Tecnologias e benefícios de dutos solares:
Uma revisão estruturada da literatura visando
identificar parâmetros de projeto e contribuir
para o design sustentável
Toledo, G.E.
Busch, L.S.
Pelegrini, A.V.
Universidade Federal do Paraná (UFPR)
Programa de Pós-Graduação em Design (PPGDesign)
INTRODUÇÃO
Contexto
• No Brasil, o consumo de energia elétrica nas edificações
vem aumentando significativamente devido ao crescimento
econômico e a inclusão social, aumentando o uso de
produtos e serviços que demandam energia elétrica.
• As tecnologias de iluminação natural, como os dutos
solares, podem contribuir na redução do consumo de
energia dos edifícios, mitigar as emissões CO2 associadas
e melhorar o conforto lumínico nos ambientes internos.
• No Brasil, os sistemas avançados de iluminação natural
são pouco conhecidos na área de arquitetura e design,
devido às poucas pesquisas desenvolvidas nesta área.
• O OBJETIVO DESTE TRABALHO foi realizar uma revisão
sistemática da literatura sobre dutos solares na área de
iluminação natural, visando identificar os principais
parâmetros de projeto utilizados para o desenvolvimento e
a instalação destes sistemas.
Sistema de dutos solares
Exemplos
Fonte: http://skylightsforhomes.com.au/
Fonte: http://www.solatube.com
Fonte: http://www.gemstatesolar.com/products/21-natural-light-tubular-skylight
METODOLOGIA
Tabela síntese do processo de pesquisa sistemática adotado
Critério Base
Palavras Chave
Anos limite artigos
Autores mais referenciados nos
artigos pesquisados
Teses CAPES (portal UFPR)
Anos limite
livros
Instituições e Universidades
de renome
Jornais de alto renome
Objetivo do Critério
O uso das palavras chave, nos artigos científicos, inclui combinações
destes termos para focar a pesquisa com referências a estes dados
pontuais.
Foca os principais estudos entre essas datas
Principais estudos dos Autores mais referenciados na base do banco de
dados de ScienceDirect
Foca os principais estudos entre essas datas
Foca os principais estudos entre essas datas.
Identificar centros de excelência de pesquisas na área de tecnologias de
iluminação natural.
Revistas de alto renome na área de Energia Solar, políticas de Energia e
Ambiente Construído e Arquitetura.
VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ILUMINAÇÃO NATURAL
Tabela de vantagens da iluminação natural
Vantagem
Saúde
Resultado
Autor
A iluminação natural apresenta
importantes contribuições à saúde visual.
Kim; Kim (2010a)
Regula o ciclo circadiano do corpo
Dubois; Blomsterberg
(2011).
Baker e Steemers
(2002)
Economia de Energia
Conforto Lumínico
Dinâmica do espaços
Fonte de Vitamina D, ajuda a prevenir
doenças.
Edwards; Torcellini,
2002
Utilizando iluminação natural pode-se
poupar até 60% de energia (Edifícios de
escritórios).
Ihm, Nemri e Krarti.
(2009)
47 % de economia de energia
Yun, Kim e Kim (2012)
Melhora do conforto lumínico
Yun, Kim e Kim (2012).
Menos incidentes de fadiga ocular
(Amman; Hourani;
Hammad, 2012).
A luz do dia promove os aspectos visuais
nos espaços arquitetônicos quando está
distribuída adequadamente.
Amman; Hourani;
Hammad, 2012).
Fiedler; VenturolI;
Minetti, 2006
VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ILUMINAÇÃO NATURAL
Tabela de desvantagens da iluminação natural
Resultado
Autor
Radiação UV
Exposição a raios UV, lugares perto das
janelas que não possuim adequada
proteção.
Kim; Kim (2010a)
Ofuscamento, brilhos,
contraste, desconforto
visual
Os problemas de ofuscamento
geralmente são causados pela grande
quantidade de luz diurna.
