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SOUZA, Roberta Vieira Gonçalves de. Desenvolvimento de modelos matemáticos empíricos para a descrição dos fenômenos de iluminação natural externa e interna. Orientação de Fernando Oscar Ruttkay Pereira.308f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.
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Citações: 152
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Resumo
Este trabalho traz modelos para a descrição da iluminação natural externa em Florianópolis e para a descrição do desempenho luminoso de ambientes internos, através de modelagem empírica. A tese é composta por duas etapas complementares: a primeira é constituída pela medição de grandezas de iluminação natural externa, feitas de forma sistematizada pela primeira vez em território nacional; a segunda consiste no desenvolvimento de modelos matemáticos simplificados que descrevem a iluminação natural em ambientes internos a partir de poucas variáveis. Os dados obtidos na primeira etapa servem de base para as análises realizadas na segunda etapa. Para a implementação da primeira etapa dos estudos propostos foi instalada em Florianópolis, através do LABCON UFSC, uma estação de medição de iluminação natural, nos moldes do padrão geral da IDMP, International Daylighting Measurement Programme (CIE, 1994). Esta estação obtém dados das seguintes grandezas: iluminação global e difusa em plano horizontal desobstruído e iluminação global vertical nas orientações norte, sul, leste e oeste; iluminância de zênite; irradiância global direta e irradiação difusa em plano horizontal desobstruído (medidas pelo LABSOLAR UFSC) e irradiância global nas orientações norte, sul, leste e oeste. Estes dados são tratados de forma a obter valores médios mensais, da disponibilidade de luz natural de dias claros, encobertos e parcialmente encobertos. A partir dos dados tratados são apresentados modelos matemáticos para a caracterização da eficácia luminosa da radiação solar em suas três principais componentes: difusa, direta e global; para a cidade de Florianópolis. Para tal foram avaliados modelos existentes na literatura científica, adaptados para as condições locais de Florianópolis ou foram desenvolvidos modelos específicos para melhor caracterizar estas condições locais. Na segunda etapa, o desempenho luminoso de ambientes internos é descrito a partir de modelos matemáticos empíricos, desenvolvidos através de dados obtidos de medições realizadas em modelos em escala simultaneamente a dados externos. A partir da seleção das variáveis que apresentam maior eso na iluminação e distribuição de luz em ambientes internos e da identificação da tendência física apresentada por estas, os modelos são desenvolvidos de forma a descrever o fenômeno. Após a avaliação estatística dos modelos gerados, estes foram comparados a outros métodos de predição de iluminâncias internas e mostrou-se que o método aqui proposto possui desempenho equivalente aos demais métodos analisados. Ressalta-se que os estudos estão restritos a sistemas de iluminação lateral com iluminação difusa, não considerando elementos externos. Palavras chave: medição de iluminação natural, modelo empírico de predição de iluminação natural.
Abstract
This work brings models to the description of external daylighting in Florianópolis and for the description of the daylight luminous performance of interiors, developed through empirical modeling. The thesis is composed of two complementary stages: the first one is constituted by external daylighting measurements and modeling; the second one consists in the development of simplified mathematical models that describe the natural light illuminance in interiors through the use of few variables. Data obtained in the first stage are used as a basis for the second one. For the implementation of the first stage, a Daylighting Measurement Station was installed in Florianópolis, following the recommendations of the IDMP (International Daylighting Measurement Programme). This station measures the following data: global and diffuse horizontal illuminance; global vertical North, South, East and West illuminances and irradiances; zenith luminance and global, diffuse horizontal and direct normal irradiances (measured by LABSOLAR / UFSC). Data obtained are treated and values of daylighting availability are tabulated. From the data obtained, mathematical models are presented to characterize luminous efficacies, illuminances and irradiances, on horizontal and vertical planes are analyzed to characterize the three main fluxes of radiation: diffuse, direct and global. For this urpose, models existing in the scientific literature were evaluated and adapted to Florianópolis conditions, and some new models were also proposed in order to better characterize local conditions. In the second stage of the work, the daylight luminous performance of interiors is described by empirical mathematical models, developed through simultaneous internal and external daylight measurements. Variables were selected that presented better correlation with measured data and mathematical models were developed with them. After models were constructed and statistically evaluated, their precision in determining internal illuminance levels was compared with other prediction tools and their behavior was shown to be equivalent to the behavior presented by other methods. Studies for internal daylight only consider diffuse illuminance and do not take into account the external reflected omponent of daylighting. Key-words: daylighting measurement, empirical mathematical daylight modeling.
