre ser o elemento fulcral de todos os projetos de arquitetura.

Dentro deste contexto pode definir-se conforto ambiental como a avaliação das exigências humanas

a nível fisiológico e psíquico de modo a que o esforço de adaptação e o consequente desconforto

sejam os menores possíveis. A nível fisiológico, a habitabilidade de um espaço depende das suas

características luminosas relacionadas com a atividade a ser realizada, da qualidade do ar, das suas

condições térmicas e de humidade relativas à estação do ano, além das condições acústicas e de

ventilação natural. Psiquicamente, os fatores anteriormente referidos também são relevantes pois

com a sua manipulação é possível criar diferentes ambientes e atmosferas capazes de despertar

emoções em quem habita o espaço (HOPKINSON et al., 1980). Sendo assim, o conforto deve-se não

só ao que é captado pelos sentidos mas também à forma como é avaliado pelo julgamento dos

ocupantes, ou seja, é uma interpretação sensorial dos estímulos físicos apresentados, o que faz com

que seja bastante subjetivo e não existam soluções técnicas perfeitas abrangentes a todos os casos

(VIANNA e GONÇALVES, 2001).

Uma das condicionantes do conforto interior é o clima predominante do local de implantação do

edifício – dependente da latitude, altitude, vegetação e acidentes geográficos e condicionantes

urbanas da envolvente. Relativamente ao clima, os fatores que condicionam os padrões de conforto

são a radiação solar direta e difusa, a temperatura e humidade relativa do ar, a temperatura radiante

média das paredes e tetos, o movimento do ar tendo em conta a direção, velocidade e frequência, e a

qualidade geral da luz e da sua distribuição no campo de visão.

É necessário também garantir um bom conforto acústico, relativo à manutenção de níveis de ruído no

interior dos edifícios aceitáveis para cada função do espaço, seja de trabalho ou durante as horas de

sono. Quando se trata de uma fonte externa, os problemas acústicos estão relacionados com o

isolamento. Quando, por sua vez, se pretende uma boa qualidade acústica dos espaços, considera-

6

se uma fonte de ruído interna e os problemas acústicos relacionam-se com a absorção dos materiais

de revestimento.

Na iluminação, pretende-se boas condições de visibilidade que podem ser quantificadas através dos

níveis de iluminâncias (E) e a sua distribuição pelo compartimento. Também se pretende minimizar os

problemas de encadeamentos e de excesso ou falta de contraste.

O papel dos arquitetos e engenheiros é criar soluções relativas à penetração e obstrução, no

ambiente interior, das fontes naturais exteriores de luz, temperatura e humidade, na tentativa de

equilibrar as condições naturais específicas do espaço de implantação do projeto com as

necessidades do usuário. Estas soluções podem ser conseguidas através da escolha de técnicas

construtivas e de materiais de isolamento térmico e restantes constituintes das paredes. É ainda

relevante a área de envidraçados, orientação das compartimentos e respetiva exposição e proteção

solar. Também é cada vez mais usual recorrer a soluções tecnológicas de modo a aumentar o

conforto interior e diminuir o consumo energético. O objetivo destas soluções é conseguir um maior

conforto ambiental interior, ao mesmo tempo maximiza as vantagens das grandes áreas

envidraçadas.

1.1 TEMPERATURA

A temperatura do ambiente é dos fatores que mais afetam o conforto interior de um espaço visto que

o facto de existir um ambiente excessivamente quente ou frio pode causar grande desconforto e até

mesmo ser causa do desenvolvimento de algumas patologias nos ocupantes. Um bom equilíbrio

térmico é fundamental para a execução de trabalhos intelectuais, ao nível da concentração, e físicos,

ao nível do rendimento muscular e cardiovascular. Além disso, permite um descanso efetivo nas

zonas de lazer e repouso, características dos espaços habitacionais.

O Sol é uma fonte de calor natural que se pode tornar excessiva nos meses de Verão, pelo que há

necessidade de construir barreiras térmicas no que diz respeito às edificações, conseguindo assim

um ambiente térmico aceitável sem pôr em causa a poupança energética que se revela como uma

preocupação constante nos dias que correm.

1.1.1 NOÇÕES FÍSICAS – FENÓMENOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR

A transmissão de calor de um corpo para outro dá-se sempre que estes se encontrem a temperaturas

diferentes visto que há uma tendência natural para o equilíbrio. Define-se transmissão de calor como

o fenómeno de cessão de energia do corpo ou região com temperatura mais elevada para o de

temperatura mais baixa.

É fundamental ter em conta este fenómeno nos projetos de engenharia e arquitetura de modo a evitar

sobreaquecimentos e arrefecimentos e manter assim o conforto ambiental dos ocupantes dos

espaços projetados. Para tal, é necessário considerar as condições climáticas da região onde se

7

implanta o projeto, as soluções construtivas adotadas, área de envidraçados e até mesmo soluções

tecnológicas suplementares.

Em engenharia é importante definir o regime de transmissão – permanente ou transitório – de modo a

solucionar os problemas relacionados com este fenómeno. Para tal, há que ter em conta o fluxo de

calor, isto é, não a quantidade de calor trocada num processo mas sim a quantidade de calor trocada

num intervalo de tempo fixado anteriormente. Num regime estacionário, o fluxo de calor é constante

no interior da parede pois existe saturação térmica dos pontos, e a temperatura não se alterará, o que

significa que o fluxo que entra é igual ao que sai. Num regime transitório, o fluxo de calor varia nas

diferentes secções da parede o que faz com que o que entra seja diferente do fluxo que sai.

A nível físico, para entender os processos de transmissão de calor, temos que considerar a sua

relação direta com as leis da termodinâmica – ramo da física que estuda os efeitos da mudança de

temperatura, pressão e volume em sistemas físicos em escala macroscópica – pois estes processos

respeitam as leis da termodinâmica1.

O calor pode-se transmitir de três formas distintas: por condução, convecção e radiação. Estas

transferências têm a possibilidade de ocorrer em simultâneo, o que torna o solucionamento de

problemas por parte dos engenheiros e arquitetos, mais difícil, pelo que por vezes é vantajoso

desprezar um dos valores quando este é consideravelmente baixo.

1.1.1.1 CONDUÇÃO

A transmissão de calor por condução ocorre devido ao aumento da energia cinética proporcionado

por uma excitação térmica qualquer em determinada região do corpo. Este fenómeno ocorre devido a

uma reação em cadeia de choque entre os eletrões de maior energia com os de menor energia que

se verifica no interior do corpo. Há, portanto, um transporte de calor desde a região onde ocorre a

excitação até ao resto corpo.

Considerando a condução em regime estacionário, é importante referir que cada material constituinte

da parede faz com que a transmissão de calor se dê com um fluxo diferente. Isto deve-se ao facto de

cada material demonstrar uma oposição diferente à passagem do calor. Sendo assim, os materiais

são caracterizados pelo seu coeficiente de condutibilidade térmica (K) que quantifica a habilidade de

conduzir a energia térmica. Quanto maior o K de um material, maior facilidade de condução do calor,

logo, maior fluxo de calor (Lei de Fourier). Para além disso, também há que considerar que a maioria

das construções é construída por paredes heterogéneas, ou seja, constituídas por justaposição de

camadas de materiais diferentes que podem ser organizadas em série ou em paralelo.

1.1.1.2 CONVECÇÃO

1 Transmissão de Calor (Lei zero): Ocorre transferência de calor entre dois sistemas em contacto sempre que as suas

temperaturas tenham valores diferentes. Calor transmitido (2ª lei): O calor flui sempre do sistema mais quente para o mais frio, até estabelecer equilíbrio.

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Ao contrário do fenómeno condução, onde só há transporte de calor de átomo para átomo, no

processo de convecção ocorre transporte de calor e de massa devido à diferença de densidade e à

ação da gravidade. A convecção ocorre maioritariamente em fluidos e dá-se através do movimento

dos mesmos, havendo transporte de matéria. Quando uma determinada massa de fluido sofre um

aquecimento, as suas moléculas têm tendência a afastar-se umas das outras, o que provoca uma

diminuição de massa volumétrica e aumento de volume. Esta massa de fluido tem tendência a subir

ao mesmo tempo que a camada mais fria e densa é desce por ação da força da gravidade. A

ocorrência sucessiva desta troca de massas cria as chamadas correntes de convecção que fazem

com que a temperatura tenda a se homogeneizar e o líquido fique todo aquecido por igual.

A convecção pode ser caraterizada como natural, quando é unicamente comandada pela diferença

de densidade entre as partículas, ou como forçada, quando é utilizada uma força mecânica para a

circulação de fluidos (ação do vento, ventilador, entre outros).

Tal como referido anteriormente, os fenómenos de convecção e condução podem ocorrer em

simultâneo. Exemplo disso, é o que ocorre numa parede onde se verifica o fenómeno da condução

entre a superfície da parede e existe, simultaneamente sobre a sua superfície interior e exterior

fenómeno de convecção com o fluido que com elas contacta, um filme – película fina do fluído em

questão que tende a ter espessura variável com a velocidade do fluido.

1.1.1.3 RADIAÇÃO

Ao processo de transmissão de calor de uma região para outra sem que seja necessário um meio

intermediário, dá-se o nome de radiação. Radiação define-se como a cedência de calor de uma fonte

quente a uma fonte fria sem que o espaço intermediário altere o seu estado térmico (ARAÚJO, 1978).

Qualquer corpo é capaz de emitir radiações eletromagnéticas quando se encontra na presença de

outro com temperatura diferente. Se estas radiações atravessarem um meio que lhes seja

transparente, continuarão sem alteração de trajetória ou comprimento de onda até encontrarem um

meio opaco, onde se consolidam. Durante este processo, ocorre uma redução de energia interior do

corpo emissor da radiação, que acaba por se extinguir a não ser que haja uma geração própria

causada por fonte interna como acontece no caso do sol.

O fenómeno da radiação é fundamental para a vida pois é através dele que a Terra é aquecida pelo

sol, criando assim condições únicas para a existência animal e vegetal. Parte do calor do corpo com

maior temperatura converte-se em energia radiante e chega ao corpo de menor temperatura, sendo

absorvido por este com uma proporção dependente das propriedades da superfície recetora, como a

emissividade1 e a absortividade2. A emissividade é uma propriedade fundamental para o

entendimento das condições da temperatura ambiental interior dos espaços construídos devido ao

facto de cada tipo de material e até mesmo o estado de conservação da superfície recetora ter uma

resposta diferente à mesma quantidade de radiação.

1Emissividade define-se como a capacidade relativa de um corpo de emitir radiação térmica 2Absortividade define-se como a capacidade relativa de um corpo de absorver radiação térmica

9

Quando expostas ao sol, as superfícies são representadas pela absortividade que define a

quantidade de radiação absorvida pelo corpo em relação à que é refletida. Esta depende do tipo de

material e da cor do revestimento do mesmo, sendo que quanto mais escura a cor da superfície,

maior a absortividade.

1.1.2 CLIMA EM PORTUGAL E CONFORTO TÉRMICO

O Clima de uma região ou local, definido pela média do conjunto de condições meteorológicas

registadas nesse local ou região num determinado intervalo de tempo, depende não só da

temperatura predominante (elemento mais importante), como da humidade do ar, precipitação,

pressão, etc. Este pode definir-se como o regime médio dos fenómenos meteorológicos, importantes

pela sua duração ou permanência, incluindo o comportamento médio dos oceanos, das grandes

massas de gelo, do estado da superfície do globo e das condições da cobertura vegetal do local em

causa (subsistemas que se encontram interligados e desencadeiam reações em cadeia) (PEIXOTO,

1987).

Fundamental para a ecologia global, o clima tem influência na distribuição geográficas das espécies

animais e vegetais, além de afetar o seu comportamento e características morfológicas. Também tem

um papel essencial na vida humana visto que cria condições para a sua existência na Terra e

condiciona a saúde, alimentação e bem-estar.

Os valores extremos da temperatura do ar condicionam a existência animal e vegetal na Terra. Este

elemento climático varia bastante durante o dia, atingindo o seu mínimo pouco antes do nascer do sol

e o máximo uma ou duas horas depois do meio-dia solar.

A variação dos valores de temperatura durante o dia denomina-se por amplitude térmica diária e

refere-se à diferença entre as temperaturas máxima e mínima registadas entre as 0h e as 24h do dia.

Esta tem maior expressão no Verão e depende do local e da nebulosidade do ar. A título de exemplo,

refere-se a amplitude térmica em locais tropicais e no deserto: a amplitude no verão tropical é quase

nula enquanto no deserto pode atingir os 25ºC com dias muito quentes e noites muito frias.

Os oceanos também têm grande importância no condicionamento do clima visto que a água tem um

calor específico1 quatro vezes superior ao do ar, o que faz com que tenha uma capacidade calorífica

mil vezes superior à da atmosfera (ALCOFORADO,1993). Esta característica confere uma função

reguladora do clima aos oceanos, aquecendo o ambiente no inverno com grandes massas de ar

quente e arrefecendo no verão, o que acontece em Portugal através da influência dos ventos de

Oeste. Por este motivo as cidade mais próximas do litoral, como é o caso de Lisboa, têm um

ambiente climático mais ameno com amplitudes térmicas diárias e anuais menores do que cidades

mais interiores.

Na cidade de Lisboa a amplitude térmica diária é mínima em Janeiro (1,1ºC), o mês mais frio do ano

com uma temperatura média de 10,6ºC e máxima em Agosto (17,7ºC), mês mais quente com

temperatura média de 22ºC. O período mais quente do ano ocorre entre 11 de Julho e 1 de

1Calor específico ou capacidade calorifica (C) define-se como a relação entre o calor recebido por um corpo e a variação de

temperatura verificada neste.

10

Setembro, com uma temperatura media, em geral, superior ou igual a 26ºC. O período com maior

frequência de temperaturas baixas, com uma média de temperaturas mínimas de cerca de 7ºC, é

curto, ocorrendo entre meados de Dezembro e o fim de Janeiro.

Quanto à insolação, segundo um estudo efetuado diariamente ao longo de quarenta anos, à latitude

de Lisboa, a insolação no topo da atmosfera atinge o seu máximo no mês de Junho. No entanto, a

radiação solar só atinge o máximo em Julho. A insolação é máxima no mês de Agosto e mínima no

mês de Janeiro (ALCOFORADO, 1993), embora em todos os meses do ano se verifique uma maior

percentagem de dias de céu limpo em relação aos de céu encoberto (com exceção de Janeiro, onde

as percentagens se aproximam).

Além dos elementos já referidos, o clima de um local ou região está igualmente dependente da

humidade da atmosfera, que corresponde à quantidade variável de vapor de água que aumenta com

a temperatura; da nebulosidade, maior sobre regiões oceânicas e costeiras; dos nevoeiros, que

variam em função da distância ao mar e da topografia; dos ventos e das trovoadas, mais frequentes

em latitudes baixas.

Quanto à classificação do clima, esta assenta em vários critérios com valores de referência,

nomeadamente o valor médio da temperatura do ar, a variação anual da temperatura, o valor médio

da humidade relativa do ar e o valor médio da quantidade de precipitação (R). Assim sendo, o

território português classifica-se como temperado (temperatura entre os 10ºC e 20ºC) ou frio (entre

0ºC e 10ºC) nas terras altas, moderado oceânico (variação de temperatura até 20ºC) no litoral centro,

seco (humidade inferior a 0,55) (ALCOFORADO, 1993).

Sendo o ser humano extremamente adaptável às condições que o rodeiam, os valores dentro dos

quais se verifica o conforto térmico é diferente para as estações de Verão e Inverno e para os

diferentes compartimentos onde decorrem determinadas atividades. Assim, os valores determinantes

do conforto, segundo a norma internacional ISO 7730 nas diferentes estações climáticas do ano são

os seguintes:

Tabela 1 – Temperatura de Conforto segundo a Norma ISSO 7730 (2005)

Além da norma anteriormente referida, existe ainda um documento normativo das condições de

conforto térmico (ASHRAE-55, 2004) representadas através de diagramas psicocrométicos. Esta é

adaptativa aos sistemas de climatização dos espaços e à temperatura média verificada no exterior.

Em Portugal, segundo MATIAS (2009), as temperaturas de preferência encontram-se no intervalo

entre os 17º (21,5 ± 4,5ºC) no Inverno e os 28ºC (24 ± 4ºC) no Verão. Tendo em conta os dados

climáticos característicos de Portugal e os valores referentes ao conforto térmico, é necessário tomar

medidas no que diz respeito à construção dos edifícios de modo a amenizar as condições exteriores

de forma sustentável e aumentar o conforto térmico interior. Com o objetivo de regularizar as

condições mínimas de conforto térmico, existe em vigor um instrumento legal que condiciona o modo

de construção e as soluções construtivas adotadas em Portugal, de forma a verificar as condições

mínimas exigidas, nomeadamente no que diz respeito ao isolamento térmico, materiais e organização

Estação do ano ºC Escritório ºC Auditório ºC Sala de aula

Inverno 22 ± 1 ºC 22 ± 2 ºC 22 ± 3 ºC

Verão 24,5 ± 1 ºC 24,5 ± 1,5 ºC 24,5 ± 2,5 ºC

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espacial. O Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE) juntamente com o Regulamento

de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) e o Regulamento de Desempenho

Energético dos Edifícios de Comércio e Serviços (RECS), estabelecem valores de referência para as

necessidades de aquecimento e arrefecimento, cujo cumprimento é obrigatório.

1.2 RADIAÇÃO SOLAR

Entende-se como radiação a transmissão de energia efetuada através do espaço sem que haja um

meio material de propagação. Qualquer corpo com temperatura superior a 0ºC emite radiação, sendo

que a sua energia depende do comprimento de onda e da sua temperatura absoluta. O Sol é uma

fonte inesgotável de energia que fornece à superfície da terra, através da incidência de radiação, o

aumento da temperatura até aos valores toleráveis para sobrevivência dos ecossistemas e a

sensação de luz fundamental à vida humana.

O espectro da radiação eletromagnética é bastante abrangente, integrando os comprimentos de onda

desde os Raios Gama (comprimento de onda muito baixo) até às Ondas Rádio (comprimento de onde

muito alto). No entanto, a física das construções foca-se somente no intervalo de comprimentos entre

os 0,1µm e os 100 µm, considerado como radiação térmica, ou seja, a energia térmica transmitida por

um corpo (GOMES, 2010). Esta divide as radiações entre as de baixo comprimento de onda

(radiação solar), na gama do ultravioleta (~0,1 a 0,38µm) e do visível (~0,38 a 0,78µm) e as de

comprimento de onda alto, na gama do infravermelho (~0,78 a 100µm). A radiação solar é a principal

fonte de energia do planeta e chega a nós através de uma transmissão no vácuo com uma

velocidade de c=300.000 Km/s. A intensidade com que atinge uma superfície é dependente das

obstruções, condições climáticas e posição geográfica da mesma. A parte da radiação solar que não

se encontra na gama do visível, é responsável pelo aquecimento do ambiente através das reflexões

que ocorrem aquando do contacto da radiação com as diferentes superfícies (FROTA, 2004). A

radiação visível permite ainda ao olho humano a sensação de luz e cor, assunto que será

aprofundado na secção 2.3.

A radiação solar caracteriza-se por ser um sistema cíclico com variações periódicas que condiciona

as variações diurnas e estacionais das condições meteorológicas. Além disso é o elemento originário

do dia e da noite.

A superfície terrestre recebe a energia do Sol através de ondas, na forma de radiação direta e difusa.

A radiação direta atravessa a atmosfera com uma direção uniforme e é a proveniente diretamente do

Sol. Por consequência, a sua intensidade está dependente da posição Solar, diferindo ao longo do

dia e do ano. Esta parcela da radiação global só está presente em dias de céu limpo ou dias de céu

parcialmente encoberto, quando as nuvens não causam obstrução ao Sol. A componente difusa

consiste em várias reflexões da radiação ocorridas na atmosfera, poeiras, nuvens e objetos situados

na superfície terrestre como edifícios e pavimento (de notar que o albedo dos objetos é fundamental

para a quantidade de radiação refletida). Esta confere um carater uniforme à incidência de radiação,

nomeadamente no que diz respeito à distribuição luminosa (radiação na gama do visível).

12

A grandeza utilizada para quantificar a radiação incidente num ponto é a Irradiância (I) e consiste na

quantidade de fluxo radiante recebido por uma unidade de área numa determinada superfície, tendo

em conta todas as direções possíveis, ou seja, a quantidade de radiação que é recebida por uma

superfície. A unidade da irradiância é o Watt por metro quadrado (W/m2).

Incidindo num corpo, parte da energia da radiação incidente sofre absorção, outra reflexão e a

restante transmissão. Estes três comportamentos podem ocorrer em simultâneo, como acontece em

materiais como o vidro (Fig.2.1), em combinação de dois, ou, em certos casos, isoladamente:

Fig. 0.1 - Componentes de transmissão, reflexão e absorção da radiação incidente num elemento semi-transparente. (Gomes, 2010)

Reflexão

A reflexão da radiação solar consiste na mudança de direção da propagação de energia depois de

incidir numa superfície sem alteração das componentes que constituem a radiação, isto é, as

componentes com determinado comprimento de onda. Este fenómeno de reflexão ocorre devido à

tendência dos raios de regressarem ao meio de onde são procedentes e está intimamente ligado com

o tipo de superfície incidente (e a sua refletividade), o ângulo de incidência e a composição do

espectro eletromagnético. O comportamento refletivo da radiação tem duas regras fundamentais

onde se refere que o plano de incidência da radiação é sempre coincidente com o plano de reflexão

da mesma e que, a radiação, ao atingir a superfície será refletida para o seu meio de origem com o

mesmo ângulo relativamente à superfície. Deste modo, o ângulo de incidência é sempre igual ao de

reflexão.