Dubois; Blomsterberg,
(2011).
Desvantagem
Vantagem/Desvantagem
Reflexos excessivos.
Sobreaquecimento
Pode introduzir calor excessivo dentro
dos prédios e, portanto, aumentar a
demanda de refrigeração.
Shen; Tzempelikos,
2012
Pelegrini, Harrison,
Shackleton (2007)
Tzempelikos e Athienitis
(2007)
Sistema de dutos solares
Componentes / Exemplos
Adaptado de IEA (2000)
Sistema de dutos solares
Exemplos
Adaptado de IEA (2000)
Tecnologias e sistemas – Dutos de iluminação natural
Estudos que mostram os parâmetros de design, eficiência e o desempenho dos TDGS
AUTORES
Canziani, Peron,
Rossi. (2004)
BENEFÍCIOS / PARÂMETROS
Conforto visual.
Redução do consumo de energia
elétrica.
Mohelnikova (2009)
Radiação Solar direta
Relação diâmetro/comprimento
Conforto visual das pessoas.
Kim e Kim (2010b)
Condições de céu
Li et al (2010)
Condições de céu
Controles de iluminação
RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES
DE DESIGN
Melhora da distribução da iluminação.
Redução da fadiga visual.
O Sistema reduz a irradiação direta e
evita o sobreaquecimento de
ambientes.
O sistema é mais eficiente em lugares
com radiação solar direta e menos
eficiente em céus de tipo nublado.
A relação recomendada de
diâmetro/altura varia de 1/10 a 1/20
(Tubos longos).
Leva luz natural às áreas mais
profundas e difíceis dos edifícios.
O sistema leva luz suficiente nas
condições de céu claro e fornece uma
quantidade significativa de luz sobre
condições de céu nublado.
Relação economia de energia disponibilidade da luz externa do céu.
O sistema ao estar integrado com
controles de iluminação adequados
pode reduzir substancialmente o
consumo de energia.
Tecnologias e sistemas – Dutos de iluminação natural
Estudos que mostram os parâmetros de design, eficiência e o desempenho dos TDGS
AUTORES
Ibarra (2010)
BENEFÍCIOS / PARÂMETROS
Condições do céu
Economia de Energia
Mayhoub e Carter
(2011)
Mayhoub e Carter
(2012)
Custo do sistema
Payback
Comprimento do tubo
Fator de Localização
Economia de Energia
Komar e Darula
(2012)
Características Geométricas
Refletância Interior
RESULTADOS E
CONSIDERAÇÕES DE DESIGN
Céu claro e parcialmente nublado
apresentam maior eficiência para
os tubos.
Economia mínima de 38% relativo
ao custo econômico da energia
utilizada em iluminação artificial.
Este sistema em comparação com
outros sistemas de iluminação
natural, tem baixo custo de
investimento, devido à sua simples
tecnologia.
O payback é relativamente longo.
A eficácia de transporte de luz
natural deste sistema está em
relação com o comprimento do
tubo.
Em locações situadas perto do
Equador; o sistema apresenta
melhor eficácia.
Em comparação com outros
sistemas ópticos, este sistema
apresenta um melhor desempenho
em relação à poupança energética.
A eficiência de transmissão de luz
(LTE) depende da geometria e dos
parâmetros de orientação óptica do
sistema, como também dos tipos de
céu.
A refletância interna é um fator
importante para determinar a
eficácia dos tubos.
Aplicação dos sistemas de iluminação natural no Brasil – tubos de luz
Tubos solares no Ginásio de Esportes Ilha de São João / RJ.
Fonte: LIGHT. Ago. 2011. Revista de eficiência energética da Light, 2. In: Home:
<http://www.light.com.br/web/institucional/eficiencia/pdf/revista-eficienciaenergetica2.pdf.>.
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•
Redução do consumo de energia em 86%
Economia de 241, 98 MWh/ano.
Redução do consumo da iluminação no horário pico.
