Investigando a influência das variáveis arquitetônicas na iluminação natural do poço de luz residencial

Resumo

O poço de luz é um recurso arquitetônico utilizado para promover iluminação natural a partir do núcleo do edifício. Frequentemente, ele é projetado de acordo com um índice sem levar em consideração a influência de cada uma das variáveis arquitetônicas nos ganhos de iluminação natural. Assim, este estudo tem como objetivo identificar e comparar a influência dessas variáveis arquitetônicas no desempenho da iluminação natural de um poço de luz do edifício residencial. Para isso, foi simulado parametricamente um modelo-base de poço de luz de seis pavimentos na cidade de São Paulo, Brasil, variando, em casos alternativos, sua dimensão geométrica, a refletância das suas paredes e a abertura da janela das salas conectadas a ele. Para a avaliação da iluminação natural, foram utilizadas, através do software ClimateStudio, as métricas Annual Sunlight Exposure (ASE1000) e Spatial Daylight Autonomy (sDA300/50%). Observou-se que o aumento da refletância é uma solução que melhora a distribuição da iluminação natural sem elevar os níveis de luz solar direta, enquanto o aumento da dimensão geométrica resulta em maior alcance da luz solar direta no poço, não ultrapassando o quarto pavimento. Para minimizar o risco de desconforto visual nos ambientes, as janelas devem ter abertura menor na metade superior e maior na metade inferior do poço de luz. Assim, as variáveis consideradas contribuem, de maneira distinta, para o aumento da iluminação natural nos ambientes avaliados, porém é necessário considerar o risco de desconforto visual em alguns casos.

Palavras-chave:

ClimateStudio luz natural métricas dinâmicas poço de Iluminação simulação em iluminação

Referências

Associação Brasileira de Normas Técnicas. (2013). Edificações Habitacionais Desempenho Parte 1: Requisitos Gerais (ABNT NBR 15575-1). https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5660736/mod_folder/content/0/NBR%2015575/NBR15575-1.pdf?forcedownload=1ad=1

Acosta, I., Navarro, J. & Sendra, J. J. (2013). Towards an analysis of the performance of lightwell skylights under overcast sky conditions. Energy and Buildings, 64, 10-16. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.04.009

Ahadi, A. A., Saghafi, M. R. & Tahbaz, M. (2018). The optimization of light-wells with integrating daylight and stack natural ventilation systems in deep-plan residential buildings: A case study of Tehran. Journal of Building Engineering, 18, 220-244. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.03.016

Albuquerque, M. S. C & Amorim, C. N. D. (2012). Iluminação natural: indicações de profundidade-limite de ambientes para iluminação natural no regulamento técnico da qualidade do nível de eficiência energética de edifícios residenciais. Ambiente Construído, 12(2), 37-57. https://doi.org/10.1590/S1678-86212012000200004

Balabel, A., Alwetaishi, M., Abdelhafiz, A., Issa, U., Sharaky, I. A., Shamseldin, A. K., Al-Surf, M. & Al-Harthi, M. (2022). Potential of solatube technology as passive daylight systems for sustainable buildings in Saudi Arabia. Alexandria Engineering Journal, 61(1), 339-353. https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.06.001

Bellia, L., Fragliasso, F. & Stefanizzi, E. (2017). Daylit offices: A comparison between measured parameters assessing light quality and users’ opinions. Building and Environment, 113, 92-106. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.08.014

Bolssoni, G. C., Laranja, A. C. & Alvarez, C. (2018). Disponibilidade de iluminação natural em ambiente interno orientado para poço de iluminação. Caderno PROARQ, 31, 101-117. https://cadernos.proarq.fau.ufrj.br/public/docs/Proarq31%20ART%2005.pdf

Bugeat, A., Bernoit, B. & Fernandez, E. (2020). Improving the daylighting performance of residential light wells by reflecting and redirecting approaches. Solar Energy, 207, 1434-1444. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.099

Castro, A. P. A. S., Labaki, L. C., Caram, R. M., Basso, A. & Fernandes, M. R. (2003). Medidas de refletância de cores de tintas através de análise espectral. Ambiente Construído, 3(2), 69-76. https://seer.ufrgs.br/index.php/ambienteconstruido/article/view/3452/1871

Chartered Institution of Building Services Engineers. (2009). The SLL Lighting Handbook. The Society of Light and Lighting.

Duffy, J. F. & Czeisler, C. A. (2009). Effect of Light on Human Circadian Physiology. Sleep Medicine Clinics, 4(2), 165-177. https://doi.org/10.1016/j.jsmc.2009.01.004

Farea, T. F., Ossen, D. R., Alkaff, S. & Kotani, H. (2014). CFD modeling for natural ventilation in a lightwell connected to outdoor through horizontal voids. Energy and Buildings, 86, 502-513. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.10.030

Freewan, A. A. Y., Gharaibeh, A. A. & Jamhwi, M. M. (2014). Improving daylight performance of light wells in residential buildings: Nourishing compact sustainable urban form. Sustainable Cities and Society, 13, 32-40. https://doi.org/10.1016/j.scs.2014.04.001

Goharian, A., Daneshjoo, K. & Yeganeh, M. (2022). Standardization of methodology for optimizing the well aperture as device (reflector) for light-wells; A novel approach using Honeybee & Ladybug plugins. Energy Reports, 8, 3096-3114. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.176

Goia, F, Haase, M. & Perino, M. (2013). Optimizing the configuration of a façade module for office buildings by means of integrated thermal and lighting simulations in a total energy perspective. Applied Energy, 108, 515-527. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.02.063

Hee, W. J., Alghoul, M. A., Bakhtyar, B., Elayeb, O., Shameri, M. A., Alrubaih, M. S. & Sopian, K. (2014). The role of window glazing on daylighting and energy saving in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 323-343. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.09.020

Illuminating Engineering Society. (2012). IES LM-83-12 Approved Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE). Illuminating Engineering Society of North America.