Transmissão

Em materiais transparentes ou translúcidos, parte da luz com comprimento de onda específico que

atinge a superfície é transmitida através do material. A percentagem de luz transmitida é designada

como transmitância e está diretamente relacionada com a absortividade e com a refletividade –

percentagem de radiação absorvida e refletida, respetivamente. O vidro é um exemplo de material

que transmite quase a totalidade da radiação solar que não é refletida, ou seja, tem um transmitância

alta e uma absortividade baixa.

13

Absorção

Apresentados os conceitos anteriores, podemos definir a absorção como a fração da radiação solar

incidente num material que não é transmitida nem refletida. Isto significa que é absorvida e

transformada em energia térmica. A percentagem absorvida depende do ângulo de incidência e do

comprimento de onda da radiação incidente.

1.3 RADIAÇÃO VISÍVEL - ILUMINAÇÃO

A luz tem um papel fundamental na vida humana na medida em que é responsável, em parte, pelas

condições que possibilitam a existência das várias espécies animais e vegetais na Terra e tem a

capacidade de criar um ambiente que permite ao olho humano o reconhecimento da sua envolvente e

a consequente aptidão para a execução das funções diárias. Dentro do contexto da arquitetura, a luz

tem, entre outras qualidades, um efeito emocional visto que pode ser responsável pela criação de

várias atmosferas, confortáveis, aconchegantes, profissionais, alegres ou frias, consoante a

distribuição, temperatura e cor da luz incidente. A visão humana está adaptada à iluminação natural,

no entanto, com a evolução dos estudos relacionados com o tema, concluiu-se que diferentes tarefas

necessitam de diferentes níveis de iluminação, o que fez com que desde muito cedo houvesse uma

tentativa de manipulação da luz natural nos edifícios de modo a conseguir um maior conforto visual

na execução das várias tarefas diárias. Uma das razões da consagração e notoriedade dos mais

conhecidos arquitetos da história é, precisamente, a habilidade de dimensionar aberturas para o

exterior que permitem a perfeita convivência do espaço projetado com a luz que penetra pelas

fenestrações, formando um equilíbrio ambiental luminoso.

No entanto, sempre houve uma necessidade de obter uma boa iluminação depois do sol se pôr, o

que inicialmente foi conseguido através de velas e outros meios que se prendiam com a utilização do

fogo. Este facto modificou-se nos anos 30 e 40 do século XX, quando o desenvolvimento do

conhecimento da energia elétrica revolucionou a iluminação artificial e surgiram, consequentemente

problemas relacionados com os consumos energéticos. Desde então, de modo a diminuir estes

problemas, a iluminação natural nos edifícios sofreu grandes desenvolvimnentos, o que teve extrema

importância no aproveitamento da luz e calor do sol sem que se desenvolva um desconforto interior

criado pelo sobreaquecimento ou encadeamento dos ocupantes. A utilização de sombreamentos

ajustáveis ou estáticos é uma solução adotada nos edifícios para conseguir tirar partido do sol

somente quando a sua influência é vantajosa.

O conforto visual tem como requisitos básicos para a eficiência das tarefas executadas no espaço, a

intensidade da luz, distribuição, contraste e a restituição cromática. Além disso, para se obter uma

boa iluminação é necessário acrescentar outras variáveis, isto é, ter em conta a funcionalidade dos

espaços projetados, o ambiente desejado e os custos energéticos. Em ambientes de trabalho, uma

boa distribuição dos níveis de iluminância, aumenta a produtividade dos trabalhadores, o bem-estar e

a segurança no local de trabalho, o que tem influência na economia da empresa. A título de exemplo,

14

segundo a norma europeia1, os níveis médios de iluminância para as tarefas de leitura e escrita é de

500 lux. Em compartimentos que alberguem tarefas de mais minuciosas, como de desenho industrial,

o nível médio exigido é de 750 lux. A eficiência e funcionalidade da luz, combinados com a criação de

um ambiente visual agradável, nem sempre é garantido, o que por vezes faz com que o aspeto

quantitativo da luz do dia seja negligenciado e ocorram encadeamentos provenientes da exigência de

uma certa quantidade mínima de luz para dada tarefa. Por este motivo são usados métodos para

calcular as quantidades necessárias de luz e que dependem de dois fatores básicos que em conjunto

resolvem a maior parte dos problemas relacionados com o projeto de iluminação natural de um

edifício:

A iluminância, quantidade de luz incidente que é utilizada para avaliar a distribuição da luz natural

no interior dos edifícios em dias de céu limpo;

O Fator de Luz do Dia (FLD), medida da quantidade de luz natural qua alcança o plano de trabalho

em condições de céu encoberto. Este parâmetro consiste no quociente entre a iluminância interior

num determinado ponto do plano e a iluminância simultânea num ponto exterior desobstruído. O

FLD é dado pela seguinte expressão:

FLD= Eint

Eextx100, onde Eint: Iluminância interior num ponto do plano (lux)

Eext: Iluminância exterior simultânea;

O Nível de Encadeamento, medida dos fatores físicos que determinam o grau de desconforto por

encadeamento.

Assim, são necessários conhecimentos em áreas como a engenharia e arquitetura para estudar as

necessidades do homem e conseguir conjugar todos estes fatores como o objetivo de alcançar um

ambiente visual confortável que não interfira com conforto térmico e que seja sustentável ao nível da

poupança de energia elétrica.

1.3.1 NOÇÕES FÍSICAS

Para compreender a natureza da luz e a sua relação com a visão, é necessário conhecer o espectro

eletromagnético – conjunto de todas as ondas eletromagnéticas de diferente frequência e com

diferente comprimento de onda. Segundo HOPKINSON (1980) em termos puramente físicos, há

possibilidade de medir a luz sem auxílio dos órgãos visuais humanos. No entanto, sendo este

fenómeno uma manifestação da energia radiante visível, está intimamente relacionado com as

sensações humanas. A luz pode definir-se como uma forma de energia que se manifesta através da

radiação eletromagnética e se situa, no espectro, entre a radiação ultravioleta e a radiação

1 A norma europeia EN12464-1 (2011) define os requisitos mínimos de qualidade de iluminação em locais de trabalho.

15

infravermelha. De entre as formas de radiação já mencionadas, apenas a situada no comprimento de

onda entre os 380 e 780 nanómetros forma a parte visível do espectro e é definida como radiação

visível, - qualquer radiação capaz de produzir diretamente uma sensação visual – a referida luz.

O olho humano tem a capacidade de interpretar diferentes comprimentos de onda dentro da gama do

visível, passando do vermelho, pelo laranja, verde, azul, e violeta, à medida que o comprimento de

onda vai diminuindo. A radiação com comprimento de onda para além do violeta – mais alta

frequência na gama do visível – designa-se de ultravioleta e, embora seja invisível ao olho humano, a

exposição a esta pode provocar danos na visão e na pele como acontece nas queimaduras solares.

Do lado oposto do espetro, para além do vermelho – mais baixa frequência percetível – encontra-se a

radiação infravermelha que, embora seja também invisível ao olho, é detetada através do calor.

1.3.1.1 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E DE PERCEÇÃO VISUAL

Dentro do contexto científico de quantificação da iluminação, há conceitos básicos que são

fundamentais:

Fluxo luminoso (𝝋) – Energia radiante total emitida por uma fonte luminosa dentro dos

limites do percetível pelo olho humano. É medido através do ritmo de transferência de energia

relativamente ao efeito sobre o sentido visual. O fluxo luminoso, por si só não cria qualquer

estímulo visual. É necessário que o mesmo seja refletido pela superfície onde incide para

provocar uma resposta visual. A unidade para o fluxo luminoso no Sistema Internacional (SI)

é o lúmen (lm).

Iluminância (E) – Quantidade de luz ou fluxo luminoso que incide numa superfície ou área.

Esta grandeza relaciona o fluxo luminoso com a área.

A unidade para a iluminância é o lúmen/m2 ou lux (lx). Tendo em conta que o fluxo luminoso

não é distribuído uniformemente por todos os pontos da área, é frequente adotar-se um valor

médio de modo a verificar se este se encontra dentro dos valores limite de iluminância para

uma determinada tarefa.

Intensidade luminosa (I) – fluxo luminoso emitido na direção de determinado ponto. Visto

que uma fonte luminosa não irradia luz uniformemente em todas as direções, é necessário

aferir quantos Lumens são emitidos pela fonte luminosa através de medições nas direções

onde se deseja essa informação. A unidade da intensidade luminosa é a candela (cd).

Luminância (L) – Tendo em conta que os raios solares não são visíveis, a sensação de

iluminação é criada através da reflexão desses raios pela superfície onde incidem. A

luminância define a quantidade física de brilho, ou seja, o brilho que pode ser medido por

16

fotómetro. É a quantidade de luz emitida numa direção específica através de uma superfície

onde incide um certo fluxo luminoso. Sendo assim, a iluminância corresponde à luz incidente

e não visível e a luminância à luz refletida e visível. Tendo em conta que os objetos têm

diferentes capacidades de reflexão, caracterizados pelo seu coeficiente de reflexão, o mesmo

nível de iluminância pode criar diferentes luminâncias. Esta grandeza é expressa em cd/m2.

Contraste (C) – diferença relativa de luminâncias entre um determinado objeto e a sua

envolvente. A diferença de luminâncias é caracterizada pelo contraste de cor que permite ao

olho humano a perceção dos objetos.

1.3.2 QUALIDADE DE ILUMINAÇÃO

Uma boa iluminação está dependente, não só do nível mínimo de iluminâncias requeridas como

ainda das características visuais do indivíduo e das particularidades das tarefas a serem efetuadas.

Ou seja, uma boa iluminação depende do grau de precisão exigido em determinada tarefa, do

tamanho dos detalhes críticos, da distância a que estes são vistos e da velocidade a que se pretende

desenvolver a tarefa. Além disso também é necessário ter em conta fatores externos como a

luminosidade das tarefas provocada por reflexão e os contrastes existentes entre a envolvente e a

tarefa a ser desenvolvida.

1.3.2.1 VISÃO

Como referido anteriormente, a luz insere-se nos comprimentos de onda da energia radiante

percetíveis pelo olho humano. Ou seja, a luz é medida segundo a capacidade de produzir sensações

luminosas e visuais (Cit por VIANNA e GONÇALVES, 2001). Para entender o processo de visão é

necessário conhecer a anatomia e mecanismos de funcionamento do olho. Este órgão esférico que

tem a capacidade de sofrer rotações dentro da cavidade do crânio é responsável pela visão através

de centenas de milhões de nervos situados na retina que são sensíveis ao estímulo luminoso. A

retina, tecido nervoso presente no olho que recebe as impressões de luz é responsável pela

transformação da energia luminosa em impulsos nervosos ao cérebro. Este tecido é formado por

elementos fotorreceptores (cones e bastonetes) que, quando expostos à luz, geram impulsos

nervosos devido a um mecanismo eletroquímico desenvolvido no seu interior. A imagem visual

formada pela retina é invertida relativamente à realidade e é transmitida ao cérebro através do nervo

optico, onde sofre uma reinversão e é interpretada corretamente.

Os elementos fotorreceptores anteriormente referidos são diferentes entre si no que toca à sua

função, isto é, os cones são bastante sensíveis às cores e insensíveis à luz. São eles que permitem o

entendimento dos detalhes finos e a sensação de cor que se deve aos três tipos de cones existentes

na estrutura da retina, reagindo respetivamente à radiação vermelha, verde e azul. Os bastonetes,

situados na região periférica da retina, são mais numerosos e, sendo sensíveis à luz, são quase

17

insensíveis às cores. Para além dos cones e bastonetes, existe ainda na retina um grupo de células

ganglionares que reagem à luz e permitem a regulação do relógio biológico às 24 horas do dia.

A capacidade de visão do olho é extremamente adaptável a vários níveis de iluminação, funcionando

entre os limites de iluminâncias superiores a 100 000 lux e 1 lux, desde a luz proveniente diretamente

do sol (radiação direta), que se enquadra nos níveis mais elevados de iluminâncias, até à luz de uma

noite de lua cheia que se encontra, aproximadamente nos 0,25 lux. Este processo acontece através

do ajustamento da iris de forma a alterar o tamanho da pupila (órgão recetor da luz), da adaptação da

sensibilidade dos nervos da retina e da adaptação da composição química dos pigmentos

fotossensíveis. A grande capacidade de adaptação resulta no encandeamento quando se verifica um

contraste excessivo entre um objeto e o que o envolve, o que se deve ao facto do olho não se

conseguir adaptar a duas situações distintas simultaneamente, o que provoca desconforto.

No entanto, o encandeamento não se deve somente a questões fisiológicas mas também ao fator

psicológico do desconforto visual. Este pode ocorrer pela visão direta de uma fonte de luz ou

indiretamente, através de reflexões, sendo que em ambos os casos existe um contraste excessivo

com a envolvente. No encandeamento fisiológico, ocorre um impedimento da visão sem que haja,

necessariamente incómodo. No encandeamento psicológico ocorre o processo contrário, ou seja,

existe um desconforto visual sem que haja, necessariamente, impedimento da visão. O

encadeamento é, portanto, uma fator fundamental a ter em conta na qualidade da iluminação, embora

seja de difícil quantificação. Este pode interferir violentamente na comunicação visual, causando

fadiga dos órgãos e dificultando a mensagem visual. Quanto a estratégias de construção que

previnam este fenómeno, é eficiente e energeticamente sustentável a adoção de elementos de

controlo da entrada da luz natural, nomeadamente sombreamentos exteriores ou interiores, o

posicionamento das entradas de luz fora do ângulo de visão do utilizador e a projeção das fachadas

de modo a que estas não se encontrem a Norte combinadas com paredes de cor escura.

1.3.2.2 NÍVEIS DE ILUMINAÇÃO E CONTRASTE

De forma a obter-se uma boa iluminação num espaço interior há que ter em conta os níveis de

iluminância apropriados para a tarefa a ser efetuada, o brilho, os contrastes de luminâncias entre

objetos próximos de modo a evitar encandeamentos e a distribuição espacial da luz de modo a obter

uma atmosfera harmoniosa. Estes fatores são fundamentais no conforto visual dos ocupantes, além

de influenciarem a saúde, a capacidade de execução das tarefas desejadas, o humor e o bem-estar

geral.

Os níveis de iluminâncias devem ser elevados o suficiente para permitir o desempenho visual

desejado porém, estudos comprovam que o aumento do nível de iluminância além do necessário, não

aumenta a qualidade de iluminação, podendo apenas provocar desconforto por encandeamento ou

excesso de brilho. A idade é um aspeto importante na determinação do nível de iluminâncias pois

estudos comprovam que com o avançar da idade ocorre um envelhecimento dos tecidos que provoca

um endurecimento e amarelecimento dos tecidos oculares, resultando numa redução da capacidade

18

de adaptação1 do olho e da acuidade2 e sensibilidade ao contraste. Este envelhecimento implica uma

necessidade de luz para desempenho de uma dada tarefa com o mesmo nível de conforto e eficácia

cerca de quinze vezes superior para uma pessoa de sessenta anos relativamente a uma pessoa de

dez. De um modo geral, a quantidade de luz necessária deverá ser maior quanto maior for a rapidez

da informação recolhida e menor a dimensão do objeto observado.

O contraste dos níveis de iluminação dentro de um espaço interior também é bastante importante na

medida em que quando este é demasiado baixo, o campo de visão torna-se muito homogéneo do

ponto de vista cromático, o que diminui os pontos de interesse e a capacidade de atenção do

ocupante. No extremo oposto, quando os níveis de contraste são demasiado elevados, acontece o

fenómeno anteriormente referido de incapacidade de adaptação a dois níveis de iluminância distintos.

A relação ideal dentro de um espaço interior entre a maior e menor luminância é de aproximadamente

1/3 (VIANNA e GONÇALVES, 2001). Os níveis de E (iluminância) adequados para cada situação são

baseados em estudos científicos e análises empíricas da acuidade visual. Estes não estão

necessariamente relacionados com a uniformidade da distribuição luminosa ou da sua intensidade. A

solução para uma boa iluminação é bastante abrangente uma vez que é necessário ter uma

abordagem global do problema, sempre com a consciência de que o ponto central é o Homem e o

seu bem-estar.

De modo a uniformizar e legislar os níveis mínimos de luz exigidos em determinados locais, há

regulamentos em vigor que devem ser cumpridos aquando da construção de um espaço.

Relativamente a Portugal, utiliza-se o Modelo Europeu EN 12464-1 (2011) para locais de trabalho,

especificado pelo CEN (Comité Europeu de Normalização). Este modelo, ativo desde 2011 legisla

não só os níveis de iluminância (Em), como de uniformidade, restrição de brilhos e restrição

cromática.

Área de interior, tarefa ou atividade Em (lux)

Escrita, leitura, tratamento de dados 500

Desenho técnico

Desenho assistido por computador (CAD)

Desempenho do trabalho, fotocópia

750

500

300

Corredores 200

Tabela 2 – Níveis mínimos de iluminância para cada tarefa segundo o EN 12464-1 (2011)

1 Entende-se como adaptação, a capacidade de alguns seres vivos de sofrerem modificações fisiológicas em resposta

adequada às variáveis ambientais. 2 Entende-se como acuidade visual a capacidade do olho reconhecer pontos muito próximos como elementos separados.

Corresponde à nitidez da imagem recolhida através do olhar.

19

1.3.3 ASPETOS FUNDAMENTAIS DE GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO

O planeta Terra possui um volume quase esférico com um diâmetro de aproximadamente 12 700 Km.

Este desenvolve movimentos de rotação em torno de si próprio e de translação em torno de sol,

estrela que se encontra a uma distância de aproximadamente 150 000 000 km. Estes movimentos

resultam, respetivamente, na ocorrência das 24 horas do dia e dos 365 dias do ano. Na realidade, a

Terra demora 365,24 dias a fazer a translação completa em torno do sol, o que é ajustado em termos

de calendário, acrescentando um dia ao mês de Fevereiro a cada quatro anos, no chamado ano

bissexto.

Existem vários conceitos relativos à geometria de insolação que ajudam a compreender as condições

de interação do Sol com a Terra e a sua posição aparente de modo a precisar de forma mais eficaz

as necessidades de sombreamento para cada local do globo, nomeadamente as coordenadas

solares:

Latitude Geográfica (LAT): Ângulo formado entre o plano do equador e a linha que faz a ligação

entre o centro da Terra e o ponto a considerar. A latitude do equador é de 0º, enquanto a do Polo

Norte é de 90º e a do Pólo Sul de -90º.

Longitude Geográfica: Ângulo formado ao longo do equador, entre o plano convencionado como

referência, o meridiano de Greenwich (ângulo 0º) e o meridiano do ponto a considerar. A longitude

pode variar entre os -180º a Oeste e os 180 a Este do meridiano de referência. É através deste

sistema que se estipulam as diferenças de fuso horário que variam entre as -12h a Oeste e as +12h a

Este.

Tendo em conta que Lisboa se encontra no meridiano de Greenwich, a sua hora local corresponde à

hora universal através da qual se obtêm as horas locais dos restantes fusos horários.

Declinação: O plano da órbita da Terra em torno do sol é denominado de plano da eclíptica. É sabido

que o eixo de rotação da Terra não está alinhado com a sua normal, sendo que tem um ângulo de

23.45º. A declinação (DEC) refere-se ao ângulo formado entre o plano equatorial e o eclíptico e varia

entre os 23.45º no Solstício de Verão (21 de Junho) e os -23.45º no Solstício de Inverno (22 de

Dezembro) do Hemisfério Norte. Os ângulos são medidos tendo como referência o plano do equador

(ângulo 0º), e considerando os ângulos positivos como os que se encontram a Norte do equador e os

negativos, os que se encontram a Sul do mesmo. (Fig. 2.2)

Os dias em que o plano da eclíptica se encontra em linha com o equatorial correspondem à DEC=0º

e denominam-se de equinócio (ocorrem aproximadamente a 22 de Março e 21 de Setembro).

Fig. 0.2 – Declinação (Szokolay, 2007)

20

Embora seja do conhecimento geral que a Terra tem uma forma esférica, em termos práticos, torna-

se mais eficaz considerar o horizonte próximo do ponto que se pretende estudar como plano e o céu

como um hemisfério semicircular. Sendo assim, é possível determinar a posição do Sol através de

vários ângulos e definir medidas e intervalos de tempo, considerando o movimento do mesmo:

Altitude (ALT): Ângulo formado entre a linha que une o sol ao ponto em questão e o plano horizontal.

Azimute (AZI): Ângulo formado, no plano horizontal, entre o Norte geográfico e a posição do sol,

considerando o sentido dos ponteiros do relógio (Este=90º, Sul=180º, Oeste=270º).

Zénite (ZEN): Ângulo formado entre a linha que une o sol ao ponto em questão e o eixo vertical. Este

ângulo é complementar da altitude e pode ser definido em termos da mesma: ZEN=90º-ALT (Fig.

2.3).

Fig. 0.3 – Representação da altitude, Azimute e Zénite

(Szokolay, 2007)

Ângulo horário (HRA): Distância angular medida no plano da trajetória solar aparente relativa ao

ponto estudado, entre a posição solar a uma determinada altura do dia e a sua posição ao meio-dia

solar. Tendo em conta que o meio-dia solar corresponde ao ângulo 0º, consideram-se negativos os

ângulos correspondentes às horas da manhã e positivos os correspondentes às horas da tarde. Esta

grandeza expressa a altura do dia em função do meio-dia solar e considera uma diferença de 15º por

cada hora (360º/24h=15º/h) : HRA=15 x (h-12), ou seja, à 9 horas o ângulo solar é de HRA= 15 x (9-

12)= -45º.

Dia Sideral: Medida do tempo em consideração com a posição relativa das estrelas. Corresponde ao

intervalo de tempo percorrido entre duas passagens sucessivas do ponto 𝛾 (ponto de interceção do

equador com a eclíptica) pelo meridiano do local.