Melhor distribução das iluminâncias.
Payback: Aproximadamente 5 anos.
RESULTADOS
Síntese dos parâmetros e recomendações a serem considerados para a
configuração e instalação de dutos solares.
Parâmetros
Características
Recomendações
Geometria e
componentes
Relação diâmetro/
comprimento para o
desempenho luminoso.
A refletância interna dos
tubos
O tubo mais eficiente é com
menor comprimento.
Forma dos tubos
A eficâcia dos tubos
depende em grande medida
da porcentagem de
refletância interior do tubo.
Tubos retos mais eficientes
quanto à entrada de luz nos
ambientes.
Elementos ópticos para
redirecionar a luz
Eficiência do tubo aumenta
quando são usados.
Forma dos coletores
Coletores em forma de
domos são mais eficientes
Controles de iluminação,
sistemas mixtos
Controles on-off e dimmers
Complementam e melhoram
a eficácia dos sistemas
Posicionamento do
coletor
Melhorar eficiência
quando não receve
radiação solar direta
Posicionar o coletor para o
Equador
Uso de elementos
direcionadores da luz no
coletor
Localidades distantes do
Equador
Localidades que
recebem abundante
radiação solar
Tubo retos mais eficientes
Uso de tubos dobrados com
diferentes angulações de
acordo à altura solar.
Referências
Mohelnikova (2009)
Mayhoub e Carter
(2012)
Komar e Darula
(2012)
Verso; Pellegrino e
Serra (2011)
Li et al (2010)
RESULTADOS
Síntese dos parâmetros e recomendações a serem considerados para a
configuração e instalação de dutos solares.
Parâmetros
Características
Recomendações
Referências
Materiais
Coletor: Fácil
manutenção
Proteção UV
Elementos
redireccionadores
Alta transmitância
Tubo:
Exterior: Material
Resistente, Baixo Peso
Revestimento Interior:
Altamente Reflexivo
Tecnologia Rybender
Metacrilato
Comercial
Literatura
Solatube
Chatron
Espacio
Solar
Baroncini et
al (2010)
Mohelnikova
(2009)
Kim e Kim
(2010b)
Paroncini;
Calcagni;
Corvaro
(2007)
Orientação
Geográfica e
Instalação
Difusor: Material com boa
difusão e que concentre
a iluminação, Forma
convexa
Melhor eficiência dos
tubos
Posicionamento do
coletor
Melhorar eficiência
quando não receve
radiação solar direta
Localidades distantes do
Equador
Localidades que
recebem abundante
radiação solar
Alumínio
Alumínio 99 % refletividade
Alumínio TS-V98100.
Spectralight
Mylar
Lente Fresnel
Lente Prismática
Condições de céu claro.
Apresenta limitações em
condições de céu
encoberto
Posicionar o coletor para o
Equador
Uso de elementos
direcionadores da luz no
coletor
Tubo retos mais eficientes
Uso de tubos dobrados
com diferentes angulações
de acordo à altura solar.
Demétrio (2005)
Paroncini; Calcagni e
Corvaro (2007)
Kim e Kim (2010b)
Ibarra (2010)
Kocifaj et al (2012)
Conclusões
Recomendações
•
Diversos estudos concluem que os sistemas de dutos
solares podem prover adequado conforto visual, melhorar
a iluminação dos ambientes e economizar energia;
•
Existem poucas pesquisas sobre os dutos solares aplicados
no contexto do ambiente construído no Brasil;
•
Neste estudo foram identificados os principais parâmetros
de configuração e instalação de dutos solares.
•
Recomendações:
 Desenvolver pesquisas para avaliar o desempenho e os
benefícios destes sistemas instalados no ambiente
construído no Brasil;
 Fazer pesquisas de mercado, para avaliar o nível de
aceitação e conhecimento destes sistemas entre os
profissionais e público em geral, visando difundir e
popularizar esta tecnologia.
• OBRIGADO.