Instituto Nacional de Meteorologia. (2022). Normais Climatológicas do Brasil, período: 1991-2020. https://portal.inmet.gov.br/normais

Jakubiec, J. A. (2016, 11-13 jul.). Building a database of opaque materials for lighting simulation. [Conference session]. 36th International Conference on Passive and Low Energy, Los Angeles, CA, Estados Unidos. https://www.researchgate.net/publication/305703082

Joudi, A., Svedung, H., Cehlin, M. & Ronnelid, M. (2013). Reflective coatings for interior and exterior of buildings and improving thermal performance, Applied Energy, 103, 562-570. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.10.019

Júnior, A. de S. (2009). Aplicação da classificação de Koppen para o zoneamento climático do estado de Minas Gerais. [dissertação de mestrado]. Universidade Federal de Lavras. http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/3076?mode=full

Knoop, M., Stefani, O., Bueno, B., Matusiak, B., Hobday, R., Wirz-Justice, A., Martiny, K., Kantermann, T., Aarts, M. P. J. & Zemmouri, N. (2020). Daylight: What makes the difference? Lighting Research & Technology, 52(3), 423-442. https://doi.org/10.1177/1477153519869758

Koeppen, W. (1948). Las zonas de clima. Em: W. Koeppen (Ed.), Climatología: Con un estudio de los climas de la Tierra (pp. 145-227). Fondo de Cultura Económica.

Kristl, Z. & Krainer, A. (1999). Light wells in residential building as a complementary daylight source. Solar Energy, 65(3), 197-206. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(98)00127-3

Lei 16.642/2017. Lei que aprova o código de obras e edificações do município de São Paulo; introduz alterações nas Leis 15.150, de 6 de maio de 2010, e 15.764, de 27 de maio de 2013. (9 de maio de 2017). http://documentacao.saopaulo.sp.leg.br/iah/fulltext/leis/L16642.pdf

Le-Thanh, L., Le-Duc, T., Ngo-Minh, H., Nguyen, Q. H. & Nhuyen-Xuan, H. (2021). Optimal design of an Origami-inspired kinetic façade by balancing composite motion optimization for improving daylight performance and energy efficiency. Energy, 219. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119557

Martins, L. de O. (2011). O poço de luz como estratégia de Iluminação natural na cidade de maceió-AL. [dissertação de mestrado]. Universidade Federal do Alagoas. http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/riufal/722

Mangkuto, R. A., Rohmah, M. & Asri, A. D. (2016). Design optimisation for window size, orientation, and wall reflectance with regard to various daylight metrics and lighting energy demand: A case study of buildings in the tropics. Applied Energy, 164, 211-219. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.11.046

Mardaljevic, J., Andersen, M., Roy, N. & Christoffersen, J. (2012, 10-11 set.). Daylighting Metrics: Is there a relation between useful daylight illuminance and daylight glare probability. [Conference Paper]. First Building Simulation and Optimization Conference, Loughborough, Reino Unido. https://www.researchgate.net/publication/267556994

Moura, L. M., Martins, F. R. & Assireu, A. T. (2016). Variabilidade da cobertura de nuvens na cidade de São Paulo. Ambient. Água, 11(4), 903-914. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.1845

Santana, K. V. S., Oliver, S. L., Mendes, M. M, Lanham-New, S., Charlton, K. & Ribeiro, H. (2022). Association between vitamin D status and lifestyle factors in Brazilian women: Implications of sun exposure levels, diet, and health. eCLinical Medicine, 47, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2022.101400

Solemma inc. (2022). DIVA users: Try ClimateStudio today! ClimateStudio is the Successor to DIVA-for-Rhino. https://www.solemma.com/blog/diva-users-start-climatestudio-today

Sudan, M., Mistrick, R. G. & Tiwari, G. N. (2017). Climate-Based Daylight Modeling (CBDM) for an atrium: An experimentally validated novel daylight performance. Solar Energy, 158, 559-571. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.09.067

Sun, Y., Liu, X., Qu, W., Cao, G. & Zou, N. (2020). Analysis of daylight glare and optimal lighting design for comfortable office lighting. Optik, 206. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164291

Xue, P., Mark, C. M. & Cheung, H. D. (2014). The effects of daylighting and human behavior on luminous comfort in residential buildings: A questionnaire survey. Building and Environment, 81, 51-59. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.06.011

Wiehe, A., O’Brien, J. M. & Senge, M. O. (2019). Trends and targets in antiviral phototherapy. Photochemical & Photobiological Sciences, 18(11), 2565-2612. https://doi.org/10.1039/C9PP00211A

Wirz-Justice, A., Skene, D. J. & Munch, M. (2020). The relevance of daylight for humans. Biochemical Pharmacology, 191, 1-4. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.114304

Wong, I. L. (2017). A review of daylighting design and implementation in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 959-968. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.061

Wu, P., Zhou, J. & Li, N. (2021). Influences of atrium geometry on the lighting and thermal environments in summer: CFD simulation based on-site measurements for validation. Building and Environment, 15. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.107853

Zhen, M., Du, Y., Honh, F. & Bian, G. (2019). Simulation analysis of natural lighting of residential buildings in Xi’an, China. Science of the Total Environment, 690, 197-208. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.353

##submission.citations.for##