A luz natural é a radiação luminosa proveniente do Sol que se estabelece sob duas formas: a direta ou luz solar, que decorre da incidência direta dos raios solares, e a difusa ou luz do céu, resultante da reflexão da luz solar pela abóbada celeste.
O grau de incidência dos raios solares sobre a superfície da Terra depende da posição geográfica em que se encontra (latitude e longitude), a estação (dia do ano) e a hora do dia. A posição do Sol no céu pode ser descrita por seu ângulo de altura (ângulo vertical sobre o plano do horizonte) e o de azimute (ângulo horizontal tomado a partir do Norte). Para o estudo da iluminação natural de interiores são utilizados diversos métodos de cálculo, gráficos e analíticos, que permitem determinar o nível de iluminância do ambiente.
Segundo Moore (1985: 198), dois métodos básicos são utilizados para calcular manualmente a iluminação natural no interior de edificações: o método dos lúmens, adotado pelo North American Illumination Society, baseado no cálculo da iluminância interna através de fatores derivados de testes empíricos; e o método do Fator de Luz Natural, usado na Europa e recomendado pela CIE, baseado na determinação da iluminância interna como uma percentagem da iluminância externa.
Ambos os métodos, utilizam recursos gráficos, além dos analíticos, para calcular a iluminação natural, sendo que a representação gráfica mais utilizada é chamada de Diagrama do Percurso Aparente do Sol, Diagrama Solar ou Gráfico de Insolação (figura1.1), que representa o caminho aparente descrito pelo Sol na abóbada celeste, através do método de projeção estereográfica5, e determina os horários de insolação6 nos diversos meses do ano.
Juntamente com o gráfico do Percurso Aparente do Sol, é utilizado outro gráfico denominado de Máscara de Sombra (figura 1.2), que representa, através da projeção estereográfica, as sombras geradas por dispositivos de sombreamento ou elementos do entorno, determinando a porção da abóbada celeste que está escondida pelas obstruções adjacentes. Isso é feito através de um método gráfico onde os ângulos verticais e horizontais, que têm como vértice o centro da superfície iluminante, e abertura angular limitada pelas extremidades dos elementos sombreadores, são marcados com o auxílio do transferidor de ângulos (figura 1.3), sobre a representação da abóbada, gerando o diagrama.
5 Projeção geométrica de pontos da superfície da Terra sobre um plano tangente, a partir de um ponto de vista situado na posição oposta ao ponto de tangência. A escala aumenta substancialmente a medida que existe afastamento do ponto de tangência.
Figura 1.1 – Diagrama do Percurso Aparente do Sol para Salvador - Latitude 13º Sul7
Figura 1.2 – Máscara de Sombra, onde P é o ponto onde está situado o observador8
7 Diagrama gerado através do programa Luz do Sol. 8 Fonte: COLORPLAST, [s.d]: 12
Figura 1.3 – Transferidor auxiliar utilizado para a confecção da Máscara de Sombra9 A superposição desses diagramas (figura 1.4), possibilita a verificação das horas do dia e épocas do ano em que ocorrerá a incidência do sol na área analisada, o que auxilia na definição da melhor orientação para as aberturas e da necessidade do uso de dispositivos para diminuir a incidência solar nos períodos mais críticos de insolação.
Figura 1.4 – Superposição da máscara de sombra sobre o diagrama solar10
9 BITTENCOURT, 1990: 90 10 SILVA, 1992: 66
A luz do céu, por sua vez, é uma luz uniformemente distribuída (quanto a orientação e a intensidade), que produz uma iluminação suave, não direcional, dependente das condições do céu, padronizados em três tipos distintos (figura1.5), que interferem na quantidade de luz disponível (SILVA, 1992: 56).
• céu claro: quando a área coberta pelas nuvens corresponde a menos de 1/3 de sua superfície. Provoca uma luz intensa direta do Sol e difusa da abóbada deixando o céu claro no horizonte e escuro no zênite;
• céu parcialmente encoberto: quando a abóbada celeste possui de 1/3 a 2/3 de sua superfície coberta, produzindo uma variação entre momentos de luz solar intensa e de luz difusa; e
• céu encoberto: quando a abóbada está totalmente encoberta por nuvens e o Sol não é visível.
Figura 1.5 – Condição de iluminação da abóbada celeste11
11 ABILUX, 1992: 19
Predomínio da luz direta
Luz direta e luz difusa
Predomínio somente da luz difusa
A iluminação natural pode ser considerada na adoção do partido arquitetônico de duas maneiras distintas; como iluminação lateral, proveniente de janelas, elementos vazados e aberturas posicionadas nas paredes externas da edificação; e como iluminação zenital, admitida com a implantação de domus, clarabóias, lanternins, sheds e aberturas posicionadas na cobertura da edificação. Esses dois sistemas podem ainda ser utilizados de forma associada para um melhor aproveitamento das condições de iluminação natural.
Segundo Silva (1992: 59) e ABILUX (1991: 9), cada sistema de iluminação requer um tratamento específico, sendo que algumas variáveis devem ser consideradas no momento da escolha pela sua utilização no projeto de iluminação natural:
• as características do edifício, a forma e a disposição dos ambientes; • o tipo de tarefa a ser realizada;
• a orientação disponível para as aberturas;
• o tipo de abertura adequada à finalidade do ambiente; e
• as superfícies e elementos que possam interferir na iluminação gerando sombras ou contribuindo para a iluminação por meio de reflexão.
Dessa forma, a iluminação lateral é adequada para áreas próximas às janelas, já que, conforme a distância, em relação a elas, aumenta, o nível de iluminação vai diminuindo rapidamente em direção ao interior do ambiente; e a iluminação zenital é adequada para locais profundos e grandes espaços contínuos, oferecendo maior uniformidade, tendo a desvantagem do alto custo de implantação e as dificuldades de limpeza, manutenção e implantação em construções de mais de um pavimento. A falta de limpeza das superfícies transparentes e translúcidas diminui seu rendimento luminoso, ocasionando perdas na distribuição luminosa do ambiente.
Em geral, a quantidade de iluminação proporcionada por esses sistemas no interior do ambiente depende da forma, do tamanho e da orientação das aberturas, influenciando, principalmente, na quantidade de luz solar direta. Essa incidência, por sua vez, pode ser controlada através do uso de dispositivos de controle e sombreamento, que além de diminuir a luz solar direta e a luminância da abóbada celeste, favorece, a depender do
material e cor utilizados, o aumento da iluminação difusa gerada pela reflexão da luz nas superfícies dos dispositivos.
Esses dispositivos são utilizados para barrar ou redirecionar a luz direta ou refletida do Sol, podendo ser horizontais ou verticais, fixos ou reguláveis, tendo sua eficiência dependente da dimensão utilizada, do posicionamento em relação às aberturas, da orientação, do tipo de material aplicado à superfície e da inclinação.
Existem diversos tipos de dispositivos de controle, dentre os quais podemos destacar as marquises, os brises, os lightshelves12 e as persianas. Os dispositivos horizontais servem para redirecionar a luz para o teto e paredes na direção desejada e para evitar o ofuscamento, impedindo a visualização de áreas excessivamente iluminadas. Os dispositivos verticais são menos eficientes visto que dependem do rumo do sol e bloqueiam a visão, podendo ser usados de forma integrada com os elementos horizontais para bloquear a luz.
O uso correto dos dispositivos de controle favorece uma melhor distribuição da iluminação no interior do ambiente, além de permitir o aproveitamento da luz natural nos projetos arquitetônicos.