Dia solar aparente: Intervalo de tempo entre duas passagens do Sol pelo Meridiano do local. O dia

solar aparente é maior que o dia Sideral cerca de 4 minutos devido ao movimento de translação da

Terra que é de aproximadamente 1º (4 minutos) por dia.

Tempo Solar verdadeiro: Valor usado habitualmente em estudos relacionados com o sol que é dado

pelo movimento aparente do sol ao longo do dia e que está relacionado com o Dia Solar aparente.

Este pode ser medido através de um relógio de sol e corresponde ao ângulo horário do centro do sol.

21

O tempo solar verdadeiro é diferente para cada zona do globo, consoante o seu zénite, e para cada

dia do ano, devido ao movimento de translação.

Os fusos horários de cada local são convencionados de modo a existir uma proximidade com o tempo

solar verdadeiro, existindo um ajuste de uma hora por cada 15º de longitude.

Meio-dia Solar: Momento em que o sol cruza o meridiano do local. O meio-dia solar apenas coincide

com o meio-dia do tempo local na longitude de referência do fuso horário local.

1.3.3.1 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA

O movimento diurno do Sol é de Este para Oeste pois é reflexo do movimento de rotação da Terra

que se verifica de Oeste para Este. No entanto, a trajetória aparente do Sol está também relacionada

com a latitude do ponto do globo onde se encontra o observador e da altura do ano. Para o

hemisfério Norte, durante o equinócio, o Sol nasce aparentemente a Este às 6h e põe-se a Oeste as

18h. O meio-dia solar atinge a altitude de 90º-LAT, posição onde o zénite coincide com o valor da

latitude. Sendo assim, no equador o meio-dia solar verifica-se quando o sol faz um ângulo aparente

de 90º com a superfície terrestre e nos polos, a trajetória coincide com a linha do horizonte.

No Solstício de Verão, o Sol nasce a Nordeste e no Solstício de Inverno nasce a Sudoeste. No

entanto, tanto o azimute como a hora exata do nascer do Sol dependem da latitude do local. Embora

o Sol tome posições diferentes ao longo do ano, é de notar que a sua trajetória no Solstício de

Inverno e de Verão é paralela à do equinócio, mas com a respetiva deslocação a Norte e Sul.

De forma a representar no plano horizontal, o hemisfério de três dimensões do céu, existem vários

tipos de diagramas que expressam a trajetória solar ao longo do ano: Diagramas solares, projeções

verticais e a projeção gnomónica ou central.

Estes métodos de representação, exemplificados na Fig. 2.4, dão diferentes perspetivas da

interpretação da volumetria da Terra e têm em comum a utilização de uma linha na reprodução do

caminho efetuado pelo Sol. O mais utilizado é a projeção estereográfica que consiste numa

representação radial cujo centro teórico é o ponto nadir (ponto inferior da esfera celeste). Este gráfico

solar é o método mais usado e pode ser desenvolvido para qualquer latitude. Na representação

gráfica estão sempre presentes as linhas correspondentes ao equinócio, Solstício de Verão e Inverno,

no entanto, as linhas intermédias são escolhidas arbitrariamente.

Fig. 0.4 – Representação estereográfica para latitudes da Madeira e Açores(slideplayer, 2014)

23

Capítulo 2

UTILIZAÇÃO E CONTROLO DA LUZ NATURAL NA ARQUITETURA

2.1 BREVE ANÁLISE HISTÓRICA DO USO DA LUZ NATURAL NA ARQUITETURA

A luz apresenta um papel fundamental na vida humana visto que o homem é totalmente dependente

da desta, sendo 70% da sua perceção de carácter visual. A iluminação natural dos espaços interiores

é de uma importância relevante no projeto e organização de áreas habitáveis pelo homem tanto no

acréscimo do conforto interior dos ocupantes como na criação de diferentes sensações. No entanto, a

sua utilização pode ter passado despercebida em certos momentos da história, visto tratar-se de algo

natural e presente na vida, o que não impede que a luz seja utilizada de diferentes formas. A

arquitetura caracteriza-se por ser uma síntese e um reflexo imediato da cultura, técnica, politica e

economia presentes numa sociedade. Enquanto arte, realiza-se como uma expressão do espírito

humano que se concretiza no tratamento da luz e os seus componentes: cor, forma e vazios da

mesma. A análise histórica do uso da luz na arquitetura revela a sociedade e valores de cada época,

o desenvolvimento tecnológico e a forma de pensamento do homem.

A utilização de fenestrações no edificado na tentativa de atingir variados objetivos remete para os

primórdios da arquitetura, nas civilizações egípcias, gregas e romanas. A iluminação natural foi usada

nestas civilizações com o objetivo de criar cenários dramáticos, começando por ser utilizada nos

edifícios religiosos e conseguir, em simultâneo, conforto ambiental interior.

Os egípcios utilizavam pequenas aberturas nos locais de culto dos Deuses para a entrada de luz de

modo a evitar o sobreaquecimento com a entrada excessiva de calor e ao mesmo tempo criar um

ambiente místico com pouca iluminação. Nas suas construções monumentais criavam percursos de

aproximação às divindades e à purificação dos crentes que consistiam na passagem por pátios

luminosos a salas obscuras até à chegada ao sacrário, como acontece no templo rupestre de

Ramsés II. Além disso, na civilização do antigo Egipto, existia um grande culto ao Sol pelo que eram

construídos obeliscos, símbolos decorativos feitos em pedra que tinham como única função receber a

luz do sol e projetar a sombra na montanha, delineando os raios solares e recordando assim a

criação do Universo que o sol renova a cada dia que nasce. De referir que durante vários séculos, as

primeiras inovações arquitetónicas em termos de estilos e soluções construtivas foram sempre

empregues originalmente na arquitetura religiosa visto esta ser considerada, durante vários séculos, o

maior símbolo de poder de uma civilização. Estas inovações podiam ou não expandir-se para a

arquitetura civil.

Os gregos, mais uma vez, começaram por utilizar a luz na arquitetura religiosa, voltando o único vão

dos templos construídos na acrópole para Nascente de modo a que as figuras dos Deuses

recebessem os primeiros raios solares do dia. O seu conceito de espaço estava relacionado com a

articulação das superfícies exteriores e dos volumes expostos à luz. Exemplo disso são as grandes

24

composições de colunas colocadas no exterior dos templos que se dispunham sob a luz do sol,

criando vários efeitos de luz e sombra. A arquitetura clássica, de formas simples e maciças com

pequenas e bem localizadas aberturas proporciona o tratamento da luz como algo precioso e

perigoso. O controlo da radiação solar, que se caracteriza como quente e intensa em climas quentes

como o Egípcio, Grego e Romano, possibilita a criação de um espaço interior agradável e de

condições favoráveis ao desenvolvimento das atividades humanas.

Na arquitetura romana insere-se um novo conceito de construção, com o aparecimento do betão e

das formas mais curvilíneas, nomeadamente na icónica abóbada que é pela primeira vez utilizada

pela civilização romana no topo da parte cilíndrica do Panteão (Fig. 3.1 a)), templo sagrado que

realiza a nova tradição arquitetónica romana da unidade formal central. É pela primeira vez utilizada a

luz zenital no topo da abóbada com o objetivo de cancelar o efeito de contraste no interior que se

verifica devido à abertura de nichos na cobertura que surgem de modo a eliminar algumas cargas

inertes. É também na arquitetura romana que se implementa a construção de termas públicas (Fig.

3.1 b)), sobretudo as do tipo monumental que se fixam no século II, aquando da construção das

grandes implantações civilizacionais. Sendo necessário recorrer a um esquema organizado para que

os banhos fiquem alinhados segundo o calor crescente das águas das piscinas ao longo do eixo

central, a disposição dos espaços interiores tinha em consideração a posição solar de modo a tirar

maior partido do aquecimento nos locais de maior exposição. Assim sendo, o Calidarium era

orientado a Sul e configurava um volume que ultrapassava o perímetro do corpo do edifício de modo

a obter uma maior exposição solar e, consequentemente, mais calor. As restantes divisões que

albergavam piscinas com águas gradualmente mais frias dispunham-se sucessivamente com menos

aberturas para o exterior e em direção a Norte.

Fig. 2.1 – Representação esquemática. a) Panteão; b) Termas Romanas (Google imagens, 2014 - editado)

No século X surge um estilo arquitetónico cujas principais características construtivas têm como

objetivo a proteção contra os ataques inimigos e cujo nome tem como referência as semelhanças

com a arquitetura romana: o românico.

Nichos

Óculo

Cúpula

Pórtico Rotunda

Calidarium

Laconicum Apodyterium

Frigidarium Tepidarium Hypocaustum

a) b)

25

A igreja românica, denominada como “fortaleza de Deus” caracteriza-se pela sua robustez, tamanho,

austeridade e solidez, o que se deve ao facto de ser fruto de um estilo clerical, ao contrário das

anteriores que se enquadravam no gosto refinado da nobreza. O culto religioso é visto agora como

um ritual de reflexão e oração individual, pelo que é necessário um ambiente mais protegido e sereno

onde a luz natural não é pretendida em grande quantidade no interior das igrejas. Em termos

construtivos, existe na época do românico falta de soluções estruturais que possibilitem grandes

aberturas nas fachadas. Em toda a construção românica é comum a utilização da pedra com recurso

às abóbadas em substituição dos telhados das basílicas, os pilares fortes e maciços e as paredes

espessas com aberturas raras e estreitas que funcionam como janelas e que dão um carácter de

opacidade às suas igrejas. Em Portugal, uma das construções mais importantes da época românica é

a Sé Velha de Coimbra (Fig. 3.2) que permanece relativamente intacta até aos dias de hoje. O seu

exterior é austero, fazendo lembrar a aparência de um castelo e a fachada é caracterizada pelas

escassas aberturas, os contrafortes construídos nos cantos e o volume da torre central que se

destaca pelo seu janelão.

Já na arquitetura gótica, cujo aparecimento se deu no século XII com as primeiras construções de

catedrais (símbolo maior deste estilo arquitetónico), a luz é o elemento fundamental e penetra em

todas as construções religiosas da época através de vitrais – elementos integrados na ornamentação

das igrejas pela primeira vez que substituem as anteriores paredes estruturais. Toda a teoria

figurativa do gótico tem na sua base a existência da luz como materialização de Deus nos locais de

culto, as igrejas e catedrais. Surge pela primeira vez a rosácea, elemento arquitetónico ornamental

colocado ao centro da fachada principal que transmite através da luz e da cor a ascensão ao sagrado

e que ilumina o santuário, local representativo da porta do céu. O primeiro grande destaque da

arquitetura gótica deu-se aquando da construção em 1140, da Basílica de Saint-Denis (Fig. 3.3),

situada a Norte de Paris, com técnicas estruturais e de decoração até então não utilizadas. Em

Portugal, dois dos marcos históricos mais importantes da presença da arquitetura gótica são o

Mosteiro de Alcobaça (primeira obra do gótico construída no século XII) e o Mosteiro da Batalha

(Fig.3.4).

2.2 – Sé Velha de Coimbra (Google imagens, 2014)

26

A época da Renascença, período histórico entre os séculos XIV e XVII, caracteriza-se pela retoma

dos valores clássicos e pelos estudos feitos na área da filosofia e ciência, o que se manifesta também

em termos de arquitetura. Há uma busca de novos meios de expressão, utilizando as bases clássicas

bastante respeitadas. Evidenciam-se inovações na arquitetura como o uso de cor, de diferentes

materiais e texturas, o que tem relevância na nova conceção da forma. A luz natural tem presença em

todos os pormenores texturais e de cor presentes nas novas obras da renascença, verificando-se um

cuidado evidente dos arquitetos da época com o detalhe da forma e da cor na tentativa de alcançar

efeitos plásticos que se evidenciam com o efeito de luz e sombra. As janelas, elemento fulcral das

obras renascentistas, além de terem um carácter estético que torna a fachada simétrica, mostrando o

rigor de cálculo e a busca pela uniformidade visual, também pretendem fazer uma gestão entre o

clima e a luz. Nos países do Norte da Europa, as fachadas têm mais áreas envidraçadas e paredes

mais finas, sendo que o principal objetivo é a penetração de luz solar no interior. Em países mais

quentes, as aberturas são em menor número e de área mais reduzida, colocadas de forma a

favorecer a ventilação e a consequente refrigeração do espaço interior. As paredes também mais

espessas, além de impedirem o sobreaquecimento do espaço interior, também ajudam à difusão da

luz no interior e à diminuição do encadeamento (ALFONSO, 2006).

No século XVII surge o estilo Barroco como forma de reação a várias crises económicas e sociais que

se verificaram na Europa no final do século XVI. Este é um período de enaltecimento do belo e busca

de uma nova interpretação da antiguidade. Há uma rotura do modelo cúbico e ordenador

anteriormente adotado por arquitetos do renascimento, como Brunelleschi e o edifício adquire agora

um papel fundamental na cidade e um valor cenográfico criador de várias sensações ao espectador

(ALFONSO, 2006). Como busca da dimensão do infinito, os espaços tornam-se agora mais

dinâmicos. Existe uma evidência do tema do movimento que se verifica na existência dinâmica dos

opostos onde a luz é a nova lei ordenadora do espaço e dos materiais. Sendo este um estilo que

busca a dramatização e a cenografia dos espaços, o uso correto da luz tem uma função fundamental

na criação de diferentes sensações provocadas pelos objetos e na capacidade de conferir aos

edifícios um valor plástico através da sua intervenção nas formas côncavas e convexas tanto no

espaço interior como nas fachadas. A luz tem a capacidade de relevar o belo, evidenciar o inestético,

distinguir o brilho e a treva. É bastante abordada, na época barroca, a questão do maravilhoso onde o

individuo que observa o objeto é espectador da obra. As geometrias dos espaços revelam-se mais

Fig. 2.3 – Basílica de Saint-Denis (wikimedia, 2014)

Fig. 2.4 – Mosteiro da Batalha (wikimedia, 2014)

27

complexas e a luz entra por pontos estrategicamente selecionados de modo a fazer emergir o espaço

e o desenho, o que se verifica em Sant’Ivo alla Sapienza, em Roma (Fig. 3.5) com o lanternim

colocado no topo da cúpula que engrandece esteticamente o espaço graças aos materiais utilizados

no interior como o estuque e reboco branco e no Palácio Nacional de Mafra (Fig.3.6), obra mais

internacional do barroco em Portugal.

Fig. 2.5 – Cúpula da Igreja de Sant’Ivo alla Sapienza (1660)

(Sapo Museus, 2014)

Fig. 2.6 – Biblioteca do Palácio Nacional de Mafra (1717)

(Paradoxplace, 2014)

Com a revolução industrial, no final do século XIX, houve o aparecimento de novos materiais na

construção e, consequentemente um novo tipo de edificações. Deixou de existir a preocupação

constante com a adequação da obra ao meio natural, o que se deveu ao facto de a arquitetura já não

ser vista com carácter unitário e de haver uma quebra da relação entre a conceção e a produção da

arquitetura e entre a arte e a técnica. Este facto provocou um decréscimo da qualidade arquitetónica

e da preocupação com as questões climáticas de cada local.

Com a utilização do metal estrutura dos edifícios, juntamente com o aparecimento do elevador

mecânico, foi possível criar um novo tipo de edificações – os chamados arranha-céus – que surgiram

na cidade de Chicago e depressa se difundiram por outras cidades dos Estados Unidos da América.

Os edifícios aumentam em altura e as estruturas murárias portantes dão lugar a um revestimento

mais leve com fachadas total ou parcialmente construídas em vidro. O movimento moderno do século

XX e as novas tecnologias de construção fizeram com que nascesse a intitulada “arquitetura do

vidro”. É no século XX que surgem novas exigências em termos de iluminação pois surge a

necessidade de iluminar espaços em que várias pessoas realizam tarefas visuais simultaneamente, o

que anteriormente não acontecia. Com o aparecimento da iluminação elétrica foi possível cobrir os

requisitos de iluminação de dia e noite apesar de acarretar vários problemas a nível energético.

O primeiro edifício com a estrutura de aço foi o Home Insurance Building (Fig. 3.7 a)), construído em

1885 na cidade de Chicago com 10 pisos (TIETZ, 2008). No entanto, a evolução deste tipo de

construção foi tão veloz que, apenas 60 anos depois era construído um edifício com mais de 100

andares e 380m de altura – o Empire State Building (Fig. 3.7 b)), em Nova Iorque.

O vidro é um novo material de excelência que permite uma subtileza e fragilidade na construção por

remover o efeito da massa e substituir a opacidade pela leveza do transparente. Esta nova técnica

teve grande importância no início do século XX pela sua grande modernidade e variedade de

28

possibilidades de utilização, nomeadamente em combinação com o ferro e aço. Para além de permitir

a construção em altura, o que possibilitou o aparecimento dos arranha-céus, a utilização destes

novos materiais permitiu a distinção entre a estrutura e as paredes, dois elementos anteriormente

indissociáveis, e sugeriu a ideia de planta livre – o chamado “open space” – e de fachada livre, como

são exemplo os escritórios de Mies Van der Rohe (Fig. 3.7 c)), onde o vidro da fachada se afasta da

malha estrutural metálica.

Ao longo do tempo este tipo de organização espacial interior combinada com a fachada de vidro

revelou-se pouco vantajosa em termos de eficiência energética uma vez que além de conduzir a

situações de desconforto térmico junto da periferia, não permite condições desejáveis de luz natural

em todas as áreas da divisão de planta livre. Estes factos têm como consequência a obrigatoriedade

de utilização de mecanismos de climatização e luz artificial mesmo durante o dia.

a)

Fig. 2.7 – Arranha-Céus: a) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); b) Home Insurance Building (1885) (wikipedia, 2014); c) Fig. 2.8 – IMB Building (1969) (wikipedia, 2014)

Ainda no século XX, mas no período pós-guerra, verifica-se uma mudança na arquitetura com uma

substituição do ferro e vidro pela renovação do uso do betão. Com uma abordagem diferente da

adotada décadas antes, a luz natural continua a ter um papel muito importante seja na relação com

os materiais utilizados como na dimensão que se pretende dar a uma obra. Le Corbusier, um dos

arquitetos mais importantes do século XX, revela no pós-guerra um novo interesse pela

expressividade da forma a que se dá o nome de brutalismo, isto é, o primitivo valor do corpo oposto à

luz. Há uma rotura na construção totalmente virada para o exterior com as fachadas envidraçadas e

verifica-se um regresso à compacidade das formas e corpos de sombras que aludem a um interior

protegido. Exemplo disso são o convento Saint Marie de la Tourette e a Capela de Notre Dame du

Haut, representados na Fig. 3.9 e.3.10.

b) c)

29

Fig. 2.9 – Convento Saint Marie de la Tourette

(Historiadelartedbe, 2014))

Fig. 2.10 – Capela de Notre Dame du Haut

(mercadoarte, 2014)

Nos edifícios contemporâneos existe uma maior preocupação na utilização da iluminação natural para

garantir condições adequadas para o trabalho e vivências da habitação. No entanto, nem sempre

houve essa preocupação na arquitetura do século XX. O grande uso e inovação da iluminação

artificial, juntamente com o facto de as paredes e as estruturas serem cada vez mais leves e finas faz

com que se perca a possibilidade do anterior manuseio da luz que se filtrava através das espessas

paredes. A evolução da profissão do arquiteto como artista fez perder o caracter técnico da

arquitetura e culminou em muitos erros do ponto de vista do conforto interior em detrimento do

conceito formal da obra.

Um dos grandes exemplos da sobreposição da arte à técnica é a Farnsworth House, projetada por

Mies Van der Rohe em 1951 (Fig. 3.11). Situada no estado de Illinois, nos Estados Unidos da

América, esta obra esteve envolvida em grande polémica e foi alvo de várias críticas dos arquitetos

contemporâneos, nomeadamente Frank Lloyd Wright, arquiteto que se caracterizava por ser um

defensor da obra como uma adaptação perfeita do construído com a envolvente existente. A

Farnsworth House tem como principal conceito o seu carácter transparente conseguido através do

vidro que envolve todas as fachadas da casa. Como consequência, o conforto ambiental interior foi

descorado e houve mesmo um processo judicial movido pela primeira proprietária da residência que

alegava o facto de esta ser inabitável (Farnsworthhouse, 2014).

Fig. 2.11 – Farnsworth House (Planyourcity, 2014)

Desde o final do século XX, com a preocupação emergente sobre o aquecimento global, até aos dias

de hoje, tem vindo a formar-se uma consciência crítica no que diz respeito à sustentabilidade das

construções e à poupança energética que se pode obter através de boas práticas de projeto e

30

exigências dos Regulamentos. Relativamente à utilização da radiação solar de forma sustentável,

ainda que com a existência de grandes envidraçados, várias soluções têm sido adotadas de modo a

diminuir a necessidade de climatização e iluminação artificiais. Uma solução bastante eficaz é o uso

de sombreamentos fixos ou reguláveis que permitem a manutenção da estética desejada em

simultâneo com o controlo de entrada de luz e radiação solar de modo a obter o ambiente visual e

térmico desejado em cada projeto. Um exemplo da utilização de sombreamentos de forma eficaz e

inovadora é o projeto arquiteto Jean Nouvel, Instituto do Mundo Árabe (Fig. 3.12), em Paris, cuja

fachada é automaticamente regulada, filtrando a luz exterior na medida do necessário. Este é um

exemplo sustentável de soluções de sombreamento devido à grande capacidade de adaptação às

condições exteriores.

