Parâmetro de design para configuração de dutos de luz Solar

Abstract

Resumo: No contexto atual de aumento de consumo de energia, o desenvolvimento de tecnologias que contribuam na redução do consumo energético encontra-se em ascensão. Uma destas tecnologias que possibilitam a redução do consumo de energia elétrica associada à iluminação artificial e aumentam o conforto lumínico nos ambientes internos através da aplicação estratégica da luz solar, são os dutos de luz solar. Evidencia-se que apesar dos benefícios destes sistemas serem amplamente discutidas na literatura técnica internacional, no Brasil ainda são poucas as pesquisas que investigam os parâmetros de configuração e desempenho destas tecnologias dentro do contexto nacional. Neste panorama, o objetivo desta pesquisa é determinar os parâmetros de design para a configuração de dutos de luz solar, com foco de aplicação no setor residencial. Com base na análise dos parâmetros de configuração indicados na literatura, a abordagem desta pesquisa foi dividida em quatro fases principais: (1) condução de simulações computacionais através do emprego do software Troplux para avaliar o desempenho de dutos de luz solar; (2) fabricação de um protótipo de duto de luz solar; (3) instalação e avaliação lumínica pós-instalação do protótipo; (4) análise e interpretação dos resultados para definição dos parâmetros de configuração. A fase de simulação abrangeu duas sub-etapas: a comparação do desempenho de diferentes protótipos e a simulação do desempenho do modelo eleito em ambiente real de uso. A partir das diretrizes analisadas para a configuração dos componentes do sistema, na fase de simulações, foi configurado e instalado o protótipo. O protótipo com todas as variáveis e dispositivos de iluminação foram analisados na fase de pós-instalação; da mesma forma foi estimado o payback do sistema. O duto de luz acrescentou consideravelmente o nível de iluminação em todas as condições de céu, atingindo um incremento no nível de iluminação de até 150 % para o céu coberto; e o máximo percentual de aproveitamento de luz foi de até 50%, para o céu semicoberto. Os sistemas de controle e dispositivos propostos cumpriram com a função de melhorar o desempenho do protótipo, principalmente em condições de céu claro. Assim, foram propostas alternativas para melhorar o sistema de controle e redirecionamento de luz. O payback estimado, de aproximadamente 4 anos no contexto atual da pesquisa, é menor em comparação com os produtos que são atualmente importados. Este acontecimento evidencia que ao ser configuradas e testadas estas tecnologias no contexto brasileiro, pode-se reduzir o tempo de retorno de investimento. Esta pesquisa contribui para o campo do design através da identificação e especificação de parâmetros para a configuração de dutos de luz. A pesquisa também evidencia a importância dos dispositivos de controle e redirecionamento da luz captada pelo duto solar. Os parâmetros apresentados neste trabalho, podem ser utilizados por designers, arquitetos e especialistas de iluminação, como também, podem ser usados para o desenvolvimento e aperfeiçoamento destas tecnologias.

Abstract: In the current background of increasing energy consumption, the development of technologies that contribute to reducing energy consumption is an asset. One technology that reduces electricity consumption associated with artificial lighting, and also increases lighting comfort in indoors environment through the strategic application of sunlight, are solar light pipes. It is evident that despite the benefits of these systems are widely discussed in international technical literature, in Brazil there are few studies that investigate the configuration parameters and performance of these technologies within the national context. In this setting, the aim of this study is to determine the design parameters for configuring solar light pipes, focused on applications in the residential sector. Based on the analysis of the configuration parameters researched in literature, the research approach was divided in four phases: (1) computer simulations using TropLux software to evaluate the performance of solar light pipes; (2) Prototype Configuration of solar light pipe; (3) Installation and post-installation lighting evaluation of the prototype system; (4) analysis and results interpretation to define the configuration parameters. The simulation phase comprised two stages: a performance comparison of different prototypes and performance simulation of the chosen model in real environment of use. Based on the results from the analyzed guidelines for the configuration of system components in simulations phase, the prototype was configured and installed. The prototype with all the variables and lighting devices was analyzed in the post -installation phase, and the payback system was estimated. The light pipe considerably increased lighting levels in all sky conditions, achieving a lighting increase level up to 150% for covered sky; and the maximum percentage of lighting utilization was up to 50%, for partially-covered sky. Lighting control systems and devices achieved the goal of improving the prototype performance, specifically in clear sky conditions. Alternatives to improve lighting control system were proposed. The estimated payback, approximately four years in the current context of the research, is lower compared to products that are currently imported. This suggests that if these technologies are configured and tested in the Brazilian context, the payback could be reduced. The contribution to the field research in design is through the identification and specification of parameters for the configuration of solar light pipes. The research highlights the importance of lighting control and light redirection devices. The parameters presented, could be used by designers, architects and lighting specialists. In addition, these parameters can be used for the development and further improvements of solar light pipes technologies.