Iluminação circadiana e instalação com baixa emissão eletromagnética

Conceitos de arquitetura ecológica, instalações elétricas com baixa emissão de energia eletromagnética e iluminação biologicamente ativa vêm consolidando-se no meio especializado. Este artigo descreve um projeto executado recentemente.


Frank Hartmann, consultor (Alemanha)

Data: 04/04/2017

Edição: Lux Fevereiro 2017 - Ano 2 - No 4

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O novo edifício do Instituto IBN em Rosenheim, à noite [Fonte: IBN]

O IBN - Institute of Building Biology + Sustainability, sediado na cidade alemã de Rosenheim, estabeleceu novos paradigmas ao executar no seu novo edifício uma instalação elétrica praticamente livre de poluição eletromagnética (eletrosmog), além de um conceito de iluminação dinâmica. Trata-se de uma tendência em franca evolução, como tem sido observado em feiras e congressos especializados (Light+Building, 2016).

O edifício existente, com uma área útil de 105 m², foi completamente reformado para adaptar os espaços às exigências da futura utilização, dividida em três zonas:

Sobre a robusta construção do pavimento térreo foi erigido um conjunto de escritórios com estrutura de madeira, duplicando assim a área útil para 210 m2.Foram empregadas exclusivamente matérias-primas renováveis e produtos minerais. Segundo critérios do PHPP (Passive House Planing Package, uma ferramenta para balanço energético de edificações), a carga térmica foi calculada em 4500 W. O suprimento de energia térmica para aquecimento dos ambientes é provido por uma caldeira a pellets com acumulador, por meio de irradiação pelo piso e pelas paredes. O sistema de água quente foi desacoplado do aquecedor convencional e combinado com o gerador fotovoltaico para aquecimento elétrico. A instalação elétrica seguiu os requisitos do SBM - Standard of Building Biology Test Methods. Uma estação de recarga de baterias automotivas foi ainda instalada junto ao gerador fotovoltaico, com o objetivo de promover a importância da eletromobilidade no espaço urbano.

Fig. 1 – Sala de reuniões e seminários, com iluminação dinâmica artificial

Fig. 2 – Escritórios com os colaboradores

[N. da R.: As normas SBM - Standard of Building Biology Test Methods estão disponíveis na Internet no site do instituto IBN: https://buildingbiology.com. O respectivo suplemento (Building Biology Evaluation Guidelines) estabelece valores limite para campos elétricos e magnéticos, e os compara com parâmetros de outras normas nacionais alemãs, suíças e americanas.]

A tecnologia de medição dos parâmetros biológicos nas edificações, que há anos aborda também explicitamente os efeitos da luz sobre o ser humano, é parte integrante da bioarquitetura. Os conceitos centrais da tecnologia SBM determinam: “Toda prevenção de risco deve ser buscada” e “O modelo é a natureza”. Embora a qualidade da luz natural não possa ser jamais alcançada, este último conceito é fundamental para um projeto de iluminação de interiores.

Outro fator essencial para o ambiente interno foi a disposição das superfícies transparentes, de modo a realizar o máximo aproveitamento de luz natural para iluminar os espaços. A partir desses fundamentos, foi desenvolvido e implementado um projeto de iluminação com o máximo de eficiência energética e bem-estar para os colaboradores e visitantes do instituto.

Fig. 3 – Aplicação da malha de aço inox para atenuação dos campos alternados de alta frequência

Os requisitos resultantes do contexto natural para o planejamento da iluminação de ambientes internos, onde as pessoas passam o dia trabalhando, são indubitavelmente determinantes da qualidade de vida, porque eles não apenas estimulam as pessoas, mas também as acalmam. O nível de desempenho aumenta com o bem-estar num ambiente livre de estresse. No centro do projeto de iluminação encontra-se o ritmo circadiano, que se orienta pelo ciclo dia-noite da natureza e influencia significativamente a fisiologia do organismo humano. No início do dia as condições de luz são diferentes das da tarde e da noite, e esses sinais de luz interagem diretamente com as pessoas.

Instalação elétrica biologicamente compatível

De acordo com os critérios da bioarquitetura, as emissões de baixa e alta frequência (eletrosmog, ou poluição elétrica) foram reduzidas ao mínimo possível, e verificadas por medições técnicas. Neste contexto, a instalação com baixo nível de emissão elétrica e magnética, e a blindagem de campos de alta frequência conforme padrões profissionais, tiveram um papel importante no projeto e na construção da nova sede do instituto IBN. Para tal objetivo, os seguintes componentes foram objeto dessas verificações:

Fig. 4 – Instalação elétrica com cabos blindados livres de PVC

Fig. 5 – Medição de campos alternados de baixa frequência com sensor TCO (sob potencial)

Medições na instalação elétrica

Após o término e a colocação em serviço da instalação elétrica, os campos elétricos alternados foram medidos com e sem potencial mediante sensores TCO. O dormitório da residência modelo (que também é utilizado como laboratório) foi adicionalmente submetido a uma medição em rede com nove pontos de medição, a fim de satisfazer os requisitos de recuperação das pessoas nesse ambiente sensível. No momento das medições, nenhum aparelho elétrico estava ligado. Apenas um interruptor na sala de exposições e algumas tomadas no andar superior (escritório) apresentaram valores mais altos. Para reduzi-los, seria preciso instalar outras tomadas, cujas molduras de fixação estivessem conectadas ao condutor de proteção. Tomadas desse tipo ainda não estavam disponíveis no comércio na ocasião da instalação. Tendo em vista que, a uma distância de um metro dos postos de trabalho já foram medidos valores insignificantes (0,18 V/m), a substituição dessas tomadas foi provisoriamente dispensada.

Fig. 6 – Medição de campos alternados de baixa frequência com sensor TCO (tridimensional e livre de potencial)

No dormitório foram medidos em todo o recinto valores entre 0,1 V/m e 0,6 V/m. A instalação de dispositivos automáticos de desenergização dos circuitos terminais (Netzabkoppler) foi dispensada, porque toda a fiação foi executada com condutores blindados. O inversor do gerador fotovoltaico situa-se fora do prédio, sobre a cobertura. A uma distância de um metro, foram medidos valores entre 36 nT (campos magnéticos alternados) e 0,4 V/m (campo elétrico) quando em operação, e 6 nT e 0 V/m com o inversor desligado (à noite). De acordo com as normas SBM, esses valores não são significativos (< 20 nT e < 1 V/m), apenas o campo magnético alternado, quando em operação, é levemente significativo(20 – 100 nT). Todavia, todos os postos de trabalho situam-se a mais de quatro metros de distância do inversor, e além disso existe ainda uma chapa de aço inoxidável aterrada, interposta na cobertura.

Medições fotométricas

Alguns conceitos considerados no projeto e nas medições da iluminação biologicamente ativa do edifício em análise são comentados em seguida [3].

Espectro da luz (comprimento de onda) – O espectro da luz mostra a intensidade das diversas cores no seu comprimento de onda (em nanômetros). Ele pode ser contínuo, como nas lâmpadas incandescentes, ou ser composto de apenas três cores, como nas fluorescentes compactas. Para muitos LEDs, o espectro contínuo típico tem um pico azul, um vale turquesa e o topo cor de laranja. Conforme a cor da luz, o componente azul varia fortemente.

Cintilação ou flicker (frequência e taxa %) – Por cintilação entende-se a variação periódica da intensidade luminosa de uma fonte de luz. Conforme a eletrônica utilizada, a cintilação pode ser muito intensa. Especialmente críticas são as lâmpadas LED com sua reação rápida; de um lado, devido às harmônicas injetadas na rede, e de outro porque, também com luminosidade reduzida, elas podem apresentar flicker em frequências biologicamente muito relevantes. No prédio em questão, as luminárias de teto felizmente exibiram taxas de cintilação abaixo dos valores limite.

Iluminância (lux) – Ao contrário do fluxo luminoso (lm), que caracteriza a luz emitida em todas as direções, a iluminância define a luz irradiada sobre uma superfície, por exemplo, sob uma luminária. Pessoas idosas necessitam de mais luz do que as mais jovens, para poder distinguir melhor um contraste. Para locais de trabalho, a iluminância mínima prescrita é de 500 lx. No prédio analisado neste artigo, a iluminância medida no plano das mesas de trabalho sob a iluminação do teto, na condição não dimerizada, é em torno de 1000 lx, suficiente, portanto, para ler e trabalhar com conforto.

[N. da R.: No âmbito da ABNT, ver norma NBR ISO/CIE 8995-1:2013 - Iluminação de ambientes de trabalho - Parte 1 – Interior.]

Fig. 7 – Medição de campos alternados de alta frequência com analisador de AF

Índice de reprodução de cor (Ra) – Trata-se de um número dimensional que expressa a fidelidade com que a iluminação reproduz a cor nos objetos. Para comparação: a luz das lâmpadas incandescentes alcança o índice máximo 100. Note-se que, enquanto na definição do índice Ra são consideradas somente oito cores, o parâmetro R1-15 contempla também cores fortes. A reprodução de cores conforme R1-15 é, portanto, definitivamente mais representativa, em particular no que tange aos tons de vermelho. O dado informado pelo fabricante das luminárias de teto (Ra > 80) pôde ser confirmado, e o valor calculado consoante R1-15 situa-se apenas ligeiramente abaixo. Para tarefas visuais complexas, recomenda-se, porém, um valor mínimo de 90. Nesse sentido, com as luminárias de teto em questão deve-se contar com uma perda de cor nos objetos observados. Atualmente, lâmpadas LED não alcançam índices Ra > 90; no presente estágio de desenvolvimento, Ra > 80 é um bom índice.

Temperatura de cor correlata (Kelvin) – A temperatura de cor correlata é uma grandeza que permite comparar as cores de fontes de luz naturais e artificiais. Uma temperatura de cor de 2700 K (lâmpada incandescente) caracteriza luz quente, enquanto temperaturas de cor acima de 5000 K correspondem à luz fria com um forte componente azul. A temperatura de cor pode ser considerada uma medida para influenciar o ritmo biológico dia-noite das pessoas: quanto mais alta a temperatura de cor, mais estimulante é a luz, e tanto mais ela suprime a produção da melatonina, o “hormônio do sono” no organismo humano. No edifício do IBN, as luminárias testadas podem ser ajustadas, no máximo de luminosidade, entre 2950 K e 5200 K. Com as lâmpadas dimerizadas, essa faixa de ajuste se reduz significativamente (3850 K com máxima dimerização). O ajuste da temperatura de cor correlata é interessante, uma vez que ele proporciona a simulação da luz solar ao longo do dia. Contudo, seria ideal que todo o espectro da temperatura de cor estivesse disponível também na condição dimerizada.

Conclusão

Com base nos conceitos da bioarquitetura — ou arquitetura biologicamente ativa — é possível analisar a iluminação em profundidade e descrever objetivamente a qualidade da luz. Do mesmo modo, pode-se avaliar em que medida a luz artificial corresponde à luz natural do sol. O projeto apresentado neste artigo representa uma tendência em evolução.

Referências

  1. Hartmann, F.: Baubiologische Haustechnik, VDE, Berlim, ISBN 378-3-8007-3494-8.
  2. IBN - Institute of Building Biology + Sustainability, http://www.buildingbiology.com.
  3. Gertenbach, J.: Baubiologie und Umweltanalytik, Wuppertal.
Artigo publicado originalmente na revista alemã IKZ-Energy, edição 3/4/2016. Copyright Strobel Verlag, Arnsberg. Publicado por LUX sob licença dos editores. Tradução e adaptação da redação de LUX