Fig. 2.12 – Instituto do Mundo Árabe, Paris

(Google imagens, 2014)

2.2 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL DE AMBIENTES INTERIORES

Os sistemas de iluminação natural consistem em aberturas nos edifícios (normalmente revestidas

com vidro), que admitem a radiação solar e por vezes porções de ar para o ambiente interior. Estes

podem ter vários tamanhos, geometrias, funções e podem ser instalados isoladamente ou com o

auxílio de sistemas suplementares de auxílio à penetração dos raios solares.

Iluminação lateral

A forma de iluminação natural mais comum é a utilização janelas de iluminação lateral (Fig, 3.13),

consistindo aberturas verticais nas paredes dos edifícios. Estas têm vindo a ser estudadas ao longo

dos tempos e desempenham diferentes funções na introdução da luz natural no interior, consoante as

suas características geométricas e as características da divisão a iluminar, nomeadamente, a posição

do teto. A posição mais comum destas aberturas é a meia altura do piso, devido à possibilidade de

um contacto visual dos ocupantes com o exterior. No entanto, este tipo de iluminação tem

desvantagens a nível de iluminação pois permite que as reflexões do pavimento exterior penetrem e

causem encandeamentos.

31

As janelas colocadas a uma cota superior conseguem uma melhor distribuição luminosa nos dias de

céu nublado devido à difusão da luz do sol. Nos dias de céu limpo, este tipo de janelas evitam o

encadeamento devido à sua localização superior ao nível dos olhos. Por esse motivo, não permitem

um contacto visual com o exterior, o que causa diminuição do conforto e bem-estar dos ocupantes.

Fig. 2.13 – Tipos de iluminação lateral (Egan, 2002)

Embora as janelas sejam o sistema mais comum na iluminação natural, não são o mais eficiente em

termos de uniformidade luminosa devido à grande diminuição da quantidade de luz ao longo do eixo

perpendicular à abertura. Uma solução para o problema é a adoção de um sistema de iluminação

bilateral que aumenta a quantidade de luz e a torna mais uniforme. No entanto, devido a limitações de

organização espacial, nem sempre é possível adotar este tipo de solução.

As janelas sofreram ao longo da história várias derivações de tamanho e geometria que evoluíram,

depois da introdução das estruturas metálicas, para janelas a toda a largura dos edifícios, e mais

tarde, para fachadas cortina (vãos a toda a altura do piso). Na Fig, 3.14 apresentam-se dois exemplos

de iluminação lateral através de janelas.

Fig. 2.14 – Exemplos de iluminação lateral: a) janelas a cota alta e a meia altura (Google imagens, 2014]); b) “fachada cortina”

Tendo em conta a grande utilização das janelas em todos os tipos de edifício e as suas desvantagens

ao nível do conforto térmico e visual (através de perdas de calor no Inverno, sobreaquecimentos no

Verão e distribuição deficiente da iluminação natural), podem ser instalados sistemas que melhorem a

penetração de radiação no inverno e ao mesmo tempo diminuem o desconforto criado pelo

encandeamento. Dentro dos sistemas de iluminação mais inovadores, encontram-se os de

redireccionamento da luz, que permitem uma maior difusão da luz direta e maior penetração dos raios

solares. Sendo simultaneamente um sistema de sombreamento, as palas refletoras podem ser

verticais (suncatcher), horizontais ou reguláveis (light shelves), como representado nas Fig. 3.15 e

Fig. 3.16, e combinadas entre si de modo a conseguir uma maior eficiência luminosa. O alcance da

Céu encoberto Céu encoberto

Janelas a

cota alta

Luz refletida

a) b)

32

luz, dentro de um compartimento, tem geralmente uma relação de 1,5 vezes a altura da janela. Com a

instalação de palas refletoras horizontais, a zona iluminada pode aumentar até 2,5 vezes a altura da

janela (O’CONNOR, 1997).

Fig. 2.15 – Pala refletora de redireccionamento de luz (Santos, 2007)

Fig. 2.16 – Sistemas de redireccionamento da luz natural. a) Palas refletoras; b) Distribuição da luz natural (O’Conner, 1997)

De modo a conseguir uma maior distribuição da luz, evitando os encadeamentos, é vantajoso adotar

diferentes tipos de vidro para a parte superior e inferior das palas (na parte superior vidro simples e

na inferior com seletividade espectral).

Uma estratégia integrada na construção, e adicional ao dimensionamento dos vãos, é a geometria do

teto do compartimento. Uma pequena inclinação na zona próxima do vão, altera, através de reflexões

na superfície, a distribuição luminosa ao longo do compartimento (O’Conner, 1997).

Iluminação Zenital

A iluminação zenital é praticada através de aberturas na cobertura dos edifícios, iluminando o interior

dos espaços de uma forma uniforme. Este tipo de sistema permite uma maior uniformidade luminosa

no plano de trabalho e um maior tempo de iluminação natural durante um dia.

A grande vantagem das aberturas zenitais é a possibilidade de colocação em várias posições, a

grande variedade de geometrias e inclinações que conferem diferentes distribuições luminosas e a

possibilidade de penetração dos raios solares até divisões situadas em caves e pisos subterrâneos. A

maior eficácia destes sistemas é conseguida em dias de céu limpo, quando os raios solares incidem

sobre a cobertura envidraçada.

a) b)

Luz Natural

Luz

Natural

33

Por outro lado, a iluminação podezenital acarreta algumas desvantagens no que diz respeito ao

acesso, manutenção e limpeza. São ainda mais propensas a sobreaquecimentos devido à sua

posição relativamente ao Sol e a sua construção é apenas possível no último piso. Na Fig. 3.17

encontram-se representados diferentes exemplos de luz zenital.

Também nesta solução é possível e vantajosa a utilização de sistemas de redireccionamento que

tiram maior proveito da iluminação exterior através de um processo semelhante ao que acontece nas

aberturas laterais.

Em localizações muito profundas ou de difícil acesso da luz solar, são ainda utilizados sistemas

inovadores que transportam os raios de várias formas. Exemplo disso são os “light pipes” (Fig. 3.18

a)) são tubos angulares com superfícies refletoras colocadas no interior que recebem a luz zenital e a

transportam através de sucessivas reflexões até a espaço interior pretendido. Outra possibilidade é a

utilização de sistemas “Anidolico” (Fig. 3.18 b)) que tem a capacidade de captar a luz difusa de dias

de céu encoberto e transportá-la quase na totalidade até ao interior, devido ao seu composto

parabólico refletor da luz.

Fig. 2.18 – Sistemas inovadores de luz natural: a) Sistema de canalização de luz (Baker e Steemers, 2002);

b) Sistema Anidolico (Google imagens, 2014)

a)

Fig. 2.17 – Estratégias de iluminação zenital

b)

Cúpula de acrílico

Conduta com espelhos interiores

34

2.3 DISPOSITIVOS DE SOMBREAMENTO NA ARQUITETURA

O recurso a grandes envidraçados em projetos de arquitetura tem vindo a ser cada vez mais

frequente, o que confere aos edifícios uma estética própria e um contacto visual dos ocupantes com o

ambiente exterior. No entanto, esta solução cria vários problemas a nível energético pois aumenta os

ganhos solares, que se tornam excessivos na estação de arrefecimento provocando o

sobreaquecimento do ambiente interior, principalmente em países com verões quentes como

Portugal. Como consequência, há um maior recurso a refrigeração condicionada e à iluminação

artificial. A colocação de sombreamentos de modo a colmatar a radiação incidente é necessária para

tornar o ambiente luminoso demasiado escuro para a função a ser desempenhada no local.

Cabe aos engenheiros e arquitetos solucionar o problema através de uma estratégia global de projeto

que inclui a escolha de materiais, organização espacial e orientação dos vãos. A manipulação da

entrada de iluminação natural nos edifícios é fundamental para a obtenção de uma boa distribuição

luminosa no interior sem recurso a iluminação artificial, e, sem que com isso seja afetado o conforto

ambiental interior. Os dispositivos de sombreamentos, sejam eles reguláveis ou fixos, são uma boa

solução no controlo e modelação da luz natural que penetra nos espaços, devendo permitir aos

ocupantes o contacto com o exterior, o controlo de encandeamentos e da incidência excessiva de

radiação solar. Deste modo é possível manter os grandes vãos envidraçados sem pôr em causa o

conforto interior e a sustentabilidade do edifício no que diz respeito ao consumo energético

proveniente de processos condicionados de refrigeração.

Nos últimos anos têm vindo a ser efetuados vários estudos no que diz respeito à eficácia dos

dispositivos de sombreamento na distribuição luminosa interior e no controlo da radiação solar

incidente. Este estudos focam-se na posição dos sombreamentos relativamente ao vão (ATZERI et

al, 2014), na sua eficácia relativamente aos sombreamentos verticais e horizontais (ALZOUBI, 2009),

na influência do ângulo de inclinação dos estores venezianos no conforto interior (ALI, 2003), na

comparação de tipos de sombreamento (STAZI et al, 2014) quanto aos impactos ambientais, níveis

de iluminação, níveis de conforto interior e de consumo de energia (ALDAWOULD, 2013) e na

avaliação do desempenho dos estores venezianos (GOMES et al, 2014) e (GRATIA e HERDE, 2007),

entre outros. Para alcançar uma solução eficaz é necessário ter em conta as diferentes variáveis que

influenciam o desempenho dos sombreamentos, isto é, as condições exteriores de temperatura, a

estação do ano, a dimensão, forma e orientação das janelas, o material, espessura, desenho e

posição dos dispositivos de sombreamento, as condições interiores de existência de fontes de calor e

as atividades desenvolvidas no espaço.

A eficácia destes dispositivos é ampliada quando é conseguida uma climatização natural do espaço

interior, um ambiente luminoso eficaz e agradável e um contacto visual com o exterior combinado

com a estética minimalista característica das fachadas envidraçadas.

Ao projetar sistemas de sombreamento, existem vários fatores a ter em conta com o intuito de

conferir um equilíbrio luminoso e térmico interior que podem ser quantificados e influenciar decisões

de projeto: i) a transmitância visível (𝜏v) consiste na percentagem de luz que é transmitida através de

35

um envidraçado ou de um elemento de sombreamento; ii) o Coeficiente de Sombreamento (CS)

permite conhecer a capacidade de controlo solar de um envidraçado e consiste na quantidade de

radiação transmitida através de um envidraçado, tendo como referência um vidro simples, cujo

coeficiente de sombreamento se define como 1 (BROWN e DEKAY, 2001) iii) O Fator de Ganho

Térmico Solar (FGTS) consiste num valor referente à quantidade de calor cuja transmissão é

permitida através de um envidraçado padrão. Este valor depende do ângulo do Sol em relação ao vão

e a intensidade da radiação. iv) O Fator de Luz de Dia é o parâmetro mais utilizado para caraterizar a

distribuição de luz no interior de um edifício

2.3.1 FUNÇÕES, TIPOS E CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS

O sombreamento e construção de obstruções à entrada da luz solar através das aberturas nos

edifícios constitui uma importante faceta da arquitetura. Existem várias soluções estudadas ao longo

dos anos que se prendem com a utilização de dispositivos de sombreamento, uso da própria

construções ou construções adjacentes, até ao uso de materiais inovadores na constituição das

fenestrações. De uma forma geral, os sombreamentos podem-se definir como fixos ou móveis, cada

um dos tipos satisfazendo diferentes necessidades. Existem ainda soluções avançadas do ponto de

vista tecnológico que consistem no controlo da radiação solar através da manipulação química dos

materiais, como nos sistemas avançados de vidro.

Num meio urbano, existem variadas fontes de obstrução à radiação solar proveniente de volumes

edificados fronteiros ou laterais, como representado na Fig. 3.19. Nesta situação, o sombreamento

está dependente das orientação do compartimento em causa, da distância entre as duas construções

e da diferença de cotas e volumetria entre o compartimento sombreado e o topo do edifícios

obstrutores. Em muitas situações de cidades mal planeadas, os sombreamentos excessivos são um

fato e um problema pois resultam numa iluminação natural reduzida a poucas horas do dia.

a)

b)

Fig. 2.19 – Sombreamento excessivo de edifícios próximos: a) Vista aérea de Nova Iorque (Google imagens,

2014); b) Ilustração do efeito da obstrução solar de edifícios próximos (vitruvius, 2014)

Numa perspetiva mais controlada e intencional da proteção solar, existem várias soluções com

diferentes características funcionais e construtivas que podem ser adotadas. De seguida são

enumeradas algumas soluções e as suas principais características.

36

Palas Horizontais e verticais

As palas horizontais e verticais são elementos volumétricos incorporados na construção dos edifícios

tendo como objetivo o “mascaramento” de porções de céu, podendo materializar-se em varandas,

sacadas, marquises, beirais de telhados, volumes provenientes da organização espacial interior

(como saliências nas fachadas) ou simples elementos de quebra-sol (FROTA, 2004). Estes podem

ser construídos em betão, ou pré-fabricados em metal, alumínio ou madeira (lamelas), conseguindo

assim uma maior variedade de posições e possibilidade de ajuste. Os elementos de quebra-sol

constituíram uma das principais inovações da arquitetura moderna (bastante utilizado pelo arquiteto

Le Corbusier) e podem ter diferentes geometrias e orientações.

O quebra-sol horizontal (Fig. 3.20 b) a Fig. 3.22) é dependente da relação entre a altura do vão e a

extensão do elemento na direção perpendicular ao edifício. Este tem como objetivo o sombreamento

em alturas do dia em que o Sol tem um maior angulo, sendo que em ângulos próximos do zero, este

tipo de quebra-sol tem eficiência nula. Na Fig. 3.20 a) e Fig. 3.21 estão representadas as distribuições

de iluminâncias consoante o tipo de sombreamento.

Fig. 2.20 – a) Gráficos de distribuição de luz ( O’connol, 1997 -

Editado); b)Ilustração esquemática de palas horizontais (Szokolay, 2007)

É possível a obtenção de vários objectivos através da composição das placas, podendo estas ser

únicas ou constituídas por várias mais estreitas colocadas a diferentes cotas, com dimensão variável

consoante o vão abrangendo toda a largura da fachada (solução eficaz em mais ângulos devido à

sua extensão ao longo de toda a fachada), adjacentes à parede ou relativamente afastadas da

mesma (solução com melhor desempenho térmico pela menor troca de calor com a parede). Para

além disso, há ainda a possibilidade da sua construção ser complementada com um volume interior,

o que resulta numa diferente distribuição de luz natural e um diferente modo de sombreamento.

Fig. 2.21 – Distribuição da luz natural com palas interiores (O’connol, 1997 - Editado)

a)

b)

Sem sombreamento

Exterior

Sem sombreamento

Interior/

Exterior

Sem sombreamento

37

Fig. 2.22 – Palas horizontais (Google imagens, 2014)

O quebra-sol vertical (Fig. 3.23) consiste numa solução semelhante à referida anteriormente, com as

placas construídas verticalmente, podendo ser à direita ou à esquerda do vão, tendo em conta a

orientação do edifício. Esta solução é adotada para proteção apenas em determinadas alturas do dia,

devido à sua geometria vertical e ao movimento do sol ser relativamente horizontal. A altura do

sombreamento deve ser pelo menos igual à do vão, de modo a evitar a entrada indesejada do Sol por

baixo ou por cima da placa.

Fig. 2.23 – Ilustração esquemática de palas verticais fixas e reguláveis (Szokolay, 2007)

À semelhança dos elementos horizontais, estes podem também ser construídos de forma a abranger

toda a altura do edifício. Os quebra-sol verticais (Fig. 3.24) podem ser utilizados isoladamente, ou

divididos em vária placas mais “curtas”, conseguindo assim uma maior eficiência nas várias posições

do Sol. Além, pode ocorrer a utilização de palas verticais e horizontais em conjunto, como acontece

no edifício projetado por Corbusier, Unité D’habitation (Fig.3.25), emblemático marco da arquitetura

moderna.

Fig. 2.24 – Quebra-Sol vertical (levolux, 2014)

Fig. 2.25 – Unité D’habitation – varandas com combinação de quebra-sol vertical e horizontal (archdaily, 2014)

38

Malhas metálicas

A utilização de malhas metálicas consiste numa tela exterior continua que abrange total ou

parcialmente a fachada do edifício onde é instalada. A sua função principal é a difusão da luz

incidente, em percentagem dependente do padrão e densidade da malha, conseguindo

simultaneamente uma relação visual dos ocupantes com o exterior, um efeito estético particular da

fachada do edifício e um padrão de sombra projetada no interior dinâmico e inovador.

Devido à grande dimensão que usualmente identifica as malhas metálicas, a sua utilização é mais

frequente em edifícios com grandes áreas de envidraçados. Em consequência, a privacidade dos

ocupantes no interior é posta em causa, principalmente em horas do dia em que se torna necessário

o uso de iluminação artificial. Assim, este tipo de sombreamento é mais indicado e utilizado em

edifícios de escritórios e serviços. O material mais utilizado na produção de malhas metálicas, pela

sua elevada resistência à corrosão e condições climáticas adversas, é o aço inoxidável.

Como principais vantagens deste dispositivo, destacam-se a grande variedade de padrões, aberturas

e inclinações, o que confere uma maior liberdade criativa de desenho, a renovação da aparência

exterior dos edifícios, a conferência de maior leveza a construções com grande robustez e maior

segurança a fachadas totalmente envidraçadas.

Toldos

A utilização de toldos (Fig. 3.26) prende-se com o fato de haver necessidade de criação um espaço

anexo ao edifício, protegendo o mesmo do sol e das condições climáticas. Embora sejam instalados

na estrutura edificada, estes não são usualmente planeados em projeto, sendo mais tarde anexados

devido à necessidade de sombreamento de vão sem proteção.

Com a vantagem da possibilidade de ajuste manual ou mecanizado, os toldos (construídos

habitualmente em tecido) possibilitam uma grande proteção à luz incidente, devido à sua inclinação,

porém não são a melhor solução em termos de proteção ao calor devido à grande transmitância

solar.

Fig. 2.26 – Proteção solar através de toldo (Viqueira, 2005)

Os sombreamentos instalados diretamente no exterior dos edifícios ou enquanto parte integrante do

mesmo, são uma solução bastante eficaz no sombreamento da luz natural, e podem garantir

diferentes proteções, dependendo da sua geometria e posição. Na tabela 3 encontram-se

sintetizados as principais características de algumas variações de sombreamentos integrados na

fachada dos edifícios:

39

Tabela 3 – Síntese de sombreamentos exteriores

Sombreamentos Exteriores

Fig. 2.27 – Grelha horizontal (colt-france, 2014)

Fig. 2.28 – Palas combinadas

Fig. 2.29 – Malha metálica: Estação de Entrecampos (skyscrapercity, 2014)

Fig. 2.30 – Toldo (persilar, 2014)

Pala

horizontal

(O’conner, 1997)

Tem maior eficácia

em fachada sul na

estação de Verão

Grelha

horizontal

(Fonte:

O’conner, 1997)

Garante o

sombreamento

enquanto permite a

entrada de luz difusa

Pala

horizontal

com grelha

vertical

(O’conner, 1997)

Garante o

sombreamento em

ângulos altos e baixo,

permitindo a entrada

de luz difusa

Palas

horizontais

(O’conner, 1997)

Permite uma menor

projeção da sombra,

garantindo

simultaneamente o

sombreamento

Palas

verticais

(Fonte:

O’conner, 1997)

Tem maior eficácia

em fachadas Este e

Oeste, em ângulos

baixos do Sol

Malhas

metálica

(represpor,2014)

Diminui a incidência

solar, tornando a luz

mais difusa e permite

maior dinâmica

Toldo com

inclinação

(O’conner, 1997)

Tem maior eficácia

em fachada sul

(Proteção num maior

espaço de tempo que

a pala horizontal)

40

Além da utilização de elementos inseridos na estrutura edificada, a proteção solar é ainda conseguida

através de dispositivos instalados nos vãos que conferem uma barreira à radiação solar e que podem

ser colocados nos vãos em várias posições, tendo em conta fatores como o aquecimento do

ambiente, a proteção contra os ofuscamentos, a estética e poluição, entre outros.

Portadas

As portadas foram os primeiros dispositivos de sombreamento a serem utilizados em vãos

envidraçados e são eficazes devido à sua grande opacidade (PALINHA, 2009). No entanto não são

vantajosas no que diz respeito à homogeneidade da luz natural pois não permitem níveis intermédios

de obstrução. As portadas consistem num mecanismo de portas que podem ser instaladas no interior

ou exterior do vão, constituídas por madeira, MDF (interior do vão), alumínio ou PVC (exterior ou

interior), instaladas num sistema de correr ou de batente.

As portadas exteriores, construídas com materiais mais resistentes, são habitualmente caraterizadas

por pequenas aberturas que permitem a renovação do ar interior e a penetração de uma pequena

percentagem da luz natural.

Persianas ou Estores de enrolar

O sombreamento com persianas é o de mais comum utilização e consiste num mecanismo de

lâminas de PVC ou alumínio com um material isolante no centro, interligadas através de um sistema

de encaixe. Estas são reguláveis manualmente ou de forma automatizada e permitem o recolhimento

total do sombreamento, a obstrução total da radiação solar e um nível intermedio de sombreamento.

O nível intermedio é atingido através das pequenas aberturas situadas no extremo de cada lamela,

permitindo a penetração de uma percentagem de luz e a renovação do ar interior.

As persianas podem ser instaladas no interior ou exterior dos vãos e são de possível colocação em

diversas geometrias e dimensões de vãos. Quando colocadas no exterior, existe a possibilidade

destas serem basculantes, permitindo a ventilação do interior e iluminação natural de forma indireta.

Esta funcionalidade é também caraterística dos estores venezianos exteriores, conseguindo assim os

mesmos efeitos de iluminação e ventilação.

Estores Venezianos

O dispositivo de estores venezianos é um dos mais comuns em todo o tipo de construção e consiste

num sistema de lamelas de dimensão variada (aproximadamente 5-10 cm) interligadas através de

fios de diversos materiais, que permitem a recolha das lâminas e o ajuste da inclinação das mesmas.

Este sistema pode ter variações, na posição relativa ao vão, diferindo assim nas características de

modo a aumentar a resistência em aplicações no exterior, a geometria e cor das lamelas. Estas

podem ser côncavas, convexas, ou planas, diferindo assim o comportamento térmico e luminoso no

41

interior, segundo TZEMPELIKOS (2008). Também existe a possibilidade de colocação de venezianas

verticais, onde o ajuste é feito de forma semelhante, mas na direção horizontal. Segundo ALZOUBI e

AL-ZOUBI (2010), a colocação de estores verticais resulta num nível superior de iluminâncias no

plano de trabalho, simultaneamente com uma proteção eficaz contra os ganhos calóricos e uma

relação visual dos ocupantes com o exterior.

A grande vantagem deste sistema é a possibilidade de ajuste às necessidades dos ocupantes em

tempo real, devido às diferentes inclinações possíveis (com 90º de rotação possíveis), permitindo a

proteção solar e ao mesmo tempo iluminar o espaço interior através da luz natural difusa. A sua

utilização é bastante abrangente a diferentes tipos de vãos, sendo maioritariamente utilizados em

aberturas cuja altura é superior à largura. É por isso bastante versátil, permitindo uma proteção solar

económica e mantendo a estética exterior das fachadas envidraçadas, seja em ambientes

habitacionais ou profissionais.

Telas de Rolo

As telas de rolo consistem em sistemas de sombreamento ajustáveis que protegem o interior dos

raios solares de forma integral em toda a área da tela. O ajuste é efetuado de forma vertical, com a

recolha manual ou mecânica da tela através de um rolo. A grande desvantagem prende-se no fato de

apenas permitir a obstrução ou desobstrução total da radiação, não atingindo níveis intermédios de

iluminação. Por este motivo é habitualmente construído com materiais translúcidos que apenas

difundem a luz e permitem o contacto visual com o exterior (tecido metálico laminado, poliéster).

Podendo ser instalado no interior ou no exterior dos vãos, este sistema é de utilização bastante

comum devido à sua facilidade de instalação e acessibilidade económica. Frequentemente é utilizado

apenas na proteção da luz natural, sendo muitas vezes conjugado com outro sistema de

sombreamento exterior mais eficaz no que diz respeito à proteção do calor.

Cortinas

O sistema de cortinas é habitualmente utilizado como complemento de outro sombreamento seja ele

interior ou exterior. Fabricado com tecido de densidade e opacidades variáveis, as cortinas

constituem um sombreamento interior habitualmente complementar a função decorativa do ambiente

e é ajustável de forma horizontal.

Sendo normalmente pouco eficazes no que diz respeito à obstrução do calor, as cortinas são

bastante utilizadas na manipulação da luz natural que penetra no interior dos espaços e na quebra da

relação visual entre o interior e exterior, por razões de privacidade dos ocupantes.

Na tabela 4, estão sintetizadas principais características de alguns sombreamentos instalado de

forma adjacente ao vão:

42

Tabela 4 – Síntese de sombreamentos no vão

Sombreamentos no vão

Fig. 2.31 – Portadas

Fig. 2.32 – Estores venezianos

Fig. 2.33 – Tela de rolo combinada com persiana

Fig. 2.34 – Cortina

Portadas

Grande opacidade e

possibilidade de ajuste

às necessidades.

Persianas

(Elotech)

Permite uma grande

variação de posições e

eficácia no

sombreamento.

Estores

Venezianos

(Olgyay,2002)

Grande versatilidade

de posições e garantia

de entrada parcial de

luz.

Telas de Rolo

(Olgyay,2002)

Tem maior eficácia na

proteção da luz e

pouco eficaz na

proteção do calor.

Cortinas

(Olgyay,2002)

Normalmente utilizado

como complemento a

outro sombreamento.

Elemento decorativo.

Veneziana

exterior

basculante

(Olgyay,2002)

Permite a penetração

de luz indireta e a

ventilação natural,

protegendo da luz

direta e

sobreaquecimentos

43

Além da utilização de elementos inseridos na estrutura edificada, a proteção solar é ainda conseguida

através de dispositivos instalados nos edifícios responsáveis pela barreira à radiação solar e

colocados nos vãos em várias posições, tendo em conta fatores como o aquecimento do ambiente, a

proteção contra os ofuscamentos, a estética e poluição, entre outros.

As posições possíveis de colocação de sombreamentos são: i) Exterior, ii) Entre dois panos, iii)

Interior:

i) Exterior – A colocação de dispositivos no exterior dos vãos (móvel ou fixa) tem o objetivo de

controlar a radiação antes que ela atinja o edifício, evitando assim as trocas de calor através

dos vidros. A opção mais vantajosa no caso de dispositivos exteriores, é a colocação do

sombreamento a uma distância considerável do vão (pelo menos 30 cm) de modo a evitar a

absorção através da pele do edifício da radiação e proporcionar uma ventilação do espaço.

Segundo ATZERI, et al. (2014), os sombreamentos colocados no exterior têm um melhor

desempenho térmico no geral, embora na estação de aquecimento necessitem de um ligeiro

aumento da climatização artificial, em comparação com os sombreamentos interiores.

ii) Entre dois panos – A proteção solar colocada entre dois vidros (em fachadas de dupla pele)

demonstra se vantajosa na medida em que o isolamento do dispositivo evita a acumulação de

poeiras e favorece o controlo do ruído exterior. Por ser colocada à frente do vidro interior,

também demonstra uma grande eficácia na proteção da transmissão de calor em relação a

este. No entanto, dentro da fachada de dupla pele, existem ainda três posições possíveis de

colocação dos estores (ao centro, junto ao vidro exterior ou interior), com diferentes níveis de

eficiência (GRATIA E HERDE, 2007).

iii) Interior – A solução menos vantajosa em termos de eficiência térmica é a colocação de

persianas, cortinas, telas ou estores no interior dos vãos. Neste caso, a radiação já foi

anteriormente absorvida para o interior do edifício e transmitida para o ambiente através do

vidro. Assim, este tipo de sombreamento tem uma maior eficácia na proteção contra o excesso

de iluminação solar, podendo ser combinada com outro tipo de sombreamento mais eficaz

termicamente.

2.3.2 DISPOSITIVOS DE SOMBREAMENTO COMO ESTRATÉGIA DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

E MELHORIA DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO AMBIENTAL INTERIOR

A arquitetura solar passiva1 (técnica que se baseia na utilização e manipulação da energia solar para

a melhoria do conforto, economia e baixo impacte ambiental) é uma das vertentes da arquitetura

sustentável, em conjunto com a bioclimática e a ecológica. Segundo MOURÃO e PEDRO (2012),

esta técnica tem como principais premissas:

O controlo da luz solar através da orientação e dimensionamento adequados dos vãos, com as

devidas proteções de radiação solar interiores ou exteriores;

1 Arquitetura solar passiva define-se como uma técnoca que aborda o clima como uma variável do processo de projeto.

44

A utilização de isolamento eficaz na construção das paredes do edifício, em conjunto com

sistemas de ventilação e luz natural;

A utilização de tecnologias inovadoras como sistemas de arrefecimento radioativo ou

evaporativo, sistemas de ganhos térmicos e paredes de armazenamento de temperatura.

O comportamento dos ocupantes no que diz respeito a práticas sustentáveis e à utilização dos

meios disponíveis na manipulação das condições exteriores

A colocação de sombreamentos nos vãos envidraçados permite uma maior eficiência energética na

medida em que, através de uma estratégia de uma climatização passiva, impede os ganhos solares

na estação de arrefecimento, a perda de temperatura em períodos frios e permite a iluminação

natural dos espaços interiores. A maior eficiência energética é garantida, quanto maior for a

autonomia dos ocupantes e a possibilidade de manipulação da posição dos dispositivos, de modo a

satisfazer as necessidade em tempo real.

Fornecendo uma proteção solar eficaz, os sombreamentos funcionam assim como um sistema de

arrefecimento do interior, podendo em certos casos evitar a saída do ar quente através dos

envidraçados, nos períodos noturnos ou de temperaturas reduzidas.

A climatização e o conforto visual dos ocupantes num espaço interior, tendo como base uma

estratégia bioclimática requer a interpretação de cada projeto como único o condicionamento das

soluções passivas ao tipo de clima, topografia, geometria do edificado, orientação dos vãos e

finalidade de função do edifício em causa. Para a proteção contra ganhos solares em países quentes,

é vantajosa a colocação de vãos a Sul pois é quando o Sol tem um ângulo maior relativamente ao

vão, sendo por isso mais fácil a minimização da incidência, mesmo com sombreamentos fixos (palas

horizontais). Em países frios como os situados a Norte da Europa pretende-se uma maximização da

exposição solar, potenciando assim o aquecimento do interior através de ganhos solares. Esta

solução permite a entrada do Sol quando se encontra mais baixo e os ganhos solares são favoráveis

(estação de aquecimento).

Como estratégia de aquecimento, os sombreamentos têm uma funcionalidade de barreira às perdas

de calor. Esta estratégia tem maior utilização em países frios (Norte da Europa) e necessita de vários

fatores combinados de modo a garantir a sua eficácia. Entre eles, destacam-se a organização

espacial tendo em conta a orientação solar e a colocação de zonas sem necessidade de aquecimento

a Norte. É ainda necessária a colocação estratégica dos vãos, de modo a tirar partido das horas de

maior incidência solar, evitando assim a utilização de estratégias ativas de aquecimento como a

climatização artificial.

Outra solução sustentável é a utilização de vegetação como estratégia de sombreamento e

arrefecimento do ar e do solo. Uma estratégia solar passiva para um edifício sem construções

adjacentes é a colocação de árvores de folha permanente, apropriada para a construção de barreiras,

a Norte, de forma a proteger a envolvente da edificação dos ventos fortes, e de árvores de folha

caduca a Sudoeste com a intenção de proteger os vãos da radiação solar especialmente intensa a

Poente e permitir a penetração da radiação direta e difusa nos meses de Inverno.

45

Adicionalmente aos sistemas de sombreamento, existem soluções complementares que diminuem a

transmissão da radiação solar e visível para o interior dos compartimentos, entre as quais, as

fachadas de dupla pele. A fachada de dupla pele é uma estratégia construtiva que permite fachadas

totalmente envidraçadas sem pôr em causa o conforto interior devido a sobreaquecimentos ou

arrefecimentos e evitando os elevados consumos energéticos. A duplicação da fachada de um

edifício pode ser constituída pelas duas faces com uma caixa-de-ar no centro ou por um espaço

habitável. No espaço central, podem-se instalar dispositivos de sombreamento, de direcionamento de

luz e de ventilação.

As principais funções desta solução construtiva são: i) contacto visual com o exterior, ii) regulação da

temperatura e humidade na face interior do vão, iii) minimização do consumo energético e

climatização artificial.

A ventilação (Fig. 3.35) também é um fator importante neste tipo de solução pois, podendo ou não ser

instalada, permite uma renovação do ar e um arrefecimento do ambiente.

Fig. 2.35 – Tipos de ventilação em fachadas de dupla pele (Gomes, 2010)

Os sistemas de sombreamento podem ainda funcionar como uma estratégia ativa no aumento da

eficiência energética de um edifício. Tendo em conta a sua função protetora do interior relativamente

aos raios solares, e a consequente exposição dos sombreamentos aos mesmos, há a possibilidade

de serem instaladas células fotovoltaicas e painéis solares térmicos diretamente nos dispositivos.

Estes sistemas são habitualmente colocados nas coberturas ou fachadas dos edifícios e têm como

função a transformação direta da radiação solar incidente em energia elétrica, podendo ou não ser

armazenada (células fotovoltaicas) e o aquecimento da água ou do ambiente através da captação de

energia proveniente do sol (painéis solares térmicos).

47

Capítulo 3

METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO TRABALHO EFETUADO

3.1 TRABALHO EXPERIMENTAL

O trabalho experimental tem como principal objetivo a análise do desempenho de sombreamentos

inovadores instalados numa célula de teste através da monitorização da mesma em diferentes

momentos do ano.

Numa primeira fase de monitorização, foi limpo o pavimento de modo a se obter uma cor e textura

uniforme em toda a área e foram assinalados os pontos numerados no mesmo, favorecendo assim a

exatidão e facilidade das leituras futuras. Mais tarde foi garantida a limpeza dos vidros e

uniformização do pavimento exterior, através do corte da vegetação localizada a sul dos vãos da

célula que conferia uma obstrução e uma reflexão que podia pôr em causa a veracidade dos

resultados obtidos.

3.1.1 CARATERIZAÇÃO DO LOCAL

A avaliação das condições de iluminação, temperatura e humidade relativa foi realizada numa célula

de teste situada no campus do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, na Avenida do Brasil, em

Lisboa (38º7’N, 9º1’W), representado na Fig.4.5.

Fig. 3.1 – a) Localização da célula de teste (lnec, 2014) , b) Vista aérea da célula de teste (google maps, 2014)

A célula de teste, representada na Fig. 4.6, encontra-se implantada numa área do campus sem

volumes próximos que constituam obstruções à radiação solar e tem as seguintes características:

Pé-direito de 2,7m e uma área de 3,7m X 3,7m;

Paredes com espessura de 0,2 m rebocadas em ambos os lados com espessura de 0,0015 m e

pavimento em betonilha de cimento (GOMES, 2010);

a) b)

48

Parede envidraçada com fachada de dupla pele orientada aproximadamente a Sul (com um desvio

de cerca 22º na direção Este em relação a Sul) e constituída por dois vãos que distam 10 cm um

do outro e cerca de 20 cm das extremidades do alçado (Fig.46);

Fachada de dupla pele constituída por um vidro exterior simples com 5 mm de espessura, uma

caixa-de-ar de 15 cm onde estão instalados os estores venezianos de dupla inclinação, um vidro

duplo interior com 6–16–5 mm e um revestimento de baixa emissividade espectral seletiva no

painel interior.

Fig. 3.2 – a) Planta da célula de teste; b) Registo fotográfico da fachada da célula, b) Geometria da fachada da célula de teste (Gomes et al., 2014)

Além da aferição da eficácia dos dispositivos de sombreamento no controlo das condições ambientais

interiores, o presente estudo pretende fazer uma avaliação comparativa relativamente à cor dos

mesmos. Sendo assim, no vão mais a Este encontra-se instalado um sistema com lamelas brancas e

no vão mais a Oeste com lamelas cinza, ambas com superfícies relativamente refletoras.

De forma a conseguir a divisão do espaço interior em duas áreas iguais com influência respetiva de

cada vão (cerca de 5m2 de área de pavimento em cada compartimento), foi colocada uma divisória de

5 cm de espessura. As restantes paredes e teto têm um acabamento de tinta de areia branca. O

pavimento tem um acabamento de cimento à vista (cinza).

(m)

a)

c)

1,56

b)

49

3.1.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO DISPOSITIVO DE SOMBREAMENTO

O sistema de sombreamentos consiste em estores venezianos de duas cores de lâminas opacas

(branco com reflectância de 68% e cinza com reflectância de 40% medidas in “situ”), ilustradas na

Fig. 4.8, com lâminas de 8 cm de largura, 0,1 mm de espessura, 7 cm de espaçamento entre lâminas,

e uma ligeira curvatura, reguláveis mecanicamente que se encontram instalados na caixa-de-ar de 20

cm da fachada de dupla pele. Os estores venezianos, usualmente compostos por lâminas móveis são

uma solução bastante comum pela sua versatilidade e eficiência. A sua eficácia no controlo da luz

natural é bastante dependente do ângulo das lâminas, assim como do próprio ângulo da incidência

solar. O facto de haver a possibilidade de mudança de um destes fatores (o ângulo das lâminas)

pelos ocupantes do compartimento em causa, torna a solução dos estores venezianos bastante

eficientes e versáteis. Da mesma forma, evitam-se sobreaquecimentos devido à oposição que este

dispositivo de sombreamento faz à radiação solar excessiva. No inverno, possibilitam os ganhos

solares passivos, através do ajuste correto das lamelas e um equilíbrio entre a iluminação necessária

e as exigências térmicas.

A regulação da posição do sombreamento, embora mecanizada, é efetuada pelo utilizador, pelo que

existe um grau de ajuste às necessidades reais de cada momento. A inovação deste tipo de

sombreamentos baseia-se na possibilidade da inclinação das lamelas segundo dois ângulos distintos

(diferença de orientação verificada sensivelmente dois terços da altura do vão envidraçado), o que

possibilita uma maior adaptação às necessidades luminosas dos ocupantes e uma maior proteção

contra encandeamentos ou sobreaquecimentos.

A iluminação interior do espaço é conseguida apenas pela penetração da radiação solar através dos

vãos, sendo que, durante a monitorização não é utilizado qualquer sistema de iluminação artificial.

Com o objetivo de fazer uma análise relativa à influência dos dispositivos de sombreamento, são

utilizadas as funcionalidades consideradas inovadoras, isto é, a possibilidade de diferentes

inclinações das lâminas dos estores. Tendo em conta que a variedade de posições possíveis dos

estores é muito vasta, incluindo situações em que os estores não se encontram totalmente fechados,

foi necessário escolher estrategicamente as posições a estudar de modo a caraterizar com maior

exatidão a influência dos dispositivos, sem tornar o estudo demasiado extenso e possivelmente

inviável no tempo de execução disponível. Sendo assim, os procedimentos de monitorização

anteriormente referidos são efetuados em sete posições onde os dispositivos ocupam a totalidade da

altura do vão, diferindo apenas na inclinação das lâminas (com exceção da opção “sem

sombreamento”), como ilustrado na Fig. 4.7:

50

Fig. 3.3 – Ilustração das posições de estores analisadas: a) Sem Sombreamento; b) Lâminas fechadas

(90º); c) Lâminas com inclinação de 45º e fechadas (45º+90º); d) Lâminas com inclinação de 0º

e fechadas (0º+90º); e) Lâminas com inclinação de 45º; f) Lâminas com inclinação de 0º e 45º

(0º+45º); g) Lâminas com inclinação de 0º

Fig. 3.4 – Estores instalados na célula de teste: a) Cinza b) Brancos

3.1.3 PREPARAÇÃO DA MONITORIZAÇÃO

Antes do início da monitorização foram tomadas algumas medidas para garantir a exatidão das

medições. Numa primeira fase foram feitas várias visitas à célula de teste, registos fotográficos do

edifício e dos dispositivos de sombreamento e foram aferidas as dimensões da célula de modo a

confirmar e corrigir os levantamentos existentes.

A grelha de pontos foi determinada tendo em consideração a geometria do espaço, sendo que os seis

pontos centrais foram colocados com uma distância de 50 cm de forma perpendicular ao centro do

vão e a metade desta distância do vão, ou seja, 25 cm. Devido à geometria do compartimento, não foi

possível a colocação dos pontos laterais de forma equidistante, pelo que as duas linhas de ponto

paralelas à central foram colocadas a 30 cm da mesma (distância ajustada de modo a abranger de

forma homogénea a área total do pavimento). De notar que o processo se repete para as duas

divisões da célula.

a) b) c) d) e) f) g)

a) b)

a) b) c) d) e) f) g)

51

3.2 CONDIÇÕES EXTERIORES

Para efeitos de monitorização de edifícios relativamente às condições de iluminação natural a sua

análise, são necessários vários procedimentos baseados na comparação das condições interiores

com as condições verificadas no exterior sem obstruções. Sendo assim, as características do sol em

determinado dia, tanto ao nível do valor de iluminâncias como da sua distribuição no hemisfério do

céu, são essenciais para a obtenção de uma comparação válida. Em termos de iluminação natural,

existe uma distinção entre a luz proveniente diretamente do Sol (radiação direta ou luz do Sol) e a luz

difusa, proveniente do hemisfério do céu (luz do céu).

A primeira condicionante é a existência de condições exteriores que não variem as suas condições de

iluminâncias drasticamente, ou seja, a existência de céu onde não haja obstruções pontuais da

radiação solar. Assim, segundo a CIE, Comissão Internacional em Iluminação, existem três situações

distintas relativas a céus de referência (SANTOS, 2003):

1. Céu Limpo Padrão da CIE – Denominação da CIE para os céus reais azuis e completamente

livres de nuvens, onde as luminâncias apresentam uma variação ao longo da trajetória aparente

do Sol, de altura e azimute. Este tipo de céu é predominante nas regiões Sul da Europa,

nomeadamente Portugal. Segundo a caracterização da CIE, o céu limpo é completamente livre

de nuvens, azul, não aleitado ou turvo.

2. Céus Intermédios Padrão – Denominação dada aos céus que não têm padrões de totalmente

limpo nem totalmente encoberto. Ou seja, enquadram-se nesta qualificação os céus que embora

tenham predominância de céu limpo, podem apresentar zonas parciais com nuvens, sejam elas

claras ou mais carregadas. Os céus encobertos que apresentem zonas de céu limpo também

pertencem a este grupo. Este tipo de céu é o mais frequente e é definido pela CIE como o que é

caraterizado pelo valor intermédio entre os valores de limpo e encoberto. No presente estudo, os

céus intermédios não são avaliados devido à sua impressibilidade de condições exteriores e a

consequente dificuldade de conseguir dados conclusivos acerca da influência dos dispositivos de

sombreamento.

3. Céu Encoberto Padrão da CIE – No céu encoberto não existe luz proveniente diretamente do

sol, sendo que toda a radiação visível é originária do hemisfério do céu. Esta denominação

pretende traduzir o céu real completamente encoberto por nuvens espessas e escuras. No

entanto, a distribuição das luminâncias não são uniformes, uma vez que no Zénite são três vezes

superiores ao que ocorre no horizonte. As zonas a Sul de Portugal, a ocorrência de céus

encobertos padrão da CIE é bastante limitada devido a várias condicionantes climáticas

características desse território, pelo que se adota, para efeitos de medição, o Céu Encoberto

Real. As exigências para a consideração deste tipo de céu são a existência de nuvens

carregadas uniformemente no céu de modo a que não seja visível o círculo solar nem partes de

52

céu azul, exceto pequenas porções que não sejam visíveis a partir dos pontos interiores de

medição.

3.3 METODOLOGIA

A metodologia do trabalho experimental de análise da eficácia de dispositivos de sombreamento

inovadores no conforto ambiental interior consiste na avaliação das condições de iluminação natural,

de temperatura e humidade relativa no interior de uma célula de teste. O método principal de

avaliação do desempenho dos dispositivos de sombreamento relativamente à iluminação interior é a

medição simultânea dos valores exteriores e interiores em pontos de referência. Esta medição deve

ser efetuada com e sem dispositivos de sombreamento. Dada a hipótese de avaliação de

sombreamentos inovadores cuja inclinação e posição pode ter diferentes variações, a medição é

efetuada em várias posições pré definidas que melhor caraterizem as diferentes funcionalidades do

dispositivo.

Relativamente à avaliação das condições de iluminação natural, é utilizado o método de

determinação de valores absolutos das iluminâncias, que consiste na previsão dos valores das

iluminâncias interiores num ponto de um plano, provenientes da luz natural. Estes valores variam com

a hora, os dias, os meses e as características de dimensão e orientação das aberturas, além das

condições climáticas exteriores (SANTOS, 2003). Tendo em conta que a luz do dia tem uma

componente direta e uma componente difusa, podendo estar as duas presentes (em dias de céu

limpo) ou só a difusa (em dias de céu encoberto), a avaliação da luz natural deve ser efetuada em

ambas as situações, de céu limpo e céu encoberto. A avaliação para os dias de céu limpo (ou seja,

sem nenhuma nuvem visível no céu) é efetuada em três períodos do ano:

Nos Solstícios de Inverno (22 de Dezembro) e Verão (21 de Junho) quando o Sol tem uma

declinação respetiva de -23.45º e 23.45º.

Nos Equinócios de 21 de Março ou 22 de Setembro quando a declinação do Sol é de 0º.

Neste caso, não é necessário efetuar medições nas duas datas visto que o Sol tem a mesma

declinação em ambos os Equinócios.

No entanto, esta calendarização está condicionada a limitações relativas às condições

meteorológicas e de acesso à célula de teste. Assim sendo, as medições são efetuadas quando

possível, o mais próximo das datas de referência. Devido ao movimento aparente do sol, estas

medições devem ser efetuadas em três horas distintas do dia: 9:00 TSV, 12:00 TSV e 15:00 TSV. No

caso das medições da manhã e tarde, devem ser efetuadas de forma simétrica em relação ao meio-

dia solar, de modo a conseguir aferir a componente diária e sazonal do Sol, permitindo a comparação

entre os três períodos do dia. A avaliação de cada posição dos estores é efetuada com a maior

rapidez possível de forma a não haver um movimento significativo do sol entre a primeira e a ultima

medição (de cada uma das três horas). Ao mesmo tempo, as horas e condições meteorológicas

53

exteriores são registadas no início e no final da avaliação dos valores relativos a cada posição dos

estores.

O objetivo do presente trabalho é monitorizar a célula de teste, com o intuito de analisar o

desempenho dos dispositivos de sombreamento ao longo do dia e extrapolar o seu desempenho ao

longo de todo o ano, não só em relação às condições mínimas de iluminação, como também às

condições térmicas aferidas no interior.

Na monitorização para céu encoberto, os níveis de iluminância exterior não devem exceder os 20 000

– 25 000 lux e o céu deve ter uma configuração de nuvens escuras sem nenhum vislumbre da cor

azul do céu. Como referido em capítulos anteriores, as zonas Centro e Sul do País caraterizam-se

pela ocorrência limitada de dias encobertos estáveis sem grandes variações, pelo que é necessário o

conhecimento das previsões meteorológicas de modo a prever os dias em que é possível efetuar este

tipo de medições. No entanto, para efeitos de avaliação dos mecanismos de sombreamento, os dias

de céu limpo têm um carácter de maior utilidade pois permitem conhecer de forma mais aprofundada

a obstrução que estes conferem em relação à radiação solar.

Por razões de limitação de acesso ao local, e da existência de outros estudos a serem realizados na

célula de teste, não é efetuada uma monitorização contínua que caracterize com rigor a evolução das

características estudadas ao longo de vários dias consecutivos. Este facto influência na eficácia do

estudo que seria mais preciso com a obtenção de valores de forma contínua. Segundo SANTOS

(2003), este tipo de monitorização contínua é a mais completa e a indicada para estudos a longo-

prazo relativos a estudos de impactos energéticos.

Posto isto, o conjunto de medições necessárias para o cálculo dos parâmetros essenciais para a

análise da influência dos dispositivos de sombreamento relativamente à iluminação, radiação e

térmica são as seguintes:

Iluminância horizontal global desobstruída (E_ext) – Parâmetro que quantifica a luz natural total

presente no exterior da célula. A medição deste valor deve ser efetuada com um sensor horizontal,

preferencialmente, num ponto alto do edifício estudado, de modo não haver obstruções do hemisfério

do céu.

Iluminância vertical exterior total na face exterior da célula (Ev_ext) – Parâmetro que quantifica a

componente vertical da luz natural total disponível que incide na fachada da célula. Este parâmetro é

aferido através de um sensor colocado na face exterior vertical da célula. De referir que nas

iluminâncias verticais está incluído o efeito de reflexão de luz nos edifícios próximos e no pavimento

interior e exterior.

Iluminâncias horizontais interiores ao longo do plano horizontal (E_int) – As iluminâncias

interiores são medidas ao longo de uma grelha de pontos preferencialmente equidistantes num plano

horizontal a uma cota de 0,70 cm acima do pavimento interior (Fig. 4.1). Este parâmetro permite

quantificar as condições de distribuição da iluminação ao longo da área de pavimento interior e

54

constitui a informação mais relevante no que diz respeito ao ambiente luminoso interior, relativamente

às diferentes posições dos estores.

Fig. 3.5 – Ilustração das medições das iluminâncias horizontais interiores: a) Posição dos sensoores; b) Malha de pontos de registo das iluminâncias horizontais

Iluminâncias verticais interiores (Ev_int) – São medidas as iluminâncias verticais ao longo dos seis

pontos centrais da grelha anteriormente definida (linha perpendicular ao centro do vão envidraçado

com 50 cm de distância entre pontos) a uma cota de 1,50 m e com o sensor colocado na vertical e

perpendicularmente ao vão (Fig. 4.2). Este parâmetro permite conhecer a distribuição luminosa no

interior, à medida que há um afastamento da fachada e as diferentes variantes da mesma segundo a

posição dos sombreamentos.

Fig. 3.6 – Ilustração da medição das iluminâncias verticais (Santos, 2003)

Iluminâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração (Ev_n). Nesta medição

averiguam-se os valores em quatro posições de modo a obter as transmitâncias luminosas de cada

elemento da fenestração: i) na face exterior da célula (Ev_1); ii) na face interior do vidro exterior

(Ev_2); iii) na face exterior do vidro interior e no interior do dispositivo de sombreamento (Ev_3); iv) na

face interior do vidro (Ev_4). De modo a obter uma medição mais precisa, os parâmetros Ev_3 e

Ev_4 que se encontram atrás dos dispositivos de sombreamento, são repetidos em três ou quatro

posições de variação vertical (caso se trate respetivamente dos ângulos 0º, 90º ou 45º), abrangendo

o intervalo entre duas lamelas consecutivas, como ilustrado nas Fig. 4.3 a) e b). Se for pretendido o

valor da transmitância do conjunto da fachada de dupla pela, a expressão seria: 𝜏 = Ev_1 / Ev_4. No

entanto, é possível conhecer a transmitância de apenas um dos elementos (por exemplo a expressão

E_ext

Plano de trabalho E_int

Ev_ext Ev_int

a) b)

55

que dá conhecer a transmitância do vidro exterior é a seguinte: 𝜏 = Ev_1 / Ev_2) (Gomes et al.,

2014).

Fig. 3.7 – a) Corte ilustrativo do método de medição das transmitâncias com lâminas a 0º; b) Método de medição das transmitâncias com lâminas a 45º

Irradiância horizontal global desobstruída (I_ext). Parâmetro que quantifica a radiação total

presente no exterior da célula.

Irradiância vertical exterior total na face exterior da célula (Iv_ext). Parâmetro que quantifica a

incidência vertical da radiação total disponível que incide na fachada da célula. Este parâmetro é

aferido pontualmente através de um sensor colocado na face exterior vertical da célula.

Irradiâncias horizontais interiores ao longo do plano de trabalho (I_int). As medições relativas a

este parâmetro são efetuadas à semelhança das iluminâncias interiores, mas apenas nos seis pontos

centrais da grelha pré-definida

Irradiâncias verticais interiores (Iv_int). Este parâmetro quantifica a distribuição da componente

vertical da radiação solar no interior da célula. Os procedimentos da medição são idênticos aos das

iluminâncias verticais interiores.

Irradiâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração (Iv_n). Através deste parâmetro é

possível conhecer as transmitâncias solares de cada elemento da fenestração, isolados ou em

conjunto. À semelhança das iluminâncias verticais nas faces dos elementos de fenestração, as

irradiâncias também se dividem em quatro posições, desde o Iv_1 ao Iv_4 (do exterior para o interior).

Temperatura do ambiente interior (Tint). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a

cada posição dos estores através de um sensor colocado no interior da célula. Adicionalmente, são

extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição de estores.

Temperatura do ambiente exterior (Text). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a

cada posição dos estores através de um sensor colocado num local à sombra no exterior da célula.

Adicionalmente, são extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição

de estores.

Exterior

Ev_1 Ev_2

Ev_3 Ev_4

Exterior

Ev_1 Ev_2

Ev_3 Ev_4

a) b)

56

Humidade relativa interior (Hr_int). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a cada

posição dos estores através de um sensor colocado no interior da célula. Adicionalmente, são

extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição de estores.

Humidade relativa exterior (Hr_ext). Este parâmetro é registado no início e no final da análise a

cada posição dos estores através de um sensor colocado num local à sombra no exterior da célula.

Adicionalmente, são extraídos os registos contínuos relativos a um dia completo para cada posição

de estores.

FLD vertical ao nível dos olhos (Ev*_n). Parâmetro que quantifica o ambiente luminoso natural

interior tal como o ocupante se apercebe dele. Este é conseguido através da comparação dos valores

das iluminâncias verticais em várias direções, isto é, são medidas iluminâncias ao nível dos olhos do

observador (1,50 m) e com o sensor colocado no mesmo ponto (ao centro da área do pavimento)

mas com direções perpendiculares. Considera-se o Ev*_1 como o valor registado em frente ao vão

em posição perpendicular ao mesmo, o Ev*_2 como o valor na direção paralela ao vão, com o sensor

virado a direita, o Ev*_3 como o valor de iluminância quando o sensor se encontra na direção oposta

ao vão e o Ev*_4 na direção paralela ao vão, virado à esquerda, como ilustrado na Fig. 4.4.

Fig. 3.8 – Ilustração da medição do FLD vertical ao nível dos olhos

Além dos parâmetros relativos à radiação solar e à iluminação, são ainda aferidas as temperaturas e

humidades relativas no interior e exterior da célula, em dois momentos da medição de uma dada

inclinação de lâminas: inicial e final. Adicionalmente, de modo a obter uma relação mais precisa

acerca da influência dos sombreamentos no conforto térmico interior, são medidas as temperaturas e

humidades relativas interiores e exteriores em contínuo, durante o um dia, para cada inclinação.

De notar que as medições acima mencionadas, à exceção do registo contínuo, devem ser efetuadas

em simultâneo nas duas áreas de influência dos sistemas de sombreamento e num tempo o mais

curto possível, sendo por isso necessária a intervenção de várias pessoas e equipamentos no

processo (ver anexo 4), e conseguindo assim a maior proximidade temporal das diferentes posições

pretendida neste tipo de monitorização. Para auxílio e maior brevidade das medições foram definidas

fichas de registo (ver Anexo 5) onde se encontram definidas todas as grandezas a medir.

Ev*_1 Ev*_1

Ev*_3 Ev*_3

Ev*_2 Ev*_4 Ev*_2 Ev*_4

57

Uma vez aferidas todas as grandezas acima mencionadas, é utilizado como parâmetro de

quantificação, o Fator de Luz do Dia (FLD) para condições exteriores de céu encoberto. Numa

situação de céu limpo, são utilizados os valores absolutos para efeitos de análise, com o

conhecimento dos valores exteriores globais simultâneos.

No caso das iluminâncias interiores, existem três componentes que, em conjunto, resultam no valor

da iluminância num dado ponto. Estes três componentes consistem na componente direta da luz do

sol, na componente refletida exterior (radiação refletida nos edifícios e pavimento envolventes) e na

componente refletida interior (refletida nas paredes e pavimento).

3.3.1 TRANSMITÂNCIA NA FACHADA DE DUPLA PELE

No presente trabalho são averiguadas as transmitâncias (𝜏) de ambos os vãos envidraçados da

célula de teste, relativamente à iluminação e à radiação. Este parâmetro permite caraterizar a

diminuição dos valores estudados aquando da passagem pelos elementos constituintes da fachada

de dupla pele. O método de medição da 𝜏 é idêntico para a averiguação das iluminâncias e das

irradiâncias, porém, a avaliação das iluminâncias designa-se de transmitância visível (𝜏v) e das

irradiâncias designa-se transmitância solar (𝜏s). Sendo assim, pode dividir-se o procedimento em

quatro etapas, como ilustrado na Fig. 4.3: i) No exterior; ii) Na face interior do vidro exterior; iii) Atrás

do sombreamento; iv) Na face interior do vidro interior (GOMES et al., 2014).

i) Em primeiro lugar efetua-se a medição do valor vertical na parte exterior do envidraçado, na

direção exterior e numa posição de metade do vão.

ii) Uma segunda medição é efetuada na parte interior do vidro, no centro do vão e com o sensor a

1 cm de distância do vidro de modo a minimizar os reflexos que possam ocorrer.

iii) De modo a obter a transmitância do sombreamento é efetuada a medição aproximadamente a

1 cm do dispositivo. Neste caso são efetuados vários rotinas de medição em função da posição

dos estores. Sem dispositivo de sombreamento apenas é registado um valor, a meia altura do

vão. Na posição de 0º e 90º são registados três valores, no limite superior da lamina a meia

altura do vão, no intervalo das duas laminas e no limite inferior da mesma lamina. Na posição

de 45º são registados quatro valores, desde o limite superior de uma lamina a meio do vão até

ao limite superior da lamina imediatamente abaixo.

iv) Na face interior do vidro interior são efetuadas as medições de forma idêntica ao ponto iii).

Com a particularidade da dupla inclinação das lamelas dos sombreamentos inovadores utilizados na

análise experimental, o método de medição das transmitâncias sofre uma alteração em posições de

dupla inclinação. Sendo o objetivo a medição a meia altura do vão, quando a análise é feita em

posições de dupla inclinação, as medições realizadas na fachada de dupla pele são duplicadas pelas

duas áreas com diferentes inclinações e realizam-se a meio da altura da posição angular da lâminas.

59

Capítulo 4

APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DE RESULTADOS

4.1 AVALIAÇÃO SOB CONDIÇÕES DE CÉU ENCOBERTO

A avaliação das condições de iluminação natural sob condições de céu encoberto é normalmente

efetuada com o objetivo de quantificar através do Fator de Luz de Dia (FLD) a distribuição interior de

iluminâncias.

O trabalho experimental teve lugar durante o mês de Outubro de 2014 e foi efetuada apenas uma

medição para cada posição de estores, aproximadamente ao meio dia solar, onde o valor exterior

(E_ext) das iluminâncias rondava os 15 000 lux.

4.1.1 TRANSMITÂNCIAS SOLAR E VISÍVEL DO VÃO

As transmitâncias do vão foram medidas verticalmente junto aos vários constituintes da fachada de

dupla pele instalada na célula de teste. Na fig. 5.2 estão representados os valores da transmitância

total do vão, ou seja, os valores obtidos através do quociente entre o valor das iluminâncias e

irradiâncias no vidro interior e o valor exterior simultâneo (ver secção 4.2.1). Visto que para cada

posição relativa ao vidro interior são registados cerca de três valores, para o cálculo das

transmitâncias é feita a média dos mesmos de modo a conseguir um valor mais realista no que diz

respeito à transmitância correspondente ao Ev_4 (ver secção 4.2.1). Na figura 5.1 estão

representados os sensores que registam pontualmente as iluminâncias e irradiâncias exteriores na

face do vão que se encontram ligados aos loggers localizados no interior da célula de teste. Os

sensores encontram-se a meia altura do vão, à mesma cota onde são registados os valores interiores

desde o Ev_2 ao Ev_4.

Fig. 4.1 – Sensores de Iluminâncias (luxímetros) e de Irradiâncias (piranómetros) instala dos de modo a aferir as iluminâncias e irradiâncias verticais na face exterior do vão

Em posições de estores que sejam caraterizadas por duas inclinações diferentes das lamelas, é

calculado o valor médio, tendo em conta os registos na inclinação superior e inferior, ponderado pela

área correspondente a cada inclinação. Ou seja, o valor superior tem uma razão de 0,38

relativamente à altura inferior, que corresponde a 0,62 da superior. Considerando os valores das

transmitâncias registados na parte superior e inferior do sombreamento, o valor total de transmitância

é dado pela seguinte relação: 𝜏= (0,38 x Ev*_4cima + 0,62 Ev*_4baixo) / Ev*_1.

60

Fig. 4.2 – Transmitâncias visíveis no vão

4.1.2 FATORES DE LUZ DE DIA EM PLANOS HORIZONTAIS DE REFERÊNCIA

As medições das iluminâncias interiores foram efetuadas segundo a metodologia descrita na secçãp

4.2, com registos simultâneos da iluminância horizontal global desobstruída exterior (E_ext) e das

iluminâncias interiores (E_int) ao longo de uma malha de pontos de um plano horizontal a uma cota

de 0,70 m acima do pavimento (coincidente com a cota do plano de trabalho). Foi utilizada uma

malha de pontos compatível com as dimensões do compartimento.

O efeito dos dispositivos de sombreamento foi avaliado mediante a medição dos FLD com os

dispositivos dispostos segundo as posições descritas na secção 4.3.2.

Nas fig. 5.3 a 5.8 apresentam-se os resultados das medições para céu encoberto sob a forma de

curvas de distribuição de igual FLD e sob a forma de perfis FLD a meio vão. Na análise dos gráficos

das curvas de distribuição, foram adotadas duas escalas de cores pois o menor valor de FLD

registado na medição sem sombreamento (2%) corresponde ao maior valor registado em todas as

medições efetuadas com os sombreamentos nos diferentes ângulos. Adicionalmente, são referidos os

valores médios de FLD (FLDm) e a uniformidade1 (Unif.) para cada inclinação dos sombreamentos.

Fig. 4.3 – Distribuição dos FLD sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza

1 Uniformidade define-se como a relação entre a iluminância mínima e a média (Unif=Eminima/Emedia). Esta é importante na

manutenção do conforto visual, evitando contrastes excessivos.

0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a ví

sive

l (%

) Branco

Cinza

a) FLDm=5,91%

Unif. =0,19

b) FLDm=6,09%

Unif.=0,18

(%)

42%

19%

16% 12%

9%

4% 2%

39%

17% 12%

7% 8% 2% 1%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

2%

4%

6%

8%

10%

10% 12%

14%

61

Em todos os gráficos de análise do FLD é possível verificar que o ponto central mais próximo do vão

apresenta valores anormalmente inferiores aos pontos 1 e 13 (ver secção 4.2). Este facto deve-se a

condicionantes do trabalho experimental que se prendem com o facto de haver uma grande influência

da obstrução (conferida pelo caixilho de dimensões relativamente elevadas) à penetração da radiação

difusa no ponto mais próximo do mesmo (Fig .4.1 b)). Numa situação sem obstruções tão

significativas, os valores centrais mais próximos do vão seriam os mais elevados.

Nas Fig. 5.5 a 5.8 estão representadas as diferentes distribuições de valores de FLD iguais nas

posições referidas na secção 4.3.2 (com sombreamento), sob condições de céu encoberto.

Fig, 4.4 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º

Fig, 4.5 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 0º; b) 0º+45º; c) 45º; d) 0º+90º

a) FLDm=1,47%

Unif.=0,46

(%)

(%)

2%

1,8%

1,6%

1,8%

1,4%

1,2%

1%

0,8%

0,6%

0,8%

1%

1,2%

1%

0,4%

0,6%

0,8%

0,6%

0,8%

1%

1%

0,8%

0,8%

1,2%

1,4%

1,6%

1,8%

2%

1%

0,6%

0,8%

0,8%

0,4%

0,6%

0,8%

0,8%

0,6%

0,4%

b) FLDm=0,97%

Unif.=0,51

c) FLDm=0,54%

Unif.=0,51

d) FLDm=0,84%

Unif.=0,66

d) FLDm=1,33%

Unif.=0,47

c) FLDm=0,78%

Unif.=0,71

b) FLDm=0,37%

Unif.=0,71

a) FLDm=0,59%

Unif.=0,65

62

Fig. 4.6 – Distribuição dos FLD com sombreamento branco: a) 45º+90º; b) 90º

Fig. 4.7 – Distribuição dos FLD com sombreamento cinza: a) 45º+90º; b) 90º

Numa avaliação de iluminâncias horizontais sob condições de céu encoberto são espectáveis

distribuições com características simétricas em relação ao eixo central perpendicular ao vão. Este

fenómeno, visível na inclinação de 45º das lamelas brancas não ocorre em todas as inclinações

devido à inexistência de um céu encoberto real, ou seja, de acordo com a definição de céu encoberto-

padrão da CIE (Santos,2003). Sendo assim, existem ligeiras oscilações das iluminâncias exteriores

globais desobstruídas (E_ext), consequentes das diferentes opacidades das nuvens existentes, que

resultam numa distribuição interior com uma tendência para maiores iluminâncias na direção do Sol.

Analisando as distribuições das iluminâncias interiores, é possível concluir que as posições de

estores com dupla inclinação são vantajosas no que diz respeito à iluminação num plano horizontal

correspondente ao plano de trabalho. As posições de 0º+45º, 0º+90º e 45º+90 (Fig. 5.4 e 5.5 a) e c)

(%)

(%)

0,4%

0,6%

0,2%

0,2%

0,2%

e) FLDm=0,29%

Unif.=0,74

b) FLDm=0,20%

Unif.=0,59

b) FLDm=0,22%

Unif.=0,62

a) FLDm=0,51%

Unif.=0,58

63

(evitam o grande decréscimo de FLD á medida que se afasta do vão, verificado na posição horizontal

das lâminas (ver Fig. 5.5 a)) e na inclinação a 45º, tornando o ambiente luminoso mais homogéneo

diminuindo os encandeamentos. Também é possível verificar que os maiores valores de FLD nas

situações com estores de dupla inclinação se encontram ao centro do compartimento, facto com mais

expressão na posição de 0º+90º, como é possível verificar nas Fig. 5.4 d) e 5.5 d).

A influência da cor (e consequentemente da respectiva reflectância - 𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%) é visível

em todas as posições, com a apresentação de valores menores no compartimento de sombreamento

cinza. Porém, as distribuições de cada posição são idênticas, embora com valores diferentes para as

duas cores, com exceção das posições 0º+45º e 45º+90º, onde a reflexão provocada pela área de

lâmina exposta à radiação é mais expressiva nas lâminas brancas.

A obstrução das lamelas a 45º é elevada, nomeadamente nos sombreamentos cinza, onde a

distribuição de FLD interiores é idêntica à da verificada no sombreamento totalmente fechado (Fig.

5.6 b) e 5.7 b)). Este facto é contrariado nos sombreamentos brancos, onde os valores de FLD se

aproximam dos 0,8% nos pontos mais próximos do vão. Pode-se assim concluir que o fator de

reflexão das lamelas brancas (𝜌=68%) tem bastante influência na inclinação de 45º (Fig. 5.4 e 5.5 c)),

aumentando o FLD até 0,4%.

De um modo geral, pode-se concluir que a posição horizontal das lamelas é a que confere menor

obstrução à radiação (Fig. 5.4 e 5.5 a)), chegando a ultrapassar os 2% de FLD em posições próximas

do vão e distanciando-se cerca de 1% do valor máximo de FLD da seguinte posição menos

obstrutiva. Por outro lado, as posições de lamelas parcial ou totalmente horizontais (Fig 5.4 e 5.5 a),

b) e d)) são as que permitem maiores iluminâncias. Ordenando os diferentes ângulos possíveis de

combinar por ordem crescente de níveis médios de FLD, obtemos a seguinte sequência: 90º;

45º+90º; 45º; 0º+90º; 0º+45º; 0º.

Fig. 4.8 – Perfis do FLD medidos com e sem sombreamento: a) Branco; b) Cinza

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3

FLD

(%

)

distância ao vão (m)

Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º0º

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3

FLD

(%

))



a) Branco b) Cinza

64

4.2 AVALIAÇÃO SOB CONDIÇÕES DE CÉU LIMPO

As avaliações quantitativas sob céu limpo efetuaram-se através da medição das irradiâncias e

iluminâncias numa grelha de pontos num plano horizontal a uma cota de 0,70 m correspondente ao

plano de trabalho (iluminâncias horizontais) e no eixo central perpendicular ao vão envidraçado

(irradiâncias horizontais e verticais e iluminâncias verticais) segundo a metodologia referida na

secção 4.2. Para além destas medições no interior dos dois compartimentos analisados, foram ainda

efetuadas medições complementares de modo a definir as transmitâncias visíveis e solares do vão

para cada inclinação de estores representadas na secção 4.3.2 e para cada posição relativa aos

elementos constituintes da fachada de dupla pele (ver secção 4.2.1).

Devido à inexistência de condições de nebulosidade adequadas em períodos próximos do Solstício

de Inverno, as medições sob condições de céu limpo foram efetuadas apenas em períodos próximos

do Solstício de Verão, a 8 e 9 de Julho e do Equinócio de Outono a 25 e 26 de Setembro.

4.2.1 TRANSMITÂNCIAS SOLAR E VISÍVEL DO VÃO

As transmitâncias do vão relativas à luz e radiação transmitidas através deste foram medidas

verticalmente junto aos vários constituintes da fachada de dupla pele instalada na célula de teste sob

condições de céu limpo. Nas fig. 5.10 e 5.11 estão representados os valores da transmitâncias totais

visível e solares registadas no vão, ou seja, os valores obtidos através do quociente entre o valor das

iluminâncias e irradiâncias no vidro interior (Ev_4) e o valor exterior simultâneo (ver secção 4.2.1)

registados no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono.

4.2.1.1 TANSMITÂNCIA VISÍVEL

Na Fig. 5.9 estão representados os gráficos relativos às transmitâncias visíveis registadas em ambas

as alturas do ano e às três alturas do dia (9:00 TSV, 12:00 TSV, 15:00 TSV). Os valores

representados são referentes à média dos valores registados no ponto (Ev_4) (ver secção 4.2.1). Em

situações de dupla inclinação das lamelas, o valor adotado foi definido de forma semelhante ao

referido secção 5.1.1.

65

Fig. 4.9 – Transmitâncias visíveis no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono

4.2.1.2 TRANSMITÂNCIA SOLAR

Na Fig. 5.10 estão representados os gráficos relativos às transmitâncias visíveis registadas em

ambas as alturas do ano e às três alturas do dia (9:00 TSV, 12:00 TSV, 15:00 TSV). Os valores

representados são referentes à média dos valores registados no ponto (Ev_4) (ver secção 4.2.1). Em

situações de dupla inclinação das lamelas, o valor adotado foi definido de forma semelhante ao

referido na secção 5.1.1.

0

10

20

30

40

50tr

ansm

itân

cia

visí

vel (

%) 9:00 TSV

BrancoCinza

a) 9:00 TSV, Solstício de Verão b) 9:00 TSV, Equinócio de Outono

0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a vi

síve

l(%

) 9:00 TSVBrancoCinza

0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a vi

síve

l(%

) 12:00 TSVBranco

Cinza

0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a vi

síve

l(%


b) 12:00 TSV, Equinócio de Outono a) 12:00 SV, Solstício de Verão


0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a vi

síve

l(%

) 12:00 TSVBranco

Cinza

0

10

20

30

40

50

tran

smit

ânci

a vi

síve

l(%

) 15:00 TSVBranco

Cinza

32%

11% 10%

8% 7% 5%

2%

30%

7%

6% 4% 4% 3% 0,5%

46%

17% 17%

9% 8%

5% 3%

40%

12% 13%

6% 5% 2% 0,2%

10% 10% 9% 8%

6% 4% 1% 8%

7% 5% 4%

42%

39%

13%

6%

9%

7%

7%

5%

6%

4%

9%

6% 1%

13% 13% 10%

13% 11% 10%

3% 10% 10% 6%

11% 10% 11%

33%

12% 9% 9%

6%

9%

6%

29%

6% 7%

5% 4% 6% 0,4% 2%

66

Fig, 4.10 – Transmitâncias solares no vão: a) Solstício de Verão; b) Equinócio de Outono

4.2.2 ILUMINÂNCIAS HORIZONTAIS EM PONTOS DE REFERÊNCIA NO PLANO DE TRABALHO

As iluminâncias horizontais foram medidas em dezoito pontos distribuídos de forma adaptada à área

nos compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de

iluminância horizontal exterior.

Os resultados obtidos estão indicados nas Fig.5.11 à Fig. 5.19 são indicados os valores medidos nas

situações acima descritas, nos compartimentos com estores brancos e cinza. De notar que os

símbolos e não representam o valor exato mas sim uma referência da incidência de radiação

solar direta no ponto em questão para a opção sem sombreamento e com lâminas a 0º.


0

5

10

15

20

tran

smit

ânci

a so

lar

(%) 12:00 TSV

Branco

Cinza

0

5

10

15

20

tran

smit

ânci

a so

lar

(%) 15:00 TSV

Branco

Cinza

b) 12:00 TSV, Equinócio de Outono a) 12:00 TSV, Solstício de Verão

a) !5:00 TSV, Solstício de Verão b) 15:00 TSV, Equinócio de Outono

0

5

10

15

20tr

ansm

itân

cia

sola

r (%


0

5

10

15

20

tran

smit

ânci

a so

lar

(%) 9:00 TSV

BrancoCinza

0

5

10

15

20

tran

smit

ânci

a (%

) 15:00 TSVBranco

Cinza

0

5

10

15

20

tran

smit

ânci

a so

lar

(%) 12:00 TSV

Branco

Cinza

10%

4%

1% 3% 2%

4%

3%

3% 4% 4%

3%

12%

4% 3% 3%

2% 1% 0,3%

3%

2% 2%

11%

0,5% 1% 3%

3% 3%

5%

15%

3%

2% 2%

14%

0,1%

1% 2% 2%

3% 4% 3% 4%

2% 3%

1% 1% 0,3%

4% 3% 2%

2% 1% 3%

9%

2% 2% 1% 0,2%

17%

7%

5% 3%

5% 4%

1% 4% 5%

2% 2%

1% 0,3%

67

Fig, 4.11 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 9:00 TSV sem sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono

a) Branco

b) Cinza Fig. 4.12 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 81140 lux e 96920 lux.

a) Branco

b) Cinza Fig. 4.13 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 41820 lux 67490 lux.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



a) Branco b) Cinza c) Branco d) Cinza

lux 500

1000

1500 2000

2500

3000

500

1000

1500

1000

2000

2500

3000

1000

1500

2000

2500

3000

1500

2000

2500

3000

68

Nas iluminâncias interiores horizontais registadas no período da manhã, é possível verificar a

influência da cor dos estores (𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%), em ambas as datas, principalmente em

posições com as lamelas a 0º e a 0º+45º, cujos valores no compartimento com sombreamento branco

se aproximam bastante dos registados sem sombreamento. Este fato deve-se à maior área de lamela

exposta potenciar os efeitos de reflexão.

No Solstício de Verão, é possível verificar uma sobreposição de valores nas posições de 45º e de

0º+fechado, facto que se repete em Setembro, porém com menos expressão. Isto deve-se ao facto

da reflexão que ocorre na posição de estores onde metade do sombreamento se encontra a 0º se

aproxima da totalidade do sombreamento a 45º.

De uma forma geral, os valores registados no Equinócio de Outono são bastante superiores em todas

as posições, o que se deve à posição mais baixa do Sol, sendo inclusive possível a incidência direta

do Sol através do sombreamento na posição com as lamelas na horizontal.

Fig. 4.14 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 12:00 TSV sem sombreamento: a) Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono


lux

500

1000

1500

500

1000

1500

2000

2500

3000

500

1000

2000

500

1000

1500

2000

2500

3000

1500

69

a) Branco

b) Cinza Fig. 4.15 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 112610 lux e 116820 lux.

a) Branco

b) Cinza Fig. 4.16 – Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 86120 lux e 88200 lux.

No que diz respeito aos valores registados ao meio-dia solar, verifica-se uma grande similaridade nas

distribuições interiores, à exceção do compartimento com sombreamento branco no Equinócio de

Outono, onde os valores são completamente discrepantes dos restantes. Aqui pode-se concluir que a

cor dos estores tem maior influência na iluminância horizontal interior no Equinócio de Outono pois a

incidência mais horizontal da radiação solar aumenta a componente da reflexão verificada nas

lamelas. O facto do Sol se encontrar mais alto ao meio-dia solar, aumenta o bloqueio da radiação

através das lamelas, o que provoca a diminuição dos valores da na distribuição interior.

Nos três gráficos restantes encontram-se pontos comuns, nomeadamente a linearidade dos valores

ao longo do eixo, que rondam o intervalo entre 0 e 500 lux e a sobreposição dos perfis relativos às

posições de com inclinação de 45º, 0º+45º e 0º+fechado. Isto deve-se à posição mais alta do Sol que

torna o valor das iluminâncias interiores mais uniforme ao longo do eixo perpendicular ao vão. Uma

exceção à similaridade de valores, é a posição com lamelas horizontais, que se distância dos valores

restantes devido à maior área de lamela exposta a reflexões, principalmente nos pontos mais

próximos do vão.

Outro facto único é a distância significativa registada entre os valores sem sombreamento e com

qualquer sombreamento no compartimento com estores cinza, nas medições efetuadas em

Setembro. Pode-se então concluir que os estores cinza apresentam uma grande obstrução à

iluminação natural, às 12:00 TSV do Equinócio de Outono.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

a h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

a h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



70

Fig. 4.17 – Distribuição das iluminâncias ao longo de um plano horizontal às 15:00 TSV sem sombreamento: a)Solstício de Verão; b) Solstício de Verão; c) Equinócio de Outono; d) Equinócio de Outono.

a) Branco

b) Cinza

Fig. 4.18 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 101700 lux e 110570 lux.

a) Branco

a) Cinza

Fig. 4.19 - Perfil de iluminâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 84700 lux e 82040 lux.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

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as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as h

or.

(lu

x)




lux

500

1000

500

1000

500

1000

1500

2000

2500

3000

500

1000

1500

2000

2500

3000

71

À semelhança do que ocorre a outras horas do dia, a linearidade de valores entre os 0 e 500 lux

verificada na maioria dos gráficos é apenas contrariada no compartimento com sombreamento branco

aquando das medições do Equinócio de Outono e nos valores relativos à posição horizontal de

estores, o que se deve ao fator de reflexão que tem maior expressão quanto maior a área de lamela

exposta, e à posição baixa do Sol, que potencia as reflexões e encontra menos obstrução através das

lamelas.

A maior diferença é verificada em Setembro no compartimento com sombreamento cinza

(𝜌branco=68%; 𝜌cinza=40%), onde, embora haja a incidência direta do Sol nas medições sem

sombreamento, os valores máximos da posição horizontal rondam os 1250 lux, valor apenas

aproximado pelos registados na posição de 45º no compartimento no compartimento com

sombreamento branco, o que significa que a posição do Sol às 15:00 TSV potencia a incidência da

radiação nas lamelas, possibilitando assim uma maior reflexão.

4.2.3 IRRADIÂNCIAS HORIZONTAIS NO EIXO CENTRAL PERPENDICULAR AO VÃO

A irradiâncias horizontais interiores (Fig. 5.20 a Fig. 5.25) foram medidas em seis pontos no eixo

central perpendicular ao vão, a uma cota de 0,70 m, nos compartimentos com os sombreamentos

brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de irradiância horizontal exterior. Nas Fig. 5.20 a

5.25 apresentam-se os valores das irradiâncias horizontais registadas no Solstício de Verão e no

Equinócio de Outono às 9:00 TSV, 12:00 TSV e 15:00 TSV.

a) Branco

b) Cinza

Fig. 4.20 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 671,1 W/m2 e 803,5 W/m2.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2)


Aberto90º45º+90º0º+90º45º0º+45º

72

a) Branco

b) Cinza

Fig. 4.21 – Perfil de irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: Valores exteriores entre 440 W/m2 e 562,2 W/m2.

Analisando os valores das irradiâncias horizontas das Figuras 5.20 e 5.21 registados às 9:00 TSV

respetivamente no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono, verifica-se uma grande obstrução da

radiação nos sombreamentos, em relação à medição sem sombreamento, nomeadamente no

compartimento com sombreamento cinza, onde a discrepância de valores de irradiâncias horizontais

com e sem sombreamento chega a atingir os 3W/m2 para os ângulos de lamelas a 0º. Isto deve-se ao

fato da refletância das lamelas cinza ser inferior às das lamelas brancas, o que é ainda mais notório

na posição horizontal das lamelas. Este fato é divergente nos sombreamentos brancos em ambas as

alturas do ano, onde a inclinação de 0º se aproxima bastante dos valores sem sombreamento, o que

se deve às reflexões verificadas na posição horizontal, onde a área de lamela exposta é maior e à

posição baixa do Sol, que favorece a maior penetração na posição horizontal.

De notar que a distribuição das irradiâncias ao longo do eixo se desenvolve de forma idêntica para o

mesmo compartimento no Solstício de Verão e no Equinócio de Outono, embora com valores

bastante mais elevados em Setembro.

Em Julho observa-se uma grande obstrução à radiação na posição de 45º+fechado, devido à grande

obstrução verificada em posições mais altas do Sol como as que ocorrem no Solstício de Verão. A

distribuição dos valores de irradiâncias horizontais nesta posição encontra-se bastante próxima da

posição totalmente fechada.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irad

iân

cias

ho

r. (

W/m

2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



73

a) Branco

b) Cinza

Fig. 4.22 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 982,4 W/m2 e 1011,2 W/m2.

a) Branco

c) Cinza

Fig, 4.23 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono, às 12:00 TSV: Valores exteriores entre 776,8 W/m2 e 798,3 W/m2.

Tendo em conta os valores exteriores mais elevados em Julho e a distribuição dos valores de

Setembro, pode-se concluir que o ângulo do Sol influencia bastante as irradiâncias interiores ao meio-

dia solar (Fig. 5.22 e 5.23), havendo mesmo penetração da luz direta do sol no compartimento com a

inclinação das lâminas a 0º devido à sua posição perpendicular aos vãos. É ainda visível a

convergência dos valores no compartimento com sombreamento branco no Solstício de Verão a partir

da distância de 0,75 m do vão, entre as posições de 0º, 0º+45º e 45º (Fig. 5.22 a)) com valores de

0º+45º inferiores aos de 45º. Pode-se então concluir que a influência da inovação destes

sombreamentos relativa à dupla inclinação das lamelas não tem muita expressão nas situações

referidas.

Devido à posição baixa do Sol às 12:00 TSV no Equinócio de Outono (Fig. 5.22 a)), é ainda verificado

um fenómeno excecional de valores superiores na posição de 0º+fechado em relação à de 45º, pois a

reflexão da radiação nas lamelas a 0º é potenciada pelo ângulo do Sol.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

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or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



74

a) Branco

b) Cinza

Fig. 4.24 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Solstício de Verão, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 976,4 W e 905,7 W/m2.

a)

b)

Fig. 4.25 – Irradiâncias horizontais medidas para diferentes combinações de ângulos no Equinócio de Outono, às 15:00 TSV: Valores exteriores entre 747,1 W/m2 e 767,9 W/m2.

As irradiâncias horizontais registadas as 15:00 TSV (Figuras 5.24 e 5.25), são bastantes divergentes

no que diz respeito às duas alturas do ano, nomeadamente no compartimento com sombreamento

branco, onde todas as posições de estores no Solstício de Verão (Figura 5.24) têm valores apenas

semelhantes às posições parcial ou totalmente fechadas no Equinócio de Outono (Figura 5.25). Este

facto deve-se à posição mais frontal do Sol em relação aos vãos e do ângulo mais baixo do Sol

verificado no Equinócio de Outono.

Nas quatro medições, existe uma grande semelhança de valores entre a posição de 0º+45º e 45º,

sendo esta mais evidente no Solstício de Verão, em ambas as cores de estores (Fig. 5.24 a e b)).

No compartimento com sombreamento cinza, às 15:00 TSV, verifica-se em ambas as datas uma

distribuição bastante linear ao longo dos pontos do eixo, excetuando a inclinação de 0º em Setembro

(Figura 5.25), cujos três primeiros valores são bastante mais elevados que os restantes devido à

reflexão da radiação nas lamelas.

O fato dos valores serem superiores na posição das lamelas a 0º no Equinócio de Outono em relação

à mediação sem sombreamento, deve-se a erros de medição provocados pela diferença horária entre

os dois registos (34 minutos) e a consequente diferença de valores de irradiâncias horizontais

exteriores.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

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nci

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or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

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0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

(W

/m2 )



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as h

or.

/W

/m2 )



75

4.2.4 ILUMINÂNCIAS, IRRADIÂNCIAS E FATOR DE LUZ DE DIA VERTICAIS

Foram também medidas as irradiâncias e iluminâncias verticais em todos os períodos e posições das

lamelas, além do FLD vertical ao nível do olhos que pretende quantificar o ambiente luminoso interior.

Nas Figuras 5.26 e 5.27 mostra-se, a título de exemplo, os resultados das iluminâncias e irradiâncias

verticais para o Equinócio de Outono às 12:00 TSV. Os restantes resultados podem ser encontrados

nos Anexos 1, 2 e 3. Como se pode observar pela comparação das Figuras 5.26 e 5.27 com as Fig.

5.15 e 5.22, a influência da inclinação das lamelas nas irradiâncias e iluminâncias em plano vertical

seguem a mesma tendência das em plano horizontal. No entanto, os registos de irradiâncias e

iluminâncias verticais são mais afetados pelas componentes de reflexão nas superfícies pelo que o

seu estudo carece de uma análise mais aprofundada e complexa.

a)

b) Fig. 4.26 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. 4.27 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

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. (W

/m2)



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2)


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

76

4.2.5 TEMPERATURA E HUMIDADE RELATIVA

A avaliação da temperatura e humidade relativa interior teve lugar no mês de Agosto, sob condições

exteriores de céu limpo. O registo com a duração de um dia para cada inclinação de estores

representada na secção 4.3.2, foi efetuado de forma contínua, num período entre as 9 e as 17 horas,

como referido na metodologia presente na secção 4.2.

Tendo em conta que a célula de teste onde foram efetuados os ensaios, embora se encontre dividida

em dois compartimentos independentes do ponto de vista da iluminação natural, não configura duas

áreas distintas relativamente ao ambiente térmico, os valores registados em ambas as áreas de

influência dos estores foram bastante semelhantes. Por este motivo, foi adotado um único valor

representativo da influência da inclinação de ambos os estores na elaboração dos gráficos. Nas Fig.

5.28 à Fig. 5.35 estão representados os gráficos dos registos das temperaturas, radiação solar no

exterior e humidades relativas onde é possível identificar a influência da inclinação e posição dos

estores nos valores interiores.

Fig. 4.28 – Temperatura ambiente interior e exterior e radiação solar global incidente em plano horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) sem sombreamento:


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2)

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

HoraRadiação Tint Text

30

40

50

60

70

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2)

Tem

pe

ratu

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ºC)


30

40

50

60

70

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

Hora

Hr_int Hr_ext

a) b)

a) b)

77


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 0º+45º


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b) com sombreamento a 45º


horizontal.(a) e humidade relativa interior e exterior (b ) com sombreamento fechado (90º)

0

200

400

600

800

1000

19

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23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2 )

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)


30

40

50

60

70

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2 )

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)


30

40

50

60

70

09:00 13:48 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2)

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)


30

40

50

60

70

09:00 13:48 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

a) b)

a)

b)

a) b)

b)

78





Na análise dos valores das temperaturas e humidades relativas nos diferentes dias, e, tendo em

conta as diferentes inclinações de estores, é notória a diferença entre as posições de referência (sem

sombreamento e com sombreamento fechado). Em todas as situações foram assinalados valores

superiores de temperatura no interior da célula de teste, fato não espectável nem desejável na

estação de arrefecimento (Agosto). Este facto deve-se às características construtivas e da envolvente

construída da célula de teste, nomeadamente a sua implantação sem edifícios próximos, o

isolamento térmico da envolvente, nomeadamente a constituição das paredes e cobertura, a elevada

área de envidraçados e a deficiente de ventilação natural. A elevada área de envidraçados contribuiu

de forma considerável para os ganhos solares e logo para o sobreaquecimento do espaço interior da

célula. Para além disso, também é importante referir que os valores médios de temperaturas

exteriores registados se encontram abaixo dos normalmente verificado no mês de Agosto, como

explanado na secção 2.1.2. Ainda assim, é, possível a perceção da barreira térmica formada pelos

diferentes níveis de obstrução consequentes da posição e inclinação dos sombreamentos. Na

situação de estores a 45º+90 e 90º, onde as temperaturas exteriores são as mais elevadas, chegando

a ultrapassar os 28ºC, a curva da evolução crescente da temperatura interior é bastante inferior da

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaçã

o s

ola

r (W

/m2 )

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)


30

40

50

60

70

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

0

200

400

600

800

1000

19

21

23

25

27

29

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Rad

iaça

o s

ola

r (W

/m2)

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)


30

40

50

60

70

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Hu

m. r

ela

tiva

(%

)

HoraHr_int Hr_ext

a)

b)

a) b)

b)

79

registada no exterior da célula (Fig.5.32). À medida que o valor da temperatura aumenta, a humidade

relativa decresce, com uma evolução semelhante no interior e exterior da célula. A posição horizontal

das lâminas confere um ambiente térmico interior semelhante à situação sem sombreamento, com a

diferença de cerca de 1ºC em todo o dia (Fig. 5.26 e 5.27).

Fig. 4.35 – Diferença entre a temperatura interior e a temperatura ar-sol

Verifica-se também que os valores registados de temperatura interior se relacionam com a radiação

solar global incidente, em particular na situação sem sombreamento. Devido à fraca inércia térmica

da construção não existe um desfasamento temporal nem um amortecimento relevante entre os picos

de temperatura e radiação solar exterior e o pico de temperatura interior.

Uma vez que as medições de temperaturas e humidade relativa com as diferentes posições das

lamelas foram efectuadas em dias diferentes e, logo, com condições climáticas (de temperatura e

radiação exterior) também distintas foi também calculado para cada posição de lamelas a diferença

entre a temperatura ambiente interior (Tint) e a temperatura ar-sol (Tar-sol) como se mostra na Fig. 5.35.

A temperatura ar-sol (Tar-sol) é uma temperatura fictícia que produz o mesmo fluxo de calor através

de um elemento de construção que o efeito combinado de radiação solar e de temperatura do ar

exterior e que pode ser calculada pela seguinte equação:

Tar-sol=Text+Rad x Ser

onde Tar-sol é a temperatura ar-sol (ºC), Text é a temperatura ambiente exterior (ºC), é a absortância

solar da superfície (que foi considerada igual a 0.18), Rad é a radiação solar incidente (W/m2) e Rse é

a resistência térmica superficial exterior (que, de acordo com REH (2013), toma o valor de 0.04

m2ºC/W).

Analisando o gráfico representado na Fig. 5.35, é possível verificar a grande obstrução da posição

fechada dos estores, e das inclinações 45º+90º em relação às restantes posições. As posições de 0º

e abertas representam a menor obstrução à temperatura exterior, diferindo nas horas mais próximas

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

09:00 11:24 13:48 16:12 18:36

Tin

t-Ta

r-so

l

HOra

Aberto

0º

0º+45º

45º

0º+90º

45º+90º

Fechado

80

do nascer e pôr-do-sol, onde os 0º dos estores exercem maior obstrução. Este facto deve-se à

posição alta do Sol em horas próximas do meio-dia solar, onde o contorno do vão de 0,20 m é

suficiente para sombrear de forma eficaz o interior da célula. Por outro lado, as inclinações mais

suscetíveis à mudança de posição do Sol ao longo do dia são as de lamelas a 45º na parte inferior do

sombreamento (0º+45º e de 45º),sendo que ambas representam uma menor barreira às condições

exteriores nas horas próximas do meio-dia solar.

De um modo geral, as distribuições de temperaturas e humidades relativas ao longo do dia seguem a

tendência espectável de maior obstrução ao calor, quanto mais fechados se encontrarem os estores

e as inclinações de 0º+45º e 45º são as mais afetadas pelas horas do dia onde o Sol está mais baixo.

81

CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

A abordagem do tema presente no atual trabalho é de enorme importância na garantia de um futuro

sustentável no que diz respeito à arquitetura. Para além da utilização de novos materiais e

tecnologias sustentáveis na criação de uma arquitetura bioclimática1, é cada vez mais pertinente a

necessidade de um maior conhecimento técnico por parte dos arquitetos, de modo a ser possível

uma tomada de decisão mais crítica e objetiva acerca dos materiais e técnicas construtivas a serem

adotadas. A área de conhecimento da física das construções é, portanto, fundamental na

compreensão das características físicas dos materiais e na sua influência no conforto ambiental

interior dos ocupantes. Assim, é possível projetar edifícios com maior conforto interior através da

manipulação das condições exteriores, ao longo do dia e nas diferentes alturas do ano.

Relativamente aos sombreamentos utilizados em arquitetura, nomeadamente estores venezianos, há

que ter em atenção a utilidade dos mesmos segundo a orientação, geometria e dimensão dos vãos

onde são instalados. Em posições altas do Sol, nomeadamente ao meio-dia solar do Solstício de

Verão no Hemisfério Norte, a inclinação horizontal dos sombreamentos é mais eficaz na orientação

Sul, pois funciona como uma pala horizontal e causa uma barreira à penetração da radiação direta.

Também o contorno do vão de cerca de 0,20 m por se tratar de uma fachada de dupla pele com o

dispositivo de sombreamento na caixa-de-ar confere um maior sombreamento em horas em que o Sol

tem maiores ângulos relativamente à zona de implantação. Tendo em conta a mesma posição de

sombreamentos, esta é praticamente ineficaz quando orientada a Poente ou a Nascente. Isto deve-se

à baixa posição do Sol e ao menor ângulo verificado na direção da radiação Solar. Posto isto, as

inclinações mais eficazes a Poente e a Nascente são as que incluem as lamelas a 45º pois, através

da reflexão da luz nas mesmas e posteriormente no teto, existe um aumento das iluminâncias no

interior dos compartimentos, ao mesmo tempo que se evita a penetração excessiva e o aumento do

efeito de encadeamento nos ocupantes. Sendo assim, a orientação dos vãos mais eficaz no que diz

respeito ao controlo solar é a Sul, pois na estação de arrefecimento é de mais fácil sombreamento,

devido à posição alta do Sol quando este se encontra a Sul e na estação de aquecimento é favorável

a ganhos solares positivos, permitindo assim o aumento natural da temperatura interior.

Com o trabalho experimental efetuado numa célula de teste exterior no LNEC foi possível a análise

objetiva de um tipo de dispositivos sombreamentos inovadores e o seu impacte no conforto ambiental

interior. Foi possível concluir que a dupla inclinação confere maior eficiência aos estores venezianos

no que diz respeito à proteção solar, ao controlo e modelação da luz natural, conseguindo uma maior

uniformidade de iluminâncias relativa à área do compartimento e um consequente controlo do

encandeamento provocado por contrastes excessivos de luz. Embora os dispositivos tradicionais

concedam uma proteção solar bastante razoável através da rotação das lamelas até 90º, a dupla

1 Define-se arquitetura bioclimática como a técnica de desenho dos espaços habitáveis tendo em conta as condições

climáticas e utilizando os recursos disponíveis na natureza.

82

inclinação dos estores permite o fornecimento de níveis intermédios de iluminação natural, com

valores que anteriormente eram de impossível alcance, nomeadamente entre a posição totalmente

fechada e de lâminas a 45º, alcançados através das inclinações de 45º+90º e 0º+90º. Também a

inclinação de 0º+45º atinge valores de iluminação no interior que se situam entre os registados com

as lâminas horizontais e a 45º.

A grande vantagem destes sombreamentos inovadores é o controlo do encandeamento, em particular

no plano de trabalho. Com a possibilidade de uma maior obstrução na zona inferior do

sombreamento, seja com as lamelas fechadas ou a 45º, é possível reduzir o valor das iluminâncias

que atingem o plano de trabalho junto ao vão em inclinações como a horizontal, mantendo, ainda

assim, um nível mínimo de iluminâncias necessário às diferentes tarefas em posições mais afastadas

do vão. Uma maior eficácia da iluminação natural é possível através de reflexões nas lamelas (a 45º)

e na entrada direta de radiação combinada com reflexões nas lamelas (a 0º), que tornam o ambiente

luminoso mais uniforme.

O efeito de reflexão é passível de ser confirmado através dos registos sob condições de céu

encoberto, onde as iluminâncias exteriores são bastante inferiores e não existe uma direção

predominante da radiação. Com a redução das reflexões, a inclinação de lamelas a 45º confere uma

obstrução à iluminação natural só comparável à existente em inclinações de 45º+90º e com os

sombreamentos totalmente fechados. Em situações de céu limpo, a posição de lamelas a 45º

representa níveis de iluminação mais elevados e próximos da posição de 0º+45º. Este efeito de

reflexão nas lamelas, dependente da reflectância de cada material (𝜌branco=68%, 𝜌cinza=40%) também

é bastante percetível na avaliação efetuada no compartimento com sombreamentos cinza, onde,

embora se verifique uma distribuição interior semelhante à registada no compartimento com

sombreamentos brancos, os valores de iluminâncias são inferiores, maioritariamente em posições

que incluam as lâminas horizontais ou a 45º.

Tendo em conta as conclusões retiradas da avaliação experimental, é importante referir que, para

uma análise exata e completa, é necessário uma extrapolação relativa a todas as alturas do ano, só

possível com valores sob condições de céu limpo registados em Dezembro. Como desenvolvimento

futuro, considera-se haver necessidade de uma repetição das medições já efetuadas em dias de céu

limpo, no Solstício de Inverno (Santos, 2003). Para além destas medições, existe também a

necessidade da repetição dos ensaios efetuados sob condições de céu encoberto de inverno, de

modo a minimizar os erros experimentais e a garantir uma maior exatidão nos resultados.

Tomando em consideração os valores já conseguidos das iluminâncias verticais em quatro direções

perpendiculares e iluminâncias e irradiâncias verticais no eixo perpendicular ao vão, é importante a

execução de um análise futura mais aprofundada de modo a conseguir fazer uma crítica comparativa

das diferentes inclinações de estores e das cores dos mesmos. Esta análise é bastante complexa e

minuciosa uma vez que os valores registados são dependentes de vários fatores externos a ter em

conta, como a radiação que incide diretamente nos pontos, à altura de 1,5 m, é função as diferentes

reflexões nas paredes, teto, pavimento e edifícios fronteiros e, até mesmo do albedo do pavimento

83

(quantidade refletida da luz que incide na superfície) exterior que influência o valor registado pelos

sensores verticais.

Finalmente, o estudo acerca do conforto interior deve ser complementado com opiniões dos

ocupantes de edifícios reais que disponham deste tipo de sombreamentos, relativamente às

condições estudadas de forma experimental. O questionário das condições de iluminação,

sombreamento, temperatura e conforto deve ser efetuado a um número elevado de ocupantes do

espaço estudado, podendo assim confirmar ou contrariar as conclusões conseguidas através da

análise experimental das características físicas do ambiente interior e dos dispositivos de

sombreamento.

85

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89

ANEXOS

91

ANEXO 1

PERFIS DE ILUMINÂNCIAS VERTICAIS

93

A iluminâncias verticais foram medidas em seis pontos no eixo central perpendicular ao vão, nos

compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de

iluminância vertical exterior.

a)

b) Fig. A-1.1– Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 9:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. A-1.2 - Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 9:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. A-1.3 – Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



94

a)

b)

Fig. A-1.3- Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. A-1.5 – Iluminâncias verticais no Solstício de Verão às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

Fig. A-1.6 – Iluminâncias verticais no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3

Ilu

min

ânci

as v

ert

. (lu

x)



95

ANEXO 2

ILUMINÂNCIAS E FLD VERTICAIS AO NÍVEL DOS OLHOS

97

As iluminâncias verticais em quatro direções perpendiculares foram aferidas em dias de céu limpo no

Solstício de Verão e Equinócio de Outono, através da medição com um sensor vertical a uma cota de

1,5 m, como referido na secção 4.2. Simultaneamente foram registados os valores da iluminâncias

verticais exteriores na face do vão. Nas figuras A-2.1 à A-2.6 estão representados os valores das

iluminâncias verticais ao nível dos olhos em lux.

Fig. A-2.1 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 9:00 TSV no Solstício de Verão

Fig. A-2.2 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 12:00 TSV no Solstício de Verão

354

1540

623 870

348

1395

708 518

39

131

65 73

53

223

101 83

98

344

146 182

130

519

227 192

99

382

160 199

149

583

261 213

207

797

295 417

149

583

261 213

255

378

486 378

197

746

293 387

247

1088

456 327

170

655

234 303

281

1185

370 501

280

1089

514 360

31

134

46 65

46

192

94 76

72

243

92 123

96

381

166 131

86

390

120 100

115

445

211 176

187

815

310 244

152

682

250 294

180

793

290 223

149

705

241 262

178

764

308 234

120

477

174 204

98

Fig.A-2.3 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 15:00 TSV no Solstício de Verão

Fig.A-2.4 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 9:00 TSV no Equinócio de Outono

Fig. A-2.5 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 12:00 TSV no Equinócio de Outono

203

820

328 384

198

826

391 220

33

106

45 59

32

128

64 38

75

316

80 149

73

253

125 88

80

380

108 149

76

327

167 121

119

472

181 211

137

551

249 194

131

556

210 244

157

660

319 172

144

671

259 255

161

689

288 243

354

1540

623 870

779

3132

1627 1737

46

148

82 66

93

423

201 141

128

589

213 239

212

1078

441 308

230

978

426 610

308

1440

708 629

275

1170

470 506

390

1950

1050 530

380

1415

599 720

560

2350

1180 760

144

671

259 255

730

2900

1520 1200

640

2500

1370 1020

590

2160

1320 820

42

138

66 61

46

192

94 76

121

537

193 200

210

940

420 250

165

708

291 340

249

1020

470 350

255

1190

580 320

388

1705

776 430

272

1190

497 1507

377

1720

776 502

290

1140

572 505

455

1884

925 649

99

Fig. A-2.6 – Iluminâncias verticais em quatro direções às 15:00 TSV no Equinócio de Outono

Os FLD verticais em quatro direções perpendiculares foram aferidas num dia de céu encoberto,

através da medição com um sensor vertical a uma cota de 1,5 m, como referido na secção 4.2.

Simultaneamente foram registados os valores da iluminâncias verticais exteriores na face do vão. Nas

figuras A-2.1 à A-2.6 estão representados os valores dos FLD verticais ao nível dos olhos em

percentagem.

Fig. A-2.7 – FLD verticais em quatro direções sob condições de céu encoberto

395

1870

890 805

382

1840

1040 610

55

183

93 91

64

273

140 102

102

361

149 142

150

687

308 225

126

586

258 256

185

861

408 311

187

721

288 344

285

1421

660 420

227

1063

458 361

322

1490

699 515

273

1054

487 470

368

1530

705 577

1,7%

8,3%

3,7% 5,0%

0,7%

2,9%

1,8% 1,1%

0,2%

0,8%

0,3% 0,3%

0,2%

0,5%

0,4% 0,4%

0,3%

1,4%

0,5% 0,5%

0,3%

2,2%

0,8% 0,8%

0,7%

4,8%

1,3% 1,9%

0,8%

4,8%

1,9% 1,6%

0,7%

3,0%

0,8% 1,3%

0,8%

0,5%

2,3% 1,2%

1,0%

6,4%

2,0% 2,1%

1,4%

4,9%

3,7% 1,7%

1,2%

6,7%

2,3% 2,8%

0,4%

1,8%

0,7% 0,8%

101

ANEXO 3

PERFIS DE IRRADIÂNCIAS VERTICAIS

103

A irradiâncias horizontais foram medidas em seis pontos no eixo central perpendicular ao vão, nos

compartimentos com os sombreamentos brancos e cinza. Em simultâneo, foi registado o valor de

irradiâncias vertical exterior.

a)

b)

Fig. A-3.1– Irradiâncias verticais no Solstício de Verão, às 9:00 TSV: a) Sombreamento branco; b) Sombreamento cinza

a)

b) Fig. A-3.2 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono, às 9:00 TSV: a) Sombreamento branco; b) Sombreamento cinza

a)

b)

Fig. A-3.3 – Irradiâncias verticais no Solstício de Verão às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2)



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2

)


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )



104

a)

b) Fig. A-3.4 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 12:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. A-3.5 – Irradiâncias verticais no Solstício de Verão às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

a)

b) Fig. A-3.6 – Irradiâncias verticais no Equinócio de Outono às 15:00 TSV: a) Sombreamentos cinza; b) Sombreamentos cinza

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )


Aberto

90º

45º+90º

0º+90º

45º

0º+45º

0º

0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )



0

5

10

15

20

0 1 2 3

Irra

diâ

nci

as v

ert

. (W

/m2 )


Aberto

90º45º+90º

0º+90º45º0º+45º

0º

105

ANEXO 4

EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO

107

Como referido anteriormente, as medições das condições de iluminação, devem ser efetuadas num

período de tempo reduzido. Assim, é necessário a participação de três pessoas nas medições, de

forma a conseguir resultados simultâneos nas duas áreas influenciadas pelos estores brancos e

cinza. Posto isto, foram utilizados os seguintes aparelhos na monitorização:

BF5 Sunshine Sensor instalado no exterior da célula,

numa zona alta e sem obstruções da radiação solar. Este

sensor é ligado a um computador que se encontra no

interior da célula, sendo assim possível registar os valores

de forma instantânea ao ocorrente no exterior, ao mesmo

tempo que são registados num ficheiro de txt. O sensor

BF5 regista os valores exteriores das iluminâncias e

irradiâncias horizontais, na sua componente total e difusa.

Datalogger Li-1400 programado para a medição de

irradiâncias em W/m2. Três sensores piranómetros LI-

COR são ligados aos canais principais do logger, sendo

um colocado na face exterior vertical da célula, com o

objetivo de medir a irradiância vertical exterior e dois

colocados no interior da célula, com o objetivo de serem

controlados por duas pessoas em simultâneo nas duas

divisões da célula, medindo as irradiâncias interiores

verticais e horizontais.

Datalogger Li-1400 programado para a medição de

iluminâncias em lux ou klux. Dois sensores luxímetros LI-

COR são ligados aos canais do logger, sendo um

colocado na face exterior vertical da célula, à semelhança

do que acontece com o sensor piranómetro, com o

objetivo de medir a iluminância exterior vertical e outro

colocado no interior da mesma, com o objetivo de ser

controlado por uma pessoa, averiguando as iluminâncias

verticais e horizontais interiores.

Datalogger Li-250 com sensor individual programado para a medição de iluminâncias em lux ou

klux. Um sensor luxímetro LI-COR é ligado ao logger, de modo a obter os valores do interior da

célula relativos às iluminâncias verticais e horizontais. Este Datalogger é utilizado ao mesmo

108

tempo do sensor luxímetro instalado no datalogger Li-1400 colocado no interior da célula, de

modo a obter valores simultâneos nas duas divisões da célula.

Dois termohigrómetros Rotronic colocados no interior e no

exterior da célula (à sombra) de modo a fazer uma comparação

dos valores registados simultaneamente nos dois ambientes.

Estes sensores permitem a leitura dos valores registados

instantaneamente da temperatura ambiente e humidade

relativa, e possibilitam a transferência dos registos diretamente

para um ficheiro digital.

109

ANEXO 5

FICHAS DE REGISTO

111

Fig. A-5.1 – Ficha de registo de iluminâncias, temperatura e humidade relativa

Fig. A-5.2 – Ficha de registo das Irradiâncias

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