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MACÊDO, Catharina Cavalcante de. Análise do desempenho térmico e luminoso de sistemas de iluminação natural que utilizam a luz direta do sol. Orientador Fernando Ruttkay Pereira.135pDissertação (Pós-graduação em Engenharia de Produção) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002.
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Resumo

Apesar de muitos pesquisadores divulgarem e incentivarem a implantação de sistemas de iluminação natural que utilizam a luz direta do sol como uma técnica em potencial para a conservação de energia, que proporciona iluminação interna mais uniforme e luz natural em locais sem direto acesso a janelas, ainda são poucos os estudos a respeito do ganho térmico proporcionado por estes sistemas. O trabalho tem como objetivo principal analisar o desempenho térmico e luminoso de sistemas de iluminação natural, que utilizam a luz direta do sol, a fim de se verificar a sua adequação a uma dada latitude ou condição climática. Foram analisados térmica e luminosamente seis sistemas de iluminação: abertura lateral com vidro simples (3 mm); abertura lateral com prateleira de luz espelhada e vidro simples (3 mm); abertura lateral com veneziana fixa e vidro simples (3 mm); abertura lateral com painel cortado a laser; abertura zenital com vidro simples (3 mm) e abertura zenital com sistema de seleção angular e vidro simples (3 mm). A metodologia utilizada consiste em uma investigação experimental, através de modelos em escala e sob condições de céu reais. O experimento foi dividido em dois grupos de medições: 1- medições dos níveis de iluminância, através de fotocélulas nos modelos em escala reduzida; 2- medições do fluxo de calor, que atravessa os mesmos sistemas inseridos na maquete, através do uso do Radiômetro de Abertura. Para a determinação dos níveis de iluminância horizontal, foram utilizadas seis maquetes com ambientes idênticos, nas quais variam apenas o tipo de abertura e de sistema de iluminação natural. Em seguida, foram realizadas medições do fluxo de calor transmitido através das aberturas do Radiômetro, configuradas com os mesmos sistemas utilizados para as medições de iluminância. Simultaneamente à aquisição dos dados através do fluxímetro, um piranômetro mediu a incidência de radiação solar direta na abertura em W/m2, para a determinação do Fator Solar (FS) do sistema de iluminação natural. Ao final do experimento foram realizadas análises do desempenho térmico (Fator Solar) e luminoso (distribuição e quantificação da iluminância interna) dos sistemas de iluminação natural mencionados. A partir das análises, foi comprovado que, quando bem dimensionados, os sistemas de iluminação natural que utilizam a luz direta do sol podem filtrar a radiação solar, proporcionando iluminação com níveis de iluminância adequado, distribuição da luz mais uniforme e ganhos térmicos reduzidos. Essa afirmação comprova a hipótese de que o sol pode apresentar-se como uma fonte de luz suplementar, principalmente para regiões de baixa latitude onde o conflito ente a luz e o calor é mais intenso, caso seja controlado e introduzido em pequenas quantidades, suficientes para a iluminação natural.

Abstract

Many researchers publish and incentive the use of direct beam sunlight systems as a technique which has a big potential to conserve electric energy. However, there are not many studies about the thermal properties of these systems. Thus, the maim aim of this work is to analyze the luminous and thermal performance of six direct beam sunlight systems: lateral window with simple glass, lateral window with light shelf and simple glass, lateral window with venetian and simple glass, lateral window with laser cut panel, zenital window with simple glass and zenital window with selective angular system and simple glass. The methodology used consist of an experimental investigation with scale models in real sky conditions. The experiment was divided into two parts: 1- iluminance levels measurement to make use of luminous sensor and scale models; 2- heat flux measurement to make use of window Radiometer. In the iluminance levels measurement was used six scale models with similar aspects, only changing the kind of window and daylight device. After this measurement, it was done the heat flux measurement transmitted through Radiometer Window. The Radiometer windows were made up with the same systems used in the luminous measurement. Alongside the thermal measurement, one piranometer measured the direct solar radiation incident in the window of the Radiometer. This measurement is fundamental to determine the Solar Heat Gain Factor (SHGF) of each daylight system. At the end of the experiment, it was done thermal (SHGF) and luminous (distribution and internal iluminance quantification) analyses of each daylight system mentioned. The analyses proved that: if the design of direct beam sunlight systems were well carried out, they can filter the solar radiation thus offering adequate iluminance levels of daylight, more uniform light distribution and reduced heat gain. Consequently, if the daylight systems are able to control and introduce in smaller quantities, sufficient only for daylight, the sun can be a supplemental light source, mainly in hot climates where the conflict between light and heat is more intense